張志慧，黎昌有，陳汶志

(中國水電顧問集團成都勘測設(shè)計研究院，四川成都 610072)

1 前 言

獅子坪電站為雜谷腦河流域水電開發(fā)的龍頭水庫工程，壩高136m，壩前正常蓄水位2 540m，死水位2 460m，正常蓄水位以下庫容1.327億m3，調(diào)節(jié)庫容為1.189億m3，具有不完全年調(diào)節(jié)性能。電站最大水頭451.7m，最小水頭344m，額定水頭390m，額定流量3×19m3/s。最大引用流量61.41m3/s。

引水系統(tǒng)由進水口、引水隧洞、調(diào)壓室和壓力管道等建筑物組成。引水隧洞采用普通鉆爆法，全斷面開挖，洞室斷面型式為馬蹄形和圓形，馬蹄形為Ⅲ類圍巖開挖支護形式，其斷面底寬4.42m，高6.00～5.95m;圓形為Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖支護形式，其斷面內(nèi)徑5.50m。引水遂洞縱坡降i=3.36‰。

2 工程地質(zhì)概況

獅子坪水電站位于青藏高原向四川盆地的過渡地帶，地勢西北高、南東低。區(qū)內(nèi)山嶺海拔高程一般3 500～4 000m，相對高差1 000～2 000m，屬深切的高山區(qū)。區(qū)內(nèi)南北向的邛崍山脈是兩大水系的分水嶺，其西為大渡河水系，東為岷江水系。雜谷腦河為岷江右岸的一級支流，發(fā)源于鷓鴣山南麓，從西北向南流，河道平均坡降18.4‰，谷底寬度一般40～120m。

工程區(qū)位于北西向鮮水河斷裂帶和北東向龍門山斷裂帶所圍限的川青斷塊的小金～較場弧形構(gòu)造帶之西翼近頂端的次級構(gòu)造族郎帚狀構(gòu)造帶上，在大地構(gòu)造部位上隸屬于松潘～甘孜地槽褶皺帶范疇，西側(cè)毗連巴顏喀拉冒地槽褶皺帶，東鄰揚子地臺西緣龍門山～大巴山臺緣拗陷帶，區(qū)域控制性主干斷裂為NE向龍門山斷裂帶，小金—較場弧形構(gòu)造帶(西翼)構(gòu)成了區(qū)域次一級斷裂構(gòu)造格架。

引水隧洞區(qū)出露地層由老到新為三疊系雜谷腦組厚～巨厚層狀變質(zhì)砂巖夾砂質(zhì)板巖，侏倭組中厚層狀變質(zhì)砂巖與砂質(zhì)板巖互層，新都橋組千枚狀砂質(zhì)板巖夾薄層細(xì)粉砂巖。第四系覆蓋層主要分布于河床、沖溝溝底和沿河谷坡坡腳。穿越加拉溝復(fù)式倒轉(zhuǎn)向斜和古爾溝倒轉(zhuǎn)背斜，區(qū)內(nèi)兩翼地層同傾。隧洞沿線未見較大斷層出露，結(jié)構(gòu)面主要為小斷層、層間擠壓破碎帶和節(jié)理裂隙，層間擠壓破碎帶一般順層發(fā)育，其延伸較長。物理地質(zhì)作用顯著，主要表現(xiàn)為風(fēng)化卸荷和崩塌作用。據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查和鉆孔、平洞資料揭示，邊坡巖體風(fēng)化較弱，但卸荷松馳明顯，巖體強卸荷水平深度一般40～60m，弱風(fēng)化、弱卸荷深度大于70m。

引水隧洞區(qū)地下水類型主要為基巖裂隙水和覆蓋層孔隙水，由大氣降雨和沖溝溝水補給，向河谷排泄。巖體含水性及透水性受構(gòu)造發(fā)育程度控制，并與風(fēng)化卸荷有關(guān)。斷層破碎帶、擠壓破碎帶、節(jié)理密集帶含水相對豐富。

3 優(yōu)化設(shè)計的必要性

獅子坪水電站引水隧洞全長約18.7km，其中Ⅲ類圍巖段長9 225.923m，約占49.32%;Ⅳ類圍巖段長8 211m，約占43.89%;Ⅴ類圍巖段長1 271m，約占6.79%。

