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        某水電站廠房位置及軸線選擇

        2018-12-31 00:00:00林起明龔軍
        大科技·D版 2018年11期

        摘 要:根據(jù)地質(zhì)條件及水工布置特點,通過比較確定地下廠房位置,結(jié)合斷層、裂隙、地應(yīng)力、樞紐布置確定其軸線方向。

        關(guān)鍵詞:廠房;位置;軸線

        中圖分類號:TV731.6 文獻標識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)33-0170-03

        1 概 述

        工程場址位于四川省甘孜藏族自治州康定、雅江兩縣交界處,地處雅礱江干流河段。工程采用混合式開發(fā),廠址位于壩址下游的雅礱江左岸,引水系統(tǒng)跨力丘河,穿宋玉溝、木托村溝后,至蒙古山大河灣尾部、雅礱江左岸金字寺溝上游側(cè)山體內(nèi)建地下廠房發(fā)電。電站初選裝機容量2475MW;首部攔河大壩為碾壓混凝土重力壩,2條引水隧洞,尾水與孟底溝水電站庫尾相接(見圖1)。

        2 廠區(qū)基本地質(zhì)條件

        廠址區(qū)位于蒙古山“Ω”大河灣尾部的金字寺溝上游側(cè)雅礱江左岸,岸坡地形坡度較陡,一般40~45°,2700m高程以上地形坡度相對較緩,一般30~35°,地形完整性較差。

        廠址區(qū)無區(qū)域性斷裂或較大規(guī)模的斷層通過,但距牙依河斷層、瑪提斷層較近,距離分別為600m、1000m。次級斷層、擠壓破碎帶發(fā)育,走向以NW向為主。巖體內(nèi)主要發(fā)育2組裂隙:①N30-50°W/SW(NE)∠50~70°;②N30~40°E/SE∠60~80°。裂隙發(fā)育程度主要受構(gòu)造控制,具有區(qū)段性特征。

        岸坡巖體風化、卸荷作用強烈,局部發(fā)育松動變形巖體,巖體強卸荷水平深為20~150m,弱卸荷水平深66.5~150m,弱下風化水平深66.5~150m,無弱上風化。

        廠址區(qū)河谷深切,地表無泉水出露,地下水位2289m。地下廠房地下水活動不強烈,以滲滴水~線狀流水為主,局部見股狀涌水。

        廠址區(qū)最大主應(yīng)力(σ1)最大值18.17MPa,最小值13.25MPa,主應(yīng)力方向N30~50°E,屬中等地應(yīng)力區(qū)。

        3 廠房位置方案擬定

        3.1 廠房位置及尾水出口位置初選

        根據(jù)工程地質(zhì)條件及樞紐布置要求,地下廠房位于蒙古山大河灣尾部、雅礱江左岸金字寺溝上游側(cè)。

        廠區(qū)4#干溝上游岸坡表面沖溝發(fā)育,地形完整性較差,岸坡基巖裸露,局部被崩坡積碎石土覆蓋,厚約1~3m。岸坡巖體破碎。巖體最大松動水平深度122m,松動帶內(nèi)巖體呈碎塊結(jié)構(gòu),局部碎裂結(jié)構(gòu),傾倒變形明顯,各方向結(jié)構(gòu)面普遍張開、錯位,巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育密集、混亂,巖體蠕動變形明顯,多見巖塊轉(zhuǎn)動變形現(xiàn)象,巖體自穩(wěn)能力差。該部位邊坡局部存在蠕動變形現(xiàn)象。

        4#~5#沖溝之間(推薦廠址位置),坡表多被崩坡積碎石土覆蓋,厚約3~7m。下伏基巖構(gòu)造發(fā)育,巖體完整性差,松弛、卸荷較強烈。岸坡松動巖體水平深度20m,強卸荷水平深度43~53m;弱卸荷水平深度100~140m,邊坡前緣基巖較完整,對邊坡起到阻滑作用,邊坡整體基本穩(wěn)定,局部穩(wěn)定性差。

        金子寺溝下游側(cè)發(fā)育兩個變形體,且間距較小,變形體方量均約20萬方,圍巖條件與推薦廠址部位基本相當。

        在推薦廠址上游側(cè)建廠發(fā)電,廠區(qū)主洞室距牙依河斷層、瑪提斷層更近,且邊坡穩(wěn)定性差,樞紐布置無推薦方案順暢;在金子寺溝下游建廠發(fā)電,引水隧洞需穿過切割較深的金子寺溝;引水隧洞長度增加;水頭損失增加;且該部位邊坡分布滑坡體;金子寺溝為泥石流溝,將直接影響尾水出口建筑物安全。推薦廠址較其他兩個部位地質(zhì)條件相對較好,引水線路相對較短,綜上所述,綜合考慮地質(zhì)條件、樞紐布置等因素,廠房位置確定為3#沖溝下游、金子寺溝上游側(cè)。

