响水涧抽水蓄能电站进/出水口基础处理设计

徐　波，周志业

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092；2.上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）



响水涧抽水蓄能电站进/出水口基础处理设计

徐波1，周志业2

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092；2.上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

［摘 要］文中根据地质条件，对响水涧抽水蓄能电站进出水口各结构部位采取有针对性的处理，如基础开挖、系统锚杆、挂网喷护、回填灌浆、固结灌浆等措施，保证进出水口的边坡稳定，地基承载力，抗滑稳定，抗浮稳定等，以满足工程正常运行要求。

［关键词］进/出水口；地质条件；基础处理；响水涧抽水蓄能电站

1　工程概况

响水涧抽水蓄能电站位于安徽省芜湖市峨桥镇，装机容量1 000 MW，是一座日调节纯抽水蓄能电站。电站由上水库、下水库、输水系统、地下厂房、地面开关站等建筑物组成。输水系统建筑物主要由上进出水口、引水隧洞上平段、事故闸门井、竖井、压力钢管、尾水隧洞、尾水事故闸门井、下进出水口等组成。

进/出水口按2级水工建筑物设计，防洪标准为设计情况洪水重现期100年，校核情况洪水重现期2 000年，工程区地震基本烈度为6°，地震设计烈度6°。

2　进/出水口地质

上进/出水口覆盖层厚度不大，一般为1～2 m，基岩为花岗岩，主要有F2，F18，F19，F12等断层，断层宽度为2～150 cm不等，走向为N 0°～80°E，倾角均在80°以上。主要的破碎带有f1，f2，f3，f34等，宽度为10～50 cm不等，走向除f34为N 81°E外，其余为N 8°～10°E，倾角为70°以上。探洞PD 5的0～40 m洞深内，PD 12的0～60 m洞深内，节理裂隙为发育～较发育，其余部分为较发育～不发育，主要产状以N 5°W～N 15°E/SW或NW∠80°～85°为主。缓倾角裂隙仅局部可见，且不发育及延伸不长。据探洞PD5和PD12、钻孔、地表测绘资料，近山脊缓坡地段，岩石风化较深，弱风化带下限水平深度为44～47.0 m，垂直分布深度在20.0 m以内。

上平段上覆岩体厚20～60 m，覆盖层厚度为0.5～2.5 m，基岩为微风化或新鲜花岗岩，岩心率RQD＞80%。

竖井及高压隧洞段，基岩为微风化或新鲜花岗岩，裂隙较发育，产状为N 60°～75°E/NW∠80°～85°和N 0°～15°E/NW∠80°～85°，缓倾角裂隙不发育，岩心率RQD＞80%。

尾水道段基岩为新鲜花岗岩，无较大规模的断层破碎带，Ⅳ级结构面的节理主要有N 30°～40° W/SW∠75°～80°，N 0°～5°W/SW∠65°～80°，N 60°～70°E/NW∠80°～85°等3组。

下进出水口段地形平缓（10°～25°），自然边坡稳定，覆盖厚度2～10 m，基岩为三叠系上统黄马青组泥岩、粉砂岩，花岗岩埋藏较深，黄马青组泥岩、粉砂岩受构造及风化作用影响，工程地质性质较差，成洞工程地质条件复杂，花岗岩岩性良好。黄马青组与花岗岩的接触面大致为N 10°～15°E/ SE∠40°～50°。

输水系统地下结构围岩除上、下进出水口附近及部分引水道竖井段为Ⅲ类外，其余均为Ⅱ类。

根据以上地质条件，为了保证进出水口的边坡稳定、地基承载力、抗滑稳定及抗浮稳定，对各结构部位采取有针对性的基础处理，以满足工程正常运行要求。

3　上进/出水口基础处理设计

3.1边坡开挖及支护

上进/出水口的边坡自上而下分层开挖，上部覆盖层、全风化层清除，3号引水洞以北开挖边坡由1.0∶0.5过渡到1.0∶1.0，3号引水洞以南边坡设203.85 m高程马道，马道以上开挖坡比取1∶1；马道以下开挖坡为比取1.0∶0.5。根据水工模型试验成果，进/出水口南、北两侧分别扩大开挖形成186.45m高程平台。进/出水口前平台开挖底坡水平，北侧开挖边坡1∶1，南侧开挖边坡1.0∶2.5。

