梅山水庫新建泄洪洞工程地質(zhì)條件分析

丁向陽

(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

梅山水庫是位于史河上游金寨縣境內(nèi)的大(1)型水利水電樞紐工程。樞紐工程現(xiàn)由攔河壩、溢洪道、泄洪隧洞、放水底孔和發(fā)電鋼管及廠房等部分組成。

新建泄洪洞位于壩址左岸，隧洞線按直線布置，進(jìn)口位于左岸上游山坡上。進(jìn)口上平段后接1∶2的斜洞接下平段至出口。出口位于左岸進(jìn)廠公路西側(cè)大壩下游的山坡陡壁處，以下接出口明渠穿過左岸進(jìn)廠公路進(jìn)入下游河床。

1 地質(zhì)條件

1.1 地層巖性

隧洞沿線出露巖石均為燕山晚期細(xì)?；◢弾r(γ3-3 5)，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，其次為角閃石、云母等，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，新鮮時(shí)巖石致密堅(jiān)硬。除隧洞進(jìn)出口部位有近期人工堆積和坡殘積覆蓋層外，隧洞洞身段地表山坡基本為巖石出露，局部有淺薄的第四系殘坡積覆蓋。

根據(jù)除險(xiǎn)加固勘察階段壩基巖石物理力學(xué)試驗(yàn)成果，微風(fēng)化～新鮮花崗巖比重為2.66，重度為24.93～26.30 kN/m3，飽和吸水率0.47%～1.12%，飽和單軸抗壓強(qiáng)度84.6～129.2 MPa，彈性模量37.25～56.14 GPa，是理想的隧洞圍巖。

花崗巖地表一般呈弱～微風(fēng)化，局部亦有強(qiáng)風(fēng)化，甚至全風(fēng)化，主要表現(xiàn)為沿裂隙密集帶或擠壓錯(cuò)動(dòng)帶的差異風(fēng)化，分布范圍不穩(wěn)定，主要出現(xiàn)在進(jìn)口山坡淺部。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)本次隧洞開挖結(jié)果，在隧洞進(jìn)口及洞身段共揭露斷裂構(gòu)造9條，其中規(guī)模較大的斷層1條(F1)，小斷層5條，閃長(zhǎng)巖脈3條。主要斷裂構(gòu)造如表1所列。

表1 主要斷裂構(gòu)造性狀一覽表

1.3 地下水活動(dòng)狀態(tài)

從隧洞開挖情況來看，在樁號(hào)0+22.3～0+37段由于隧洞埋深較淺，施工期間下雨時(shí)洞內(nèi)順裂隙滴水，天氣晴好時(shí)則洞內(nèi)干燥。除本段外，其余洞段僅在小斷層f208及閃長(zhǎng)巖脈δ2處有滴水現(xiàn)象，而絕大部分洞段干燥，因此洞室水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

2.1 進(jìn)口段工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

進(jìn)口段設(shè)閘門井及消渦梁(0-006～0+22.3)，建基面共長(zhǎng)28.3 m，建基面高程108 m。建基面巖性為淺肉紅色細(xì)?；◢弾r，巖石新鮮、堅(jiān)硬，較完整。建基面發(fā)育有2條擠壓式小斷層f202及f210。f202位于建基面左側(cè)，產(chǎn)狀為N45～60°E，NW∠60～70°，面弧形彎曲，夾0.5～1cm高嶺土及巖片；f210從右側(cè)向上游斜穿建基面至左側(cè)，產(chǎn)狀N65～75°E，NW∠65～75°，面彎曲，寬5cm，局部寬10cm，夾巖片及高嶺土，已掏槽處理。另外尚發(fā)育有L1及L22條大裂隙。L1產(chǎn)狀N15～20°E，NW∠45～50°，面弧形彎曲，夾0.3～0.5cm高嶺土及巖片； L2產(chǎn)狀N60～70°E，NW∠60～65°，面較平，稍彎，夾0.2～0.3cm巖片及高嶺土膜。除上述外，其余裂隙一般閉合、短小，斷續(xù)延伸，附鐵錳膜，且不甚發(fā)育。以上斷裂構(gòu)造規(guī)模較小，不會(huì)對(duì)閘門井等建筑物的安全穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，建筑物建基面工程地質(zhì)條件較好。

2.2 洞身段工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

洞身段(樁號(hào)0+22.3～0+382.637)巖性全部為細(xì)?；◢弾r，巖性單一，洞內(nèi)巖石大部分新鮮堅(jiān)硬，僅進(jìn)口洞頂部分為微風(fēng)化。洞內(nèi)共揭露小斷層5條，閃長(zhǎng)巖脈3條，閃長(zhǎng)巖脈與兩盤巖石均為裂隙式接觸。洞身段斷裂性狀見表1。其中小斷層f205、f211及閃長(zhǎng)巖脈δ1、δ2與洞軸線交角較大(90°～60°)，對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響不大；f208與洞軸線交角較小(24°～34°),順洞延伸較長(zhǎng)，但其寬度不大，對(duì)圍巖穩(wěn)定影響亦不大；f210主要位于進(jìn)口段，洞內(nèi)僅在右側(cè)洞壁下部出露，對(duì)洞室穩(wěn)定影響較小。因此洞身圍巖總體上穩(wěn)定性較好，大部分屬Ⅱ～Ⅰ類圍巖。

