固滴水电站引水隧洞Ⅳ类偏好围岩衬砌优化设计研究及应用

2017-11-15 05:26，，，

四川水利 2017年5期

关键词：岩洞波速隧洞

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(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司成都分院，成都，610091)

固滴水电站引水隧洞Ⅳ类偏好围岩衬砌优化设计研究及应用

王志鹏，贺双喜，张高，罗远纯

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司成都分院，成都，610091)

引水隧洞工期是固滴水电站关键线路，投资占总投资比例较大。对隧洞衬砌结构设计进一步优化研究是有必要的。固滴水电站引水隧洞总长10852.32m，其中Ⅳ类偏好围岩洞段约占全洞长20%，具备衬砌设计优化的可行性。通过固结灌浆能够提高引水隧洞围岩力学参数，使衬砌与围岩形成承载圈，从而达到加固引水隧洞围岩的作用，同时也可提高引水隧洞围岩防渗性能。本文研究思路及技术路线可为类似工程设计提供参考。

衬砌结构引水隧洞固结灌浆设计优化固滴水电站

1 工程概况

固滴水电站系水洛河干流(额斯～捷可)水电规划“一库十一级”的第六个梯级，上游接钻根水电站，下游接新藏水电站，闸址位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内麦日乡俄西村下游约4km的峡谷段。坝址处控制流域面积7249km2，多年平均流量为107m3/s。固滴水电站采用引水式开发，水库正常蓄水位2311.00m，相应库容91万m3，总库容104万m3。电站装机容量138MW，工程开发任务以发电为主，兼顾下游生态环境用水。

引水隧洞为平底马蹄形断面，过水断面面积33.893m2，线路靠河边山体布置，平面布置3个弯道，转弯半径均为50m。隧洞围岩主要以Ⅲ、Ⅳ类为主，其中Ⅳ类偏好围岩洞段约占全洞长20%。隧洞长度10852.32m，沿线承受内水压力为0.13MPa～0.76MPa。地层岩性为砂岩、玄武岩夹灰岩、板岩等。招标阶段Ⅳ类围岩洞段采用钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.60m，纵坡i=3.442‰。

水工隧洞的投资和工期是控制整个工程投资和工期的重要因素之一。对衬砌结构设计进一步分析计算研究是必要的，可产生一定的经济效益和社会效益。固滴水电站招标阶段引水隧洞Ⅳ类偏好围岩设计采用钢筋混凝土衬砌结构，衬砌混凝土及配筋量均较大。根据施工阶段引水隧洞实际围岩揭露情况，Ⅳ类偏好围岩洞段所占比例较大，具备进一步优化设计的可行性。

2 工程地质

2.1 地形条件

引水隧洞沿线为玄武岩、砂板岩等形成的中高山区，轴线地表高程2400m～2895m，绝大部分洞段埋深大于100m，最大埋深约590m(2+130m桩号附近)。其中埋深100m～400m洞段长7660m，约占全洞长72%，埋深大于400m洞段长2960m，约占全洞28%。

2.2 地层岩性

隧洞沿线穿越地层自上而下为T3q2、T3q3、T3q、T2、T1l5、T1l4、T1l3、T1l2、T1l1，岩性涉及玄武岩、辉绿岩、变余砂岩与板岩夹少量薄层灰岩。其中玄武岩、辉绿岩洞段长约2530m，约占全洞长23%，其余为变余砂岩、板岩夹少量灰岩洞段，约占全洞长77%。

2.3 主要构造

隧洞沿线穿越木机垭口断裂(F1)、西勒断裂(F2、F3)等3条大断裂、以及F51共4条断层，经鉴定以上断层均为非活动断层。除F51、F2之间2+730桩号附近地表发育一小向斜，两翼产状分别为EW/S∠30°～45°、EW/N∠43°外，其余洞段岩层单斜，中至陡倾上游。玄武岩与辉绿岩洞段裂隙较发育，变余砂岩、板岩夹少量灰岩洞段裂隙密集短小。

2.4 水文条件

隧洞区水文地质条件相对简单，以孔隙水、基岩裂隙水为主，主要赋存于覆盖层、岩石风化带、裂隙密集带与断层破碎带内。地表少见泉水，主要分布在F2断层带附近T3q地层上的第四系覆盖层中。沿线仅3号冲沟常年有水。

3 优化设计可行性分析

3.1 优化设计的必要性

水电工程建设中，长引水式电站较为常见，主要特点是高水头、大洞径。如已建或在建的天生桥二级水电站(引水隧洞共三条，均长9.8km，衬砌内径8.7m、9.8m)、狮子坪水电站(引水隧洞长18.71km，衬砌内径5.5m)、锦屏二级水电站(四条引水隧洞长约16.6km，衬砌内径11.8m)、立洲水电站(引水隧洞长约16.7km，衬砌内径8.2m)等，对水工隧洞的投资和工期控制是控制整个工程投资和工期的重要因素之一。因此，对水工隧洞衬砌结构设计进一步分析计算研究是有必要的，可产生一定的经济效益和社会效益。

固滴水电站引水隧洞全长10852.32m，平底马蹄形断面，引水隧洞围岩为玄武岩、辉绿岩、变余砂岩、板岩夹少量灰岩。根据开挖揭露的情况，Ⅲ类围岩约占36.3%，Ⅳ类围岩约占56.8%(其中Ⅳ类偏好围岩洞段约占全洞长20%)，Ⅴ类约占6.9%。Ⅳ类偏好围岩洞段所占比例较大，采用招标阶段钢混衬砌结构设计，衬砌混凝土及配筋量均较大。对Ⅳ类偏好围岩洞段永久支护型式做进一步分析、研究具备客观条件。

3.2 优化设计技术路线

(1)现场试验：首先选取引水隧洞典型位置，开展固结灌浆试验。采用单孔声波测试、压水试验、变形模量测试和钻孔录像的综合物探测试方法，对引水隧洞固结灌浆效果进行检测。了解当前灌浆参数条件下的固结灌浆效果，并为下一步引水隧洞固结灌浆结果分析提供依据。

(2)结果分析：根据现场检测数据，分析固结灌浆前后围岩波速、变形模量提高比例。同时参考类似已建工程经验，分析引水隧洞结构由混凝土衬砌调整为挂网锚喷支护的可行性。

4 固结灌浆试验及结果分析

固结灌浆效果、固结圈的形成是保证引水隧洞工程安全运行的关键，为了解当前灌浆参数条件下的固结灌浆效果，并为下一步引水隧洞衬砌结构设计提供指导依据，根据工程需要，进行了引水隧洞固结灌浆试验区物探检测工作。试验结果详见表1～表3，统计分析如下：

(1)Ⅳ类围岩灌后单孔声波测试波速最小值为3380m/s，波速最大值为5560m/s。试验Ⅰ区灌后波速平均值为4580m/s，波速大于3500m/s的百分比为87%，灌后波速提高率在1.3%～15.3%之间，波速提高率平均值为6.2%。试验Ⅱ区波速平均值为4720m/s，波速大于3500m/s的百分比为100%，灌后波速提高率在2%～15.3%之间，波速提高率平均值为5.9%。

灌前灌后单孔声波测试成果对比表明：试验段中破碎岩体区域通过灌浆后得到了固结加强，完整性得到提高，且波速值越低，提高率越高。