在上进/出水口1∶1边坡坡顶设挡渣墙，挡渣墙后的水位变幅区坡面取消喷素混凝土，挡渣墙以下边坡采取系统锚杆（φ22锚杆，长3 m，间距1.5 m，入岩2.9 m）、挂网喷C20混凝土厚150 mm、设浅排水孔（D 50，长0.7 m，间距2 m）等处理措施。

根据现场开挖揭露的地质情况，南侧203.85 m高程马道后有一断层较深，因此在南侧马道以下1.0∶0.5边坡采用4根锚筋桩加强支护，锚筋桩采用3φ32，长12 m。

上进/出水口引水隧洞洞脸处采用φ22锁口锚杆，长6 m，间距1.5 m，入岩5.9 m，挂网喷C20混凝土厚150 mm。实际施工时，为确保进洞安全，在洞脸系统喷锚支护的基础上，对1，2及4号洞洞脸近开挖轮廓线顶板以上加设两排随机锁口锚杆进行支护，支护参数为：锚杆为φ25，间距1.5 m，梅花型布置，锚杆长6 m，外露10 cm；对3号洞开挖轮廓线以上洞脸布置两排φ32锚杆，间距0.5～1.0 m，梅花型布置，锚杆长7 m，外露10 cm；两侧边墙开挖轮廓线外，自上而下布置一排侧向锁口锚杆，支护参数与顶拱锁口锚杆参数相同。

在1号、2号引水隧洞之间滑道部位，断层f366从滑道斜穿过，受断层与裂隙及开挖的影响，滑道部位断层附近岩石较破碎，稳定性较差。边坡裂隙中以近NS向、陡倾角为主，该组裂隙延伸长，表部呈微张～张开状，间距0.5～2.0 m，特别是在1号、2号洞脸边坡发育。该组裂隙控制局部边坡开挖的坡比，受该组裂隙的影响，局部边坡开挖坡比陡于设计坡比。整个边坡采取了系统锚杆、挂网喷护的联合支护措施，对局部稳定性较差的部位采取放坡及加强支护。

1）施工开挖过程中对不稳定块体加强清撬，如无法清除加强随机支护。

2）对滑道范围内f366断层及破碎带进行挖除，开挖面深入断层下盘内较完整的岩石1 m，断层开挖面布置φ22@1 500、L=4 m锚杆及回填C20混凝土塞，断层以下布置6根φ32（长12 m）锚筋桩。原滑道两侧的边坡由直挖改成放坡开挖。

3）滑道两侧边坡的系统锚杆由原来的3 m加长到4.5 m。

4）滑道南侧1号洞洞脸边坡高程224.90～218.32 m段由于岩石较破碎、风化较强烈，将设计坡比由1∶1放缓至1.0∶1.3；高程203.00～186.55 m段增加5根φ32（长12 m）锚筋桩加强支护。

3.2探洞封堵

PD 5探洞位于进/出水口2号与3号引水隧洞之间175.85 m高程，全长采用C15混凝土封堵。PD12探洞位于进/出水口左侧164.54 m高程，洞口长20 m，采用C15混凝土封堵，封堵段采用埋石混凝土，洞顶拱采用同强度等级砂浆进行回填灌浆。

3.3拦污栅段、扩散段基础处理

拦污栅段建基面岩石以花岗岩为主，局部有闪长玢岩岩脉，岩石呈弱风化。该段未发现规模较大的断层，裂隙比较发育，以陡倾角为主，岩石较破碎，岩石呈块状。对规模较小的断层进行刻槽处理并回填混凝土找平。

扩散段基岩以弱～微风化的花岗岩为主，局部有闪长玢岩细脉。开挖揭露规模较大的断层有F2，在桩号上进0+30以南沿断层蚀变范围较宽1.0～1.5 m，向北逐渐收敛，断层宽10～30 cm。裂隙比较发育，以陡倾角为主，局部岩石较破碎。对裂隙密集带适当挖深并用混凝土找平。对F2断层采取槽挖、回填混凝土并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0 m），锚杆φ22 mm，长4 m，外露800 mm，间距1.5 m。