        考慮上下游梯級銜接,尾水出口宜布置在金子寺溝上游0.8km~金子寺溝下游1.0km范圍類,故尾水出口位置宜布置在地質(zhì)條件相對較好,且樞紐布置順暢的4#溝下游緊鄰金子寺溝部位。

        3.2 廠房位置方案

        根據(jù)CPD01及CPD05平硐揭示地質(zhì)條件,地下廠房區(qū)巖性單一,均為中厚~厚層狀變質(zhì)砂巖;構(gòu)造較發(fā)育,但未見II級以上結(jié)構(gòu)面;地下水較發(fā)育,以滴水~線狀流水為主,局部呈股狀涌水;地應(yīng)力水平中等,未見高地應(yīng)力現(xiàn)象。因此廠房位置選擇主要受小斷層及裂隙發(fā)育程度的影響。CPD01探洞樁號0+0~0+200m,CPD05探洞樁號0+0~0+156m,為IV~V類圍不滿足《地下廠房設(shè)計導(dǎo)則》要求“地下廠區(qū)主洞室III類及以上圍巖比例宜高于60%,否則應(yīng)進行專門論證”,故該段不宜布置地下廠房;CPD01探洞樁號0+200~0+360m,CPD05探洞樁號0+156~0+530m,該段大部分為III類圍巖,基本具備布置地下廠房的條件;CPD01探洞樁號0+360~0+420m,CPD05探洞樁號0+530~0+550m,該段為IV圍巖,不宜布置地下廠房;CPD01探洞樁號0+420~0+758m,該段洞室圍巖均為III類,具備修建大跨度地下洞室群的地質(zhì)條件。

        CPD01探洞樁號0+420~0+758m段,上游側(cè)Fc2、Fc3、Fc4、Fc9斷層分布密集,廠房位置以山體內(nèi)側(cè)Fc9斷層為界,下游側(cè)有Fc10斷層通過,在Fc9斷層、Fc4斷層、Fc10斷層、廠房CPD01探洞0+420m以里有一區(qū)域為III2類圍巖為主,僅有較大斷層f103通過,具備布置地下廠房條件,初擬該部位為深埋方案;CPD01探洞樁號0+200~0+360m,CPD05探洞樁號0+156~0+530m段,該段大部分為III類圍巖,局部出現(xiàn)3塊IV類區(qū)(分別沿探洞軸線長度約7m、7m、3m),基本具備布置地下廠房的條件,初擬該部位為淺埋方案。

        3.3 深埋方案

        3.3.1 廠房地質(zhì)條件

        地下廠房由主廠房、主變室、尾水閘門室、母線、尾水連接洞等組成。主廠房、主變室平行布置,軸線方向初擬N10°E,最小垂直埋深約370m,最小水平埋深約420m。主廠房尺寸長寬高為277.9m×29.6m×65.78m,與主變室間預(yù)留50m厚巖柱。

        地下洞室置于中厚層砂巖內(nèi),巖性均一,巖質(zhì)堅硬,微新,無卸荷,主要發(fā)育f01-97、f01-98、f01-100、f01-103、f01-105、f01-107、f01-108、f01-119共8條III級結(jié)構(gòu)面。斷層f01-103、f01-105、f01-107、f01-108、f01-119主要發(fā)育于主機間,產(chǎn)狀以NW向為主,個別NNE,均為中陡傾角,主要由碎粒巖、碎粉巖組成,泥化、軟化,結(jié)構(gòu)較松散,兩壁擦痕明顯,見炭化現(xiàn)象。其中,斷層f01-103帶寬50~90cm,其余3條帶寬一般10~30cm;除斷層f01-108下盤影響帶寬2~5m,呈碎裂結(jié)構(gòu)外,其余斷層影響帶不明顯。其中,斷層f01-119走向與地下廠房軸線夾角較小,對地下洞室邊墻圍巖穩(wěn)定影響較大。斷層f01-97、f01-98、f01-100主要發(fā)育于副廠房,產(chǎn)狀以NW向為主,中陡傾角,帶寬一般10~30cm,主要由粗角礫、角礫組成,局部由碎粒巖、碎粉巖組成,結(jié)構(gòu)較松散,與地下廠房軸線夾角較大,對邊墻穩(wěn)定性影響不大,對端墻穩(wěn)定有一定影響。此外,在CPD01平硐0+600m處發(fā)育兩條緩傾結(jié)構(gòu)面,產(chǎn)狀N50~70°W/SW∠3~5°,帶寬1~3cm,局部寬15cm,主要由碎粒巖、碎粉巖夾角礫組成,結(jié)構(gòu)較松散,炭化現(xiàn)象明顯,見擦痕,與第②、第③組裂隙組合,易在頂拱形成不穩(wěn)定塊體,對地下廠房頂拱圍巖穩(wěn)定影響較大。

