【摘 要】通過(guò)介紹金元水電站引水隧洞高地應(yīng)力軟弱千枚巖地層的圍巖特性、變形規(guī)律、開(kāi)挖、支護(hù)施工過(guò)程中采用的抑制千枚巖變形技術(shù)措施，為今后類似工程的施工提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】斷層、千枚巖、變形、措施

1 工程簡(jiǎn)介

金元水電站位于四川省甘孜藏族自治州的康定縣境內(nèi)、大渡河左岸支流金湯河干流中游，為金湯河干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第二水電站，引水式開(kāi)發(fā)。壩址位于康定縣捧塔鄉(xiāng)的下關(guān)門(mén)石，距金湯河河口沿河公路里程約40Km。

金元水電站為Ⅲ等中型工程，以發(fā)電為主，兼顧生態(tài)環(huán)境用水?？値?kù)容11.3萬(wàn)立方米，裝機(jī)容量12萬(wàn)千瓦。樞紐建筑物由混凝土閘壩、岸塔式進(jìn)水口、左岸引水隧洞、左岸地面廠房、鐘鼓樓溝調(diào)水建筑物及公地溝調(diào)水建筑物等組成。

引水隧洞位于金湯河左岸，全長(zhǎng)11KM，穿越段為泥盆系中統(tǒng)上段，上部為灰白色~灰色厚層含生物骨屑細(xì)晶灰?guī)r，夾深灰色千枚巖；中下部為灰色~淺灰色中厚層含生物粒屑微~細(xì)晶灰?guī)r、含粒屑白云巖、微~細(xì)晶白云巖與薄層泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r夾千枚巖不等厚互層，巖層于洞軸線夾角50度左右。引水隧洞埋深90~880米，穿越的圍巖局部穩(wěn)定性差。

為加快施工進(jìn)度，采用長(zhǎng)隧短打，全洞共增設(shè)7個(gè)支洞，F(xiàn)25斷層位于3 #支洞上游引5+769~5+899段。斷層寬度約130米，圍巖主要以千枚巖為主，根據(jù)開(kāi)挖揭露情況看，圍巖為薄~中層灰黑色碳質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)炭質(zhì)千枚巖不等厚互層，層理極其發(fā)育。受構(gòu)造影響，巖層扭曲變形嚴(yán)重，擦痕、磨光鏡面極其發(fā)育，局部層間方解石條帶及團(tuán)塊發(fā)育，層間結(jié)合力差。F25斷層為擠壓性斷層，由于斷層內(nèi)物質(zhì)擠壓緊密，屬于阻水?dāng)鄬樱┕ぶ形匆?jiàn)滲水。掌子面可見(jiàn)千枚巖呈薄片狀、散土狀，走向與洞軸線夾角50~80度左右，巖石極其軟弱，手撥出現(xiàn)掉塊，手捏呈粉末狀，經(jīng)風(fēng)鉆用水浸泡后變?yōu)楹谏倌?，極易坍塌變形。經(jīng)分析認(rèn)定本段屬于高地應(yīng)力、軟弱圍巖地段。

設(shè)計(jì)洞室斷面為馬蹄形結(jié)構(gòu)，開(kāi)挖底寬4.2米，開(kāi)挖高度5.3米。初期支護(hù)采用I18工字鋼拱架、∮8鋼筋網(wǎng)片、∮25砂漿錨桿（L=3米）結(jié)合噴射混凝土支護(hù)，鋼拱架間距1.2米。設(shè)計(jì)初期未對(duì)洞室底部采取任何加固措施，這是造成下沉變形嚴(yán)重的一個(gè)重要原因。設(shè)計(jì)開(kāi)挖支護(hù)圖如下：

2 施工期間圍巖變形情況及原因

2.1 圍巖變形情況

引水隧洞采用全斷面一次成型光面爆破技術(shù)，使用電雷管引爆，毫秒微差雷管起爆， 2 #巖石乳化炸藥，每循環(huán)裝藥70kg左右，每炮進(jìn)尺2.0~2.4米。初期支護(hù)鋼支撐及掛網(wǎng)錨噴及時(shí)跟進(jìn)。

開(kāi)挖進(jìn)入斷層帶后，掌子面圍巖極不穩(wěn)定，拱頂、左邊墻掉塊、坍塌現(xiàn)象逐漸增多。2010年5月12日，開(kāi)挖至引5+782時(shí)，發(fā)現(xiàn)引5+778~5+858段出現(xiàn)初期支護(hù)變形，噴射混凝土嚴(yán)重開(kāi)裂、破損，初期支護(hù)型鋼鋼架扭曲變形，局部出現(xiàn)彎折。主要表現(xiàn)在左側(cè)拱腳和拱頂部位，拱頂表現(xiàn)為初期支護(hù)噴混凝土開(kāi)裂、脫皮、掉塊，拱腳、拱腰主要表現(xiàn)為噴混凝土開(kāi)裂壓潰，部分地方鋼架內(nèi)鼓，鋼架發(fā)生扭曲，其中引5+779~5+799段尤其嚴(yán)重。

從監(jiān)控量測(cè)資料看，本段初期支護(hù)完成后，水平收斂值為5~24mm/d，且變形每天都在繼續(xù)，沒(méi)有趨于穩(wěn)定的跡象。在5月初為抑制變形，對(duì)引5+779~5+799段進(jìn)行了底板換填處理，換填施工期間由于鋼支撐拱腳懸空，造成變形急劇增大，水平收斂值增大到120~170mm/d，最大處累計(jì)水平收斂達(dá)950mm，拱頂下沉達(dá)350mm。

2.2 圍巖變形原因分析

隧洞圍巖發(fā)生大變形的原因很復(fù)雜，它與地質(zhì)構(gòu)造及地層特征、圍巖特性、初始應(yīng)力及開(kāi)挖后圍巖二次應(yīng)力、開(kāi)挖方式、斷面形狀、設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)等因素有關(guān)。綜合分析本隧洞的特點(diǎn)，造成大變形的主要原因有以下幾點(diǎn)：

（1）F25斷層埋深400米左右，圍巖以千枚巖為主，屬于深埋高應(yīng)力條件下的軟弱圍巖擠壓變形。變形速度初期較小，隨著世間的推移會(huì)逐漸增大。當(dāng)變形達(dá)到15mm時(shí)噴射混凝土開(kāi)始出現(xiàn)開(kāi)裂。

（2）設(shè)計(jì)初期支護(hù)強(qiáng)度和剛度不足也是F25斷層發(fā)生大變形的重要原因，尤其是設(shè)計(jì)鋼拱架沒(méi)有閉合成環(huán)，大大削弱了鋼拱架的抵抗能力。F25斷層以千枚巖為主，擠壓緊密，且處于無(wú)水狀況下，具有短期的自穩(wěn)能力，開(kāi)挖后掌子面在一定時(shí)期內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。完成初期支護(hù)后，隨著時(shí)間推移圍巖將會(huì)持續(xù)不斷的發(fā)生變形，擠壓直至破壞初期支護(hù)體系。

（3）開(kāi)挖方式不當(dāng)也是造成F25斷層發(fā)生大變形的一個(gè)原因。引水隧洞采用鉆爆法施工，全斷面一次成型，由于開(kāi)挖后掌子面