但是洞身樁號(hào)0+22.3～0+37段由于開挖斷面較大，寬16 m～13.8 m，高22.5 m～15.5 m，洞頂為平頂，且埋深較淺，最小埋深僅12 m，距地表較近，因此裂隙發(fā)育。主要發(fā)育裂隙產(chǎn)狀N60～70°E，NW∠70～75°及N30～50°E，NW∠75°，此兩組裂隙均與洞軸線交角較小(0°～25°)，另f202在樁號(hào)0+25～0+36段形成寬0.5～1.2 m的透鏡體裂隙密集帶。在裂隙的相互切割下，巖體完整性較差，洞頂穩(wěn)定性亦較差，在洞頂中間部分圍巖類別為Ⅲ類，洞頂其它部位及兩壁圍巖類別為Ⅲ～Ⅱ類。洞身圍巖具體分類評(píng)價(jià)如表2所列。

表2 圍巖分類及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一覽表

2.3 出口段工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

出口明渠(樁位0+382.637～0+428.90)底板開挖高程65.2 m，巖性為細(xì)?；◢弾r，巖石新鮮、堅(jiān)硬，完整，底板裂隙不發(fā)育，兩側(cè)壁裂隙較發(fā)育，裂隙面一般附鐵錳膜，大部閉合。

出口明渠右側(cè)壁平行發(fā)育2條產(chǎn)狀N40°E，NW∠75～80°裂隙，裂隙面平直，夾2 mm～5 mm白色高嶺土膜，裂隙間隔40 cm～50 cm。由于其走向與邊坡近平行，且傾向渠內(nèi)，裂隙延至邊坡下部被切腳后影響邊坡穩(wěn)定，因此對(duì)其進(jìn)行了錨固處理，保證了邊坡的穩(wěn)定。明渠左側(cè)壁裂隙大部分閉合，可見3條與邊坡近平行的產(chǎn)狀N40°E，∠90°裂隙，長(zhǎng)4 m～7 m，一盤開挖震動(dòng)影響已脫落，另一盤形成邊坡，因此邊坡較穩(wěn)定。

出口段底板新鮮、完整，裂隙不發(fā)育，大多短小閉合，是良好的建基面。

3 施工開挖及處理措施

建議泄洪洞分進(jìn)、出口兩個(gè)工作面施工，先從上游進(jìn)口開始施工。進(jìn)口段施工時(shí)在樁號(hào)0-008 m附近預(yù)留擋水巖坎，進(jìn)行進(jìn)口明渠、閘門井建基面及洞室樁號(hào)0+22.3～0+52.2段開挖，上述開挖結(jié)束后即進(jìn)行混凝土施工。其后出口工作面開始開挖，直至與第一次開挖全線貫通。開挖期間對(duì)局部不穩(wěn)定巖體進(jìn)行臨時(shí)錨桿錨固或掛網(wǎng)噴錨等臨時(shí)支護(hù)措施。

根據(jù)泄洪洞所開挖揭露地質(zhì)情況以及所處工程部位的不同，采取不同的永久支護(hù)措施。樁號(hào)0+000～0+22.3閘門井為全混凝土結(jié)構(gòu)；洞身樁號(hào)0+22.3～0+123.015段全斷面砼襯砌；0+123.015～0+367.637段兩側(cè)洞壁及底板砼襯砌，洞頂為素噴砼；0+367.637～0+382.6段全斷面砼襯砌，0+382.6～0+428.9出口明渠段兩側(cè)為砼擋墻。

4 結(jié)束語

新建泄洪洞洞室圍巖基本新鮮，斷層及裂隙不發(fā)育～較發(fā)育，巖體完整，巖體結(jié)構(gòu)大部為塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，局部為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)；除沿?cái)鄬觙208及閃長(zhǎng)巖脈δ2有滴水現(xiàn)象外，其余絕大部分洞段干燥無滴水，施工期間未發(fā)生掉塊、塌方等圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象，圍巖絕大部分為Ⅰ～Ⅱ類，洞室整體穩(wěn)定～基本穩(wěn)定。但在樁號(hào)0+22.3～0+37段由于洞室埋深較淺，裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，洞室圍巖為Ⅲ～Ⅱ類，施工時(shí)為保證安全，本段進(jìn)行了臨時(shí)支護(hù)處理。開挖后對(duì)局部構(gòu)造發(fā)育段進(jìn)行固結(jié)灌漿處理后再進(jìn)行澆筑混凝土。由此可見，本文建議的泄洪洞施工開挖順序及支護(hù)處理措施等方案技術(shù)可行，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯，為水庫的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支撐，并為類似工程提供技術(shù)支撐。