狮子坪水电站厂房交通洞覆盖层成洞条件及处理措施

黎昌有，冯建明，邓卫东

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 概述

狮子坪水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内岷江右岸一级支流杂谷脑河上，为杂谷脑河梯级水电开发的龙头水库电站，主要由拦河大坝、放空洞(导流洞)、泄洪洞、引水隧洞、调压井、压力管道及地下厂房等建筑物组成。正常蓄水位高程2 540 m，最大坝高136 m，总库容1.327 亿 m3，引水隧洞长18 707.923 m，设计水头390 m，引用流量61.4 m3/s，装机容量195 MW。

厂区枢纽建筑物主要有主副厂房、主变及GIS室、尾水闸门室、尾水隧洞、尾水渠、交通洞、出线洞、排风洞、排水廊道、出线场等。根据厂区地质条件，采用主副厂房、主变及GIS室、尾水闸门室三大主洞室平行布置方案。

2 厂址区基本地质条件

工程区位于北西向鲜水河断裂带和北东向龙门山断裂带所围限的川青断块的小金～较场弧形构造带之西翼近顶端的次级构造族郎帚状构造带上，在大地构造部位隶属于松潘～甘孜地槽褶皱带范畴，西侧毗连巴颜喀拉冒地槽褶皱带，东邻扬子地台西缘龙门山～大巴山台缘拗陷带，工程场地地震基本烈度为Ⅶ度。

厂址区河谷形态为“U”形，杂谷脑河以S15°E流经厂区，枯水期河面宽25 m，水面高程2 088 m。右岸I级阶地宽20～60 m，阶面平整，高出河水面6～7 m，阶地后缘坡脚处发育串状倒石堆。谷坡临河坡高大于600 m，地形下陡上缓，平均自然坡度为40°～50°。

厂区地层为三叠系侏倭组(T3zh)浅变质岩，岩层总体产状为 N30°～70°E/NW(SE)∠70°～89°，走向与河流大角度相交，陡倾上游，局部倾下游，岩性以变质砂岩为主，少量为砂质板岩，中厚层至巨厚层状，岩石致密坚硬。

勘探资料揭示，厂址区覆盖层厚度大于48.07 m，其成因类型、层次结构复杂，厚度变化大。根据成因、物质组成、结构特征，覆盖层由老到新可分为六层:

①含漂(块)卵砾石层(Q3gl+fgl):冰川冰水堆积，分布于河床底部，下伏为基岩，厚度大于15.54 m，分布连续，往山内侧变薄并尖灭，顶板埋深44.55 m，对应高程2 051.26 m，漂卵石成分主要为变质砂岩、花岗岩，少量为砂质板岩，粒径一般为10～30 cm，次圆状，结构较紧密。

②粉细砂层(Q3l):堰塞湖相堆积，分布于河床下部，厚6.49 m，分布连续，往山内侧变薄并尖灭，顶板埋深 38.06 m，对应高程 2 057.75 m，结构较松散。

③含漂(块)卵(碎)砾石层(Q4al):冲积堆积，分布于河床中部，下伏为②层，厚度27.91～30.67 m，分布连续，顶板埋深 10.15 ～17.40 m，对应高程2 085.66 ～2 087.26 m，卵(碎)砾石成分以变质砂岩为主，少量为砂质板岩、花岗岩，卵砾石呈次圆状，块碎石以棱～次棱角状为主，粒径一般为3～8 cm，该层从下部到上部磨圆度由好变差，下部以卵砾石为主，上部以块碎石为主。该层局部夹中细砂透镜体。

④含砾粉质壤土(Q4l):堰塞湖相堆积，分布于河床上部，厚3.40～6.05 m，分布连续，往山内侧变薄，顶板埋深4.1 ～14.0 m，对应高程2 090.66～2 091.71 m，该层结构较密实。

⑤漂卵砾石层(Q4al):现代河床冲积堆积，厚2.3 ～6.55 m，分布连续，往山内侧逐渐尖灭，顶板埋深1.8 ～7.45 m，对应高程2 094.01 ～2 097.21 m，漂卵砾石成分以变质砂岩为主，少量为花岗岩，粒径一般为10～30 cm、3～8 cm，次磨圆至磨圆状。该层结构较松散，局部架空。

⑥块碎石土层(Q4col+dl):表层崩坡积物堆积，厚 1.8 ～40.95 m，块碎石结构松散，广泛分布于坡脚。

在地质构造上，厂区位于古尔沟倒转背斜的东翼，为侏倭组(T3zh)地层构成的单斜构造。

厂区物理地质作用主要表现为岩体的卸荷与崩塌，岩石风化微弱。岩体表部卸荷作用强，加之裂隙不利组合切割，形成不稳定岩块崩塌坠落，在坡脚堆积形成倒石堆。倒石堆的堆脚相连成串。

厂区地下水类型为基岩裂隙水与第四系松散堆积层中的孔隙水。裂隙水赋存于谷坡岩体内，由大气降雨补给，向河流排泄。孔隙水主要赋存于I级阶地堆积层内，钻孔揭示其较河水位低4.74 ～5.04 m。

