荒沟抽水蓄能电站地质探洞封堵方案

刘 洋，刘文斌，张 煜，刘 浩

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

荒沟抽水蓄能电站地质探洞封堵方案

刘 洋，刘文斌，张 煜，刘 浩

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

荒沟抽水蓄能电站地质探洞基本平行于尾水隧洞布置，位于两尾水隧洞之间，洞间岩体较薄，断层节理较发育，运行时可能沿断层节理向探洞渗水。且地质探洞与厂房顶拱岩体最薄部位仅为2 m，如果封堵处理不好，将会引起向厂房内渗水，严重时地质探洞与厂房连通，将会导致水淹厂房。文中介绍了荒沟抽水蓄能电站地质探洞封堵方案的确定过程，为类似工程的设计提供借鉴。

地质探洞；封堵；洞口封堵；内部封堵；渗透稳定

1 工程概况

荒沟抽水蓄能电站，位于黑龙江省海林市境内，距牡丹江市145 km，下水库为已建的莲花水电站水库，上水库为牡丹江支流三道河子右岸的山间洼地。工程以发电为主，总装机1 200 MW。电站建成后在黑龙江省电网担任调峰、调频和事故备用。

电站枢纽建筑物主要由上水库主坝及副坝、输水系统和地下厂房等组成。

输水系统按发电工况分引水系统和尾水系统，均为二洞四机布置。引水系统由上水库进/出水口、引水隧洞、引水调压井、引水岔管和引水压力钢管组成；尾水系统由尾水支洞、尾水岔管、尾水调压井、尾水隧洞、下水库进/出水口组成。

两尾水隧洞中心线间距48 m，经平面转弯后变为30 m，1号尾水隧洞全长1 069.46 m，2号尾水隧洞全长1 045.61 m，尾水隧洞内径6.70 m，全部采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚60 cm。

2 地质探洞布置

地质探洞主要由3部分组成，第一部分PD01，基本与尾水隧洞平行，位于两尾水隧洞中间，主要目的是探查尾水隧洞以及厂房前的压力管道及岔管的地质条件，全长约1 331.4 m，高差16.405 m。第二部分PD04，PD05，为厂房地质探洞，基本平行于厂房纵轴线布置，与PD01主探洞呈“十”字形交叉，PD04支洞长94 m，PD05支洞长95 m。第三部分为地质探洞的施工支洞，支洞进口位于下水库进/出水口下游侧右岸的山坳里，与PD01探洞成约50度夹角，长约108.74 m，支洞高差约17.32 m，纵坡角度9.05度。地质探洞断面为城门洞型，断面尺寸约为2×2 m。地质探洞共有两个进口，即PD01探洞进口和探洞施工支洞进口。

地质探洞于1996年开挖完成并进行了封堵，PD01探洞进洞点高程为EL199.805 m,当时开挖后，因与下水库进/出水口施工相干扰，对洞口部位45 m长范围进行了封堵；地质探洞支洞进洞点高程为EL215.00 m，洞口仅用土进行了回填。