原永久支護方案:Ⅲ類圍巖邊、頂拱除噴混凝土外，同時進行系統(tǒng)掛網(wǎng)+錨桿支護，底板素混凝土襯砌。Ⅳ、Ⅴ類圍巖則采用鋼筋混凝土襯砌，襯厚0.4～0.6m，頂拱回填灌漿，周邊固結(jié)灌漿，襯砌后為圓形斷面，內(nèi)徑5.5m。

由于引水遂洞部分洞段較施工進度滯后較多，如果仍然按照以上支護方式，可能會影響預(yù)期發(fā)電的直線工期。借鑒金康電站及小天都電站等工程對Ⅳ類圍巖洞段采用固結(jié)灌漿加固圍巖后用錨噴支護的成功經(jīng)驗，若獅子坪水電站引水隧洞也能采用這種“圍巖固結(jié)灌漿+掛網(wǎng)錨噴”的支護方式，一方面可以節(jié)約工程投資，另一方面由于灌漿和錨噴施工可與遂洞開挖平行作業(yè)，從而縮短隧洞施工的工期。這對于改善獅子坪水電站引水遂洞工期嚴(yán)重滯后的狀況、保證發(fā)電工期具有重大意義。

4 優(yōu)化洞段的選擇

在施工過程中，我們對Ⅳ類偏好段圍巖的選擇主要來自兩個方面的考慮:①選擇位于Ⅲ類圍巖附近的Ⅳ類圍巖(為方便施工、加快施工進度);②圍巖工程地質(zhì)評分＞38分(GB 50287－2006)《水利發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》。基于以上兩點選出的Ⅳ類偏好段樁號及評分見表1。

表1 Ⅳ類偏好段樁號及評分

上述Ⅳ類偏好段的總體洞向S29°～85°E，洞室垂直埋深一般170～400m，最大埋深650m，該段洞室地層為三疊系雜谷腦組(T2z)厚～巨厚層變質(zhì)砂巖夾板巖，變質(zhì)砂巖巖性堅硬，一般具厚～巨厚層狀結(jié)構(gòu);板巖巖性軟弱，具薄層狀結(jié)構(gòu)。巖層總體產(chǎn)狀N30°～60°E/SE(NW)∠70°～85°，與洞線呈較大角度相交。巖體內(nèi)無區(qū)域性斷層通過，但小斷層、順洞向擠壓破碎帶和節(jié)理裂隙極為發(fā)育，受構(gòu)造作用影響，擠壓破碎帶寬一般0.05～0.3m，以碎裂巖、壓碎巖、糜棱巖為主。地下水以濕潤～滴水為主，局部地方線狀流水～股狀滲水或涌水，巖體呈弱風(fēng)化～新鮮狀態(tài)。

5 固結(jié)灌漿試驗

在對Ⅳ類偏好洞段進行加強型噴錨支護之前，獅子坪電站委托武漢理工大學(xué)對引水隧洞進行了固結(jié)灌漿試驗研究，其中對優(yōu)化洞段所在的雜谷腦組灌漿試驗成果如下:

(1)采用噴錨支護固結(jié)的方法，對引水隧洞圍巖的物理力學(xué)特性，特別是松動圈范圍的巖體有明顯的改善。

(2)灌后壓水透水率有明顯降低，灌前的大面積漏水不存在了，僅有少數(shù)滴水現(xiàn)象。其中:

B1區(qū)檢查孔由灌前的11.6Lu減小到灌后的6.7Lu，降低了42%;

B2區(qū)檢查孔由灌前的11.2Lu減小到灌后的3.5Lu，降低了69%;

B3區(qū)檢查孔由灌前的12.4Lu減小到灌后的2.9Lu，降低了77%。

(3)聲波檢測孔在灌前，0～1.8m處普遍比較松散、破碎，通過固結(jié)灌漿，平均波速從3 500m/s提高到了4 000m/s左右。

(4)鉆孔彈模:B1區(qū)，灌漿孔的間排距2m×2m，灌漿壓力1MPa，灌前彈模平均值3.18GPa，灌后彈模平均值4.55GPa，彈模平均提高43.08%;