3 厂房交通洞覆盖层工程地质条件

厂房交通洞长229.18 m，其中覆盖层洞段长92.18 m，起点底板高程2 091.46 m，终点底板高程2 095 m，洞向 N85°34'53″E，洞径7 m。覆盖层洞段主要由⑥层崩坡积块碎石土组成，块碎石大小混杂，平均直径一般为15～30 cm，大的直径可达2～3 m，小的直径一般为3～4 cm，土为砂质粉土。该层颗粒大小悬殊，分布不均匀，局部粗细颗粒相对集中，具架空结构，结构非常松散，在坡脚形成大面积的倒石堆，倒石堆顶部高程为2 300～2 380 m，堆脚紧邻Ⅰ级阶地后缘，最大堆高可达200～280 m，堆宽约90～260 m，平均自然坡度为40°～50°。

4 厂房交通洞覆盖层成洞主要问题及处理措施

厂房交通洞覆盖层洞段于2005年3月开始施工开挖，2005年6月完成施工开挖及支护。覆盖层洞段由⑥层崩坡积块碎石土组成，结构非常松散、粘聚力极小且含大量孤石，具架空结构，成洞条件极差。施工中采用先打超前小导管，分二级短台阶预留土心人工开挖方法进洞，主要施工程序:打超前花管→预固结灌浆→人工开挖上台阶→架设上台阶拱支撑→下台阶开挖→架设竖向支撑→打锁脚锚杆→焊接连接钢筋→挂网喷混凝土。

4.1 大孤石处理

在厂房交通洞覆盖层洞段开挖过程中遇到了大小不等的大孤石，通常采取以下处理措施:

采取将超前管棚直接穿越大孤石、沿永久结构断面外侧打预裂爆破孔的方式对结构断面以内的孤石体进行松动爆破，待结构断面以内的孤石破碎后再按常规办法继续开挖。

4.2 塌方的处理

厂房交通洞覆盖层洞段施工过程中曾遭遇不同程度的塌方，针对塌方高度的不同分别采取了不同的处理措施。

(1)小型塌方的处理:一般塌方空腔高度在0.5～3 m之间，该类塌方体方量小，处理较为容易，处理时间也较短，主要措施为:塌方后及时用碎石或木材等材料通过管棚塞满塌落的空腔，给趋于稳定的塌方体围岩一个附加的支撑力，使围岩得到一个较好的稳定收敛效果，然后再采取加密钢拱架、增加混凝土喷护厚度等措施对开挖中第一次的支护进行加强处理。

(2)大型塌方的处理:一般塌方空腔高度在3～8 m之间，跨度为3～15 m，该类塌方体塌方量大，处理难度较高，处理时间也较长，主要措施为:

①先在塌空区喷C20混凝土护壁，临时稳定塌方体的围岩，然后在塌空区安装钢拱架并在拱背上用型钢架设纵向梁，同时在纵向梁上用弧形钢进行加固处理;

②在塌空腔内架设钢管支架以稳定整个围岩，并顺岩壁编管网和钢筋网，同时安装好混凝土回填预埋管及排气管;

③第二次在塌空区四周喷C20混凝土，进一步增强围岩稳定性;

④清理土石方并对塌方损坏的第一次支护重新进行施工支护;

⑤完成塌方段的边墙及顶拱永久混凝土支护;

⑥用C15混凝土通过混凝土回填预埋管将塌空区回填满，以增加洞室的稳定性。

4.3 第一次支护失稳处理

在厂房交通洞覆盖层洞段施工中局部发生过第一次支护失稳的情况，主要采取以下措施进行处理:(1)通过变形观测发现隧洞存在变形时，首先在拱脚部位采用I18工字钢及时进行纵向加固处理;(2)如果是竖向变形，则采用I18工字钢在竖向进行支撑，竖向加固之间则通过钢筋或小型钢连接，使竖向支撑能整体受力;(3)如果是横向变形，则采用I18工字钢在横向进行支撑，横向加固之间通过钢筋或小型钢连接，使横向支撑能整体受力。

5 厂房交通洞覆盖层洞段的永久支护情况

交通洞覆盖层洞段于2005年2月开始混凝土浇筑，2005年11月完成永久混凝土浇筑。永久支护采取了型钢组合混凝土支护型式:型钢及锚喷作为一期支护形成“骨架”，钢筋混凝土结构与一期支护联合作为支撑受力体，衬砌厚度为100 cm，衬砌完成后还进行了固结和回填灌浆。永久支护处理后，经过4年多时间的运行考验，洞室稳定性良好。

6 结语

狮子坪水电站厂房交通洞覆盖层颗粒大小悬殊，分布不均匀，结构松散、粘聚力小且含大量孤石，具架空结构，成洞条件极差。施工中采取了打超前小导管，分二级短台阶预留土心人工开挖方法进洞，为今后类似地质条件的覆盖层隧洞施工积累了宝贵的经验。