上进/出水口拦污栅段、扩散段的底板采用φ22 mm锚杆与基岩连接，间距1.5 m，长4 m，入岩3.2 m。1号拦污栅段及扩散段南侧直立坡和4号拦污栅段及扩散段北侧直立坡采用φ22锚杆与拦污栅段及扩散段边墩连接，间距2 m，长6 m，入岩5 m。引水洞之间的岩台采用系统锚杆（φ22锚杆，长3 m，间距1.5 m，入岩2.9 m）、挂网喷C20混凝土厚150 mm、设浅排水孔（D50，长0.7 m，间距2 m）等处理措施。

3.4上平洞及事故闸门井基础处理

上平洞及闸门井岩性主要为花岗岩，局部闪长玢岩岩脉侵入。1—4号引水隧洞上平洞段岩石呈微风化状；闸门井除井口段岩石呈弱风化外，其余井壁段岩石呈微风化状。引水洞段除3号引水洞桩号引0-73～0-40 m、4号引水洞桩号引0-73～0-60 m段断层、裂隙比较发育、岩石较破碎，围岩类别属Ⅳ～Ⅲ类外；其余洞段岩石相对较完整，围岩类别属Ⅲ类。1—4号闸门井除井口部位岩石风化裂隙较发育呈Ⅳ～Ⅲ类，其余呈Ⅲ类。

根据揭露的地质情况采取的工程处理措施如下：

1）1—4号洞内的矩形段、渐变段的顶拱、边拱采用φ22 mm锚杆与基岩连接，间距1.5 m，长3 m，出露70 mm，挂网喷C20混凝土厚100 mm；隧洞段喷C20素混凝土厚100 mm。矩形段、渐变段、隧洞段衬砌结构施工完成并达到设计强度后，进行回填灌浆和固结灌浆，每排8孔，排距3 m，入岩4 m，顶拱120°范围内各孔兼作回填灌浆孔。

2）3号引水洞引0-73.00～引0-65.00段洞口上覆岩体较薄，增加8榀工字钢进行支撑；引0-53.00～引0-40.00段受断层、裂隙及岩脉发育的缘故，岩石破碎，采用φ22 mm锚杆与围岩连接，间距1.5 m，长3 m，出露70 mm，挂网喷C20混凝土厚100 mm。如图1所示。

3）对1—4号引水洞在裂隙发育、断层部位增加随机锚杆处理。

4）上事故闸门井采用φ22 mm锚杆与围岩连接，间距1.5 m，长4 m，出露70 mm，挂网喷C20混凝土厚100 mm；竖井与引水洞交汇部位设两排锁口锚杆φ25 mm，排距1.25 m，间距1.5 m，长6 m，出露70 mm。衬砌结构施工完成并达到设计强度后对事故闸门井下部、竖井段及上室底板进行固结灌浆，灌浆孔排距3 m，入岩4 m。

4　下进/出水口基础处理设计

4.1边坡开挖及支护

下进/出水口正面边坡自上而下分层开挖，山坡侧边坡设46.35 m高程和31.35 m高程二级马道，46.35 m高程马道以上开挖坡比取1∶1；46.35 m高程马道以下到16.15 m高程道路开挖坡比取1.0∶0.7，道路以下开挖边坡取1.0∶0.8，洞脸两侧开挖边坡由1∶0.8过渡到1.0∶2。边坡除开口线附近有厚1～2 m的坡积碎石土覆盖外，其余均为岩质边坡。边坡岩性以花岗岩为主，在高程16.15 m以下3号、4号引水洞洞脸边坡分布有石英角岩。边坡岩石除顶部1～3 m及北侧边坡风化较强烈岩石呈全～强风化状外，其余岩石以弱风化为主。

16.15 m高程马道以上边坡根据岩体完整性采取系统锚杆、随机锚杆、挂网、喷混凝土等一种或多种联合处理措施，进/出水口北侧转弯段边坡（D 0-00267～D 0+070.00 m），由于边坡自稳条件差，将原来1∶1的边坡削缓为1.0∶1.2。对16.15 m高程以下边坡采取挂网锚喷处理。边坡支护的具体措施：系统锚杆采用φ22锚杆，长3m，间距1.5 m，入岩2.9 m；随机锚杆采用φ22锚杆，长3 m，间距1.5 m，入岩2.9 m；挂网喷C20混凝土厚150 mm；在正面16.15 m高程以上边坡坡底设置一排深排水孔D 150，长15 m，间距2.5 m，其余边坡设浅排水孔D50，长0.7m，间距2 m。