2014年7月，从地质探洞施工支洞洞口进入PD01探洞进行检查，PD01探洞洞口封堵体渗水量较小，仅为0.6 L/S。

3 尾水隧洞与地质探洞地质条件分析

根据尾水隧洞和地质探洞地质条件，进行统计分析，尾水隧洞与地质探洞之间岩体厚小于10 m的隧洞长约157 m，共发育断层4条，断层宽一般0.2～2.5 m，多由碎裂岩及岩屑夹泥组成，岩体节理发育，完整性较差，围岩多为Ⅲ～IV；厚10～20 m的隧洞长约200 m，共发育断层6条，断层宽度一般0.2～0.3 m，其中f15宽0.8～1.1 m，多由碎裂岩、岩屑及灰白色断层泥组成，岩体节理发育，局部岩体完整性较差，围岩多为Ⅱ～Ⅲ；厚20～30 m的隧洞长约167 m，共发育断层3条，断层宽一般0.1～0.2 m，岩体节理较发育，以斜交或小角度交洞轴的陡倾角节理为主，断续分布有缓倾角节理，常密集出现，局部岩体完整性较差，围岩多为Ⅱ～Ⅲ类；厚30～40 m的隧洞长约141 m，发育4条断层，断层宽度一般0.2～0.5 m，其中f19宽1.0～2.5 m，多由碎裂岩及岩屑夹泥组成，上下盘均有1～20 cm的较连续的灰白色断层泥，节理以斜交洞轴的陡倾角节理为主，断续分布有缓倾角节理，围岩多为Ⅱ类；厚大于40 m的隧洞，长约400 m，发育10条断层，断层宽一般0.1～0.6 m，最宽为1.2 m，由多碎裂岩组成，局部夹断层泥，节理不发育，偶见缓倾角节理，围岩多为Ⅱ类，其中V类围岩约100 m。

另外，地质探洞于尾调大井底部从两尾调间穿过，尾水调压室直径20 m，衬砌厚度1.2 m，探洞与调压室大井井壁间最小岩体厚仅为23.6 m。且见有f29，f30断层通过尾调大井及地质探洞，地质探洞于尾调大井底部通过，尾水调压室与地质探洞间沿f29断层面的距离大约30 m，沿f30断层面的距离大约40 m。f29断层的性状为：走向N70°W，倾向NE，倾角35°，断层宽0.1 m，组成物为碎屑夹泥；f30断层的性状：走向N45°W，倾向NE，倾角25°～30°，断层宽0.4～0.70 m，组成物为碎屑夹泥，断层面平直，光滑。

工程运行后，尾水隧洞承受20～90 m的水头，由于尾水隧洞与探洞间岩体断层节理较发育，运行时可能沿断层节理向探洞渗水。另外，尾水调压室与探洞间岩体较薄，并见有f29，f30断层连通，尽管承受水头不是很高，但也有30 m，调压室也存在向探洞内渗水的可能。

4 地质探洞封堵总体方案

根据地质探洞的布置以及地质探洞与尾水隧洞、厂房、主变洞及尾闸洞等洞室的相对位置关系等因素，将地质探洞的封堵分为两部分，地质探洞洞口封堵和地质探洞内部封堵。

4.1 探洞洞口封堵

地质探洞洞口封堵，是为了避免下水库直接与地质探洞连通。地质探洞共有两个进口直接与下水库相连，即PD01探洞进口和探洞施工支洞洞口。

地质探洞于1996年开挖完成并进行了封堵，经过实地调查并与当初的施工单位进行核实，PD01探洞进洞点高程为EL199.805 m，当时开挖后，因与下水库进/出水口施工相干扰，于是对洞口部位45 m长范围进行了封堵，封堵混凝土标号为R200，未进行灌浆，2014年7月从探洞施工支洞洞口进入PD01探洞后进行检查，PD01探洞封堵体渗水量较小，仅为0.6 L/S。

探洞施工支洞进洞点高程为EL215.00 m，当时未进行封堵处理，但洞口已用土进行了回填。2014年9月，对地质探洞的施工支洞洞口进行了封堵，封堵部位距洞口约3 m，封堵长度为5 m，封堵体采用C30W8抗溶出型中等腐蚀和一般酸性弱腐蚀混凝土，并对顶拱进行了回填灌浆，灌浆压力为0.2 MPa。

1996年进行的PD01探洞洞口封堵，经复核计算，封堵体长45 m满足稳定要求，且2014年7月进入探洞内检查，其渗漏量仅为0.6 L/S。因此，PD01探洞洞口封堵体不再进行处理。

地质探洞施工支洞封堵体承受水头较小，计算长仅为3 m，设计封堵长采用5 m，并对封堵体顶拱进行回填灌浆。因此，地质探洞施工支洞洞口的封堵满足强度稳定和渗透稳定要求。