B2區(qū)，灌漿孔的間排距3m×3m，灌漿壓力1MPa，灌前彈模平均值4.5GPa，灌后彈模平均值6.64GPa，彈模平均提高47.56%;

B3區(qū)，灌漿孔的間排距2m×2m，灌漿壓力0.5MPa，灌前彈模平均值3.8GPa，灌后彈模平均值4.1GPa，彈模平均提高7.89%;

根據(jù)實際測試資料顯示，引水隧洞圍巖采用固結(jié)灌漿噴錨支護，對圍巖性質(zhì)有了一定的提高。特別是圍巖松動范圍內(nèi)的巖體，處理后巖體聲波速度普遍都可以達到3 500m/s以上、平均彈模達到5.0GPa。因此，只要引水隧洞上覆巖體和側(cè)向巖體厚度滿足要求，并且無貫穿裂縫，對Ⅳ類(中等偏好)圍巖可以考慮固結(jié)灌漿+噴錨支護代替混凝土全斷面支護的方案，但要注意水流對噴射混凝土的沖刷侵蝕影響。

6 Ⅳ類偏好段的優(yōu)化方案

由于引水隧洞施工進度較計劃滯后較多，致使按《引水隧洞典型斷面襯砌圖》施工將無法滿足目標(biāo)工期要求，根據(jù)業(yè)主施工進度的要求以及相關(guān)的《引水隧洞固結(jié)灌漿試驗研究報告》的結(jié)論，為加快施工進度，將部分關(guān)鍵控制洞段Ⅳ類圍巖偏好段(圍巖地質(zhì)復(fù)核評分＞38分，見表1)洞段的襯砌方式由混凝土襯砌調(diào)整為加強型錨噴支護。

優(yōu)化設(shè)計方案為:臨時支護仍采用隨機錨桿、噴混凝土(局部掛網(wǎng)、鋼支撐)支護處理;永久支護則采用“固結(jié)灌漿+掛網(wǎng)錨噴”的支護方案:

(1)錨桿:全長粘結(jié)式砂漿錨桿φ25，L=4.5m，間排距1.5m×1.5m;

(2)掛網(wǎng)噴混凝土:雙層φ8鋼筋網(wǎng)@10cm×10cm，噴C20混凝土，摻聚丙烯纖維(建議摻入量為0.9kg/m3，可適當(dāng)調(diào)整)，厚 18cm;

(3)圍巖固結(jié)灌漿:固結(jié)灌漿應(yīng)在錨噴支護完成并達到28天齡期后實施，灌漿孔布置見圖1。固結(jié)灌漿分兩序進行，一序灌漿孔間、排距2.5m，孔深4m，灌漿壓力1～1.5MPa(以抬動變形控制);二序灌漿孔間、排距2.5m，孔深3m，灌漿壓力0.4～0.5MPa(以抬動變形控制)。

圖1 灌漿孔布置示意

7 優(yōu)化效果

目前獅子坪引水隧洞加強型噴錨支護已經(jīng)完成，施工比較順利，也為獅子坪電站按時發(fā)電爭取了時間(2010年3月3日首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，3月底3臺機組全部投入商業(yè)運行)。

2010年5月20日，獅子坪開始引水隧洞放空檢查，所有加強噴錨段無一處掉塊、塌方，隧洞整體質(zhì)量良好。

8 結(jié) 論

獅子坪水電站為壩高136m的高壓水頭引水式發(fā)電系統(tǒng)，目前國內(nèi)對于類似工程，地下洞室Ⅳ類圍巖大都采用澆筑混凝土處理。但獅子坪水電站為加快施工進度，對部分關(guān)鍵控制洞段Ⅳ類圍巖偏好段進行了大膽優(yōu)化，支護形式由混凝土襯砌調(diào)整為加強型錨噴支護，并取得了較好的效果。本文對此次優(yōu)化從工程地質(zhì)條件、分類標(biāo)準(zhǔn)、固結(jié)灌漿試驗、優(yōu)化方案及優(yōu)化效果各方面進行了詳細(xì)介紹，希望能為類似工程的設(shè)計和施工提供一些參考。