下进/出水口尾水隧洞洞脸处采用φ22锁口锚杆，长6 m，间距1.5 m，入岩5.9 m，挂网喷C20混凝土厚150 mm。

4.2渐变段、下事故闸门井基础处理

渐变段、下事故闸门井基础座落在弱风化花岗岩上，其基础采用φ22 mm锚杆与基岩连接，间距1.5 m，长4 m，入岩3 m。上部结构浇筑完成并达到设计强度后对基岩进行固结灌浆，灌浆孔间距3 m，入岩3.5 m。

4.3事故闸门井工作桥基础处理

下事故闸门井工作桥的1号桥台、1号桥墩承台底座落在全风化泥质粉砂岩、砂岩上，岩性软弱，强度不满足要求，每个基础底部采用两根直径1.2 m的C25钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩端置于弱风化岩石上。2号桥墩承台基础座落在弱风化花岗岩上，3号桥墩承台基础座落在弱风化石英角岩上，强度和稳定均可满足要求，采用天然地基，基础与基岩之间采用两排φ25 mm锚杆连接，间距1 m，长4 m，入岩3 m。

4.4矩形段、扩散段、防涡梁及整流段基础处理

矩形段、扩散段、防涡梁及整流段建基面岩石以石英角岩为主，局部为花岗岩，岩石呈弱风化。开挖揭示基岩有断层f507，f508通过，断层宽度0.05～0.4 m，陡倾角，断层规模较小。岩石裂隙发育，部分石英角岩沿裂隙蚀变。

开挖过程中对断层破碎带、蚀变带宽度大于等于0.5 m的，采用槽挖并回填混凝土塞，并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0 m），锚杆φ22 mm，长4 m，外露800 mm，孔距1.5 m，排距2.0 m。对宽度较小处采取了刻槽处理，并回填混凝土。

下进/出水口矩形段、扩散段、防涡梁及整流段的底板采用φ22 mm锚杆与基岩连接，间距1.5 m，长4 m，入岩3 m。上部结构浇筑完成并达到设计强度后对基岩进行固结灌浆，灌浆孔间距3 m，入岩3.5 m。

4.5拦污栅交通桥基础处理

两侧岸坡段拦污栅交通桥桥墩（台）根据承台底开挖揭示基岩出露情况采取相应的基础处理型式。6号桥墩、9号桥墩基础落在弱风化石英角岩上，采用天然地基，基础与基岩之间采用两排φ25 mm锚杆连接，间距1 m，长4 m，入岩3 m；2，3号桥台，4，5，7，8号桥墩基础座落在全～强风化砂岩、泥质粉砂岩上，每个基础底部采用2根直径1.2 m的C25钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩端置于弱风化岩石上。

4.6前池基础处理

前池基岩岩性主要为石英角岩，靠近库内局部为泥质粉砂岩、砂岩，岩石呈强～弱风化状。基础开挖面发育一条宽0.5～0.8m断层f509，层面裂隙和陡倾角节理发育，岩石较破碎。对断层进行槽挖、回填混凝土并适当布置锚杆的方式处理，开挖深度为1.5倍断层宽度（最小不少于1.0m），锚杆φ22mm，长4m，外露800mm，孔距1.5m，排距2.0m。

前池水平段底板用φ22 mm锚杆与基岩连接，间距1.5 m，长4 m，入岩3.25 m。底板上设置排水孔，直径100 mm，间距1.5 m，用土工布袋装粗砂塞满。前池斜坡段开挖坡比1.0∶15，采用M 10浆砌块石护底。

前池南北两侧边坡开挖坡比1.0∶1.5，北侧边坡岩性为石英角岩及泥质粉砂岩、砂岩，南侧边坡岩性为泥质粉砂岩、砂岩，岩石多呈全～强风化为主。靠近下进/出水口侧边坡坡度高、但风化强度弱，靠近库盆侧坡度小，风化强烈。整个边坡坡面采用了M 10浆砌块石护坡。

［参考文献］

［1］王成林，杨令强，秦冰，杨克坤.固结灌浆对隧洞围岩稳定的影响［D］.第三届全国岩土与工程学术大会论文集，1999.

［2］刘慧霞.水电站灌浆平洞固结灌浆研究［D］.西北农林科技大学，2010.

［中图分类号］TV671

［文献标识码］A

［文章编号］1002—0624（2016）07—0005—04

［收稿日期］2015-12-22