综上所述，地质探洞两洞口封堵均满足稳定和运行要求，因此，仅需对地质探洞内部封堵方案进行研究。

4.2 探洞内部封堵必要性

由于地质探洞布置于两尾水隧洞间，基本平行于尾水隧洞，尾水隧洞与地质探洞间岩体较薄，而且尾水隧洞与探洞间岩体断层节理较发育，运行时可能沿断层节理向探洞渗水。另外，尾水调压室与探洞间岩体较薄，并见有断层连通，调压室也存在向探洞内渗水的可能。严重时极有可能导致尾水隧洞或尾水调压室与地质探洞连通。每条尾水系统水量约5万m3水，两条尾水系统共约10万m3水，如果封堵处理不好，将会引起向厂房内渗水，严重时，若地质探洞与厂房连通，将会导致水淹厂房。

另外，也有工程由于地质探洞处理不当，引起输水系统漏水的情况。如某抽水蓄能电站，在输水系统首次充排水时，地质探洞内大量涌水，放空后，检查并分析原因，是由于地质探洞与输水隧洞间通过构造连通导致。最后处理方案为：对输水隧洞与地质探洞相近的部位进行了化学灌浆处理，并对地质探洞全部进行混凝土回填处理。

从施工安全考虑，由于厂房地质探洞PD04，PD05位于厂房顶部，岩体最薄部位仅为2 m，为了保证在厂房开挖施工中保持围岩体稳定，也需要对厂房地质探洞进行封堵处理。

综上所述，地质探洞应进行内部封堵，并应引起足够的重视，确保封堵的效果和质量。

5 地质探洞内部封堵方案比选

根据实际的地形地质条件、地质探洞与尾水洞的相互关系以及构造分布情况，拟定了两个封堵方案。两个封堵方案的基础是，厂房地质探洞PD04，PD05全部进行封堵。

5.1 地质探洞内部封堵方案1

根据地质探洞与尾水隧洞、厂房等洞室的相关位置关系和地质条件，确定地质探洞内部封堵位置选择在PD01探洞的尾闸室下游侧（尾水调压室侧）尾水支洞渐变段部位。封堵段长30 m，并对封堵体进行回填灌浆和接触灌浆。另外，对厂房地质探洞PD04，PD05全部进行封堵，并进行回填灌浆和接触灌浆。厂房地质探洞封堵长约为200 m。因此，方案1总封堵长为230 m。

5.2 地质探洞内部封堵方案2

根据地质探洞与尾水隧洞、厂房、主变洞及尾闸室等洞室的相关位置关系，充分考虑到如果封堵效果不理想可能造成的后果，确定封堵方案如下：除对厂房地质探洞PD04，PD05全部进行封堵外，对于平行于尾水支洞轴线方向的PD01探洞，尾水岔管分岔点至厂房上游侧排水廊道间的PD01探洞洞段全部进行封堵，本段封堵段长度为205 m，对所有封堵段进行回填灌浆和接触灌浆。厂房地质探洞封堵长度约为200 m。因此，方案2总封堵长度为405 m。

两个方案比较，方案2与方案1比较，其工程量及投资虽然较大，但两方案均需要在探洞内进行封堵混凝土施工及相应的灌浆施工，只是工程量上的区别。从渗透稳定性上看，方案2相对较为安全可靠。由于地质探洞下部是厂房，一旦出现渗漏较大，需要排空尾水洞处理，严重时，渗漏量突然加大，超过厂房排水能力时，将会导致水淹厂房，其造成的影响和损失是巨大的。因此，综合比较，尽管方案2较方案1工程量及投资略大，但从降低运行成本、保证渗透的稳定性以及工程运行的安全性来讲，地质探洞的内部封堵选择方案2。

6 结 语

为查明地下厂房和岔管段的地质条件，一些工程不可避免地需要布置地质探洞。当地质探洞完成使命后，需要重新审视与永久建筑物的相互关系，以确定是否需要对地质探洞进行封堵以及封堵方案。因此，在工程前期布置地质勘探洞时，应充分考虑后期工程实施后封堵的必要性及封堵施工的难易性。

1002－0624（2016）09－0001－02

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2016-05-20