        3.3.2 廠房軸線

        廠址區(qū)斷層、結(jié)構(gòu)面均較發(fā)育,產(chǎn)狀以NW向為主,個別NNE,均為中陡傾角。最大主應(yīng)力大小及方向分別為18.17MP、N48.7°E,屬中等級地應(yīng)力區(qū),巖石強度應(yīng)力比=4~7,對廠房洞室群穩(wěn)定影響最大的斷層走向主要為N30~50°W/SW∠60~80°,均為陡傾角,同時主要考慮f103斷層對廠房的影響,并兼顧優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力和樞紐布置,選擇廠房洞室軸線為。

        N10°E,與大部分斷層、優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面能大角度相交,與主地應(yīng)力小角度相交,并能同時兼顧樞紐布置。廠房軸線與廠區(qū)主要斷層夾角在40~80°、與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面夾角在40~90°、與主地應(yīng)力夾角咋20~38.7°。

        3.4 淺埋方案

        該方案地下廠房位于CPD01平硐200~420m段,CPD05平硐180~305m段,布置與深埋方案基本相同。該部位III類圍巖區(qū)僅約190m寬,廠房總長度約278m,寬度約105m在充分考慮斷層、裂隙、樞紐布置等情況下,廠房軸線初擬N16°E,主機間布置在III內(nèi)圍巖中,副廠房、安裝間均布置在IV類圍巖區(qū),洞室布置在IV圍巖區(qū)對洞室圍巖穩(wěn)定影響非常突出,如圖5。

        地下洞室置于中厚層砂巖內(nèi),巖性均一,巖質(zhì)堅硬,微新,無卸荷,巖體完整性差,以鑲嵌結(jié)構(gòu)為主,少量碎裂、次塊狀結(jié)構(gòu),地下洞室圍巖類別以Ⅲ2類為主,Ⅳ類次之,少量Ⅲ1類。

        地下廠房區(qū)域主要發(fā)育f01-35、f01-37、f01-38、f01-46、f01-66、f01-70、f05-30共7條III級結(jié)構(gòu)面。斷層f01-35、f01-37、f01-38主要發(fā)育于主機間,產(chǎn)狀以NW向為主,中陡傾角,帶寬一般10~40cm,主要由碎粒巖、碎粉巖及少量角礫組成,結(jié)構(gòu)松散。與地下廠房軸線夾角較大。斷層f05-30主要發(fā)育于副廠房。斷層f01-46、f01-66、f01-70主要發(fā)育于安裝間。上述斷層與巖體內(nèi)優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面同向,布置主要建筑物時應(yīng)考慮斷層的影響。在CPD05平硐0+253~0+305m段,巖體被第①組裂隙切割成5~10cm薄板,呈薄層狀結(jié)構(gòu),成洞條件差,需采取適當?shù)闹ёo處理措施。在CPD01平硐0+320~0+360m段,產(chǎn)狀N45°W/SW∠60°的小斷層在該段較發(fā)育,間距一般1~3m,寬度一般3~5cm,主要由碎粒巖、碎粉巖組成,結(jié)構(gòu)較松散,成洞條件差。

        廠房軸線與廠區(qū)主要斷層夾角在56~81°、與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面夾角在29~90°、與主地應(yīng)力夾角咋14~32.7°。

        4 廠房位置比較

        綜合以上對比情況,本工程從洞室圍巖穩(wěn)定、樞紐布置、施工及工程安全方面考慮,選用深埋廠房方案。

        5 結(jié) 語

        地下廠房位置及軸線選擇應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、樞紐布置順暢、斷層及結(jié)構(gòu)面走向,分析各因素對樞紐安全運行、地下洞室圍巖穩(wěn)定的影響,進而選擇最優(yōu)地下廠房位置及軸線。

        收稿日期:2018-9-23

        作者簡介:林起明(1979-),男,漢族,四川綿陽人,高級工程師,本科,主要從事水利水電設(shè)計等相關(guān)工作。

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