紫坪铺水利枢纽工程地下洞室研究成果

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：紫坪铺水利枢纽工程地下洞室均布于右岸,由内向外依次为1号和2号泄洪洞、4条引水洞及冲砂放空洞等7条洞室构成。由于地质前期和施工准确预测,相关各方高度重视,施工中采取有效的施工方法和严格的安全预防措施,杜绝了重大安全事故的发生,保证了地下洞室施工工期。

紫坪铺水利枢纽工程地下洞室均布于右岸,由内向外依次为1号和2号泄洪洞、4条引水洞及冲砂放空洞等7条洞室构成。1、2号泄洪洞由1、2号导流洞以“龙抬头”型式改造而成,为城门洞型,最大跨度19m；引水洞及冲沙放空洞为圆形洞,内径分别为8m、4m。

地下洞室群均穿过右岸单薄低缓的条形山脊,围岩为三叠系上统须家河组一套湖沼相含煤砂页岩韵律互层,并构成一完整的向北东方向倾伏的向斜构造——沙金坝向斜,北西翼较陡,岩层产状N25°E/SE∠60°～70°,南东翼稍缓,岩层产状N45°～65°E/NW∠45°～60°。主要发育由煤质页岩经构造挤压形成的L7～L14层间剪切错动带,在向斜的SE翼分布基本顺层的宽达55～87m的F3断层；此外,在厚层砂岩中尚随机分布节理裂隙,主要有3组:①N55°～75°E/NW∠50°～60°；②N10°～45°E/SE(NW)∠10°～35°；③N50°～80°W/SW∠60°～80°。地下水主要运移于砂岩裂隙岩体中,由于煤质页岩层间剪切带的隔水作用而形成多层裂隙含水构造。但不同高程随机分布的废旧煤洞对原始的含水构造可能会产生一定的破坏并导致地下水聚集。

隧洞围岩为砂页岩韵律互层,中细粒砂岩致密坚硬,为Ⅱ～Ⅲ类围岩,成洞条件尚可,但顺层发育的层间剪切错动带(L)和F3断层规模较大,特别是F3断层宽达55～87m,为鳞片岩、糜棱角砾岩、断层泥等组成,性状很差,这些部位往往又是煤洞集中分布的地方,致使其围岩松弛甚至塑流变形、地下水和瓦斯聚集等,施工稍有不慎,可能引起大塌方、涌水、瓦斯爆炸等突发事故,因此,F3断层及层间剪切错动带(L)围岩稳定和瓦斯是地下洞室群的重大工程地质问题,施工中应引起足够重视。此外,4条引水隧洞平行布置,洞间距仅8m(1倍洞径),洞间岩柱的稳定也是值得重视的。

针对地下洞室群特殊的工程地质环境,前期主要采用地表地质调查和勘探试验相结合的手段,重点研究了围岩岩性和强度、构造及发育特征、岩体风化卸荷特征、地下水活动特征以及废旧煤洞分布规律等,并运用水利水电工程地质勘察规范围岩工程地质分类方法,并参照Q系统和比尼奥斯基围岩分类法(RMR),对围岩进行了分类；由于50年代导流洞施工曾引发瓦斯爆炸事故,当地小煤窑亦多次发生瓦斯爆炸,故对地下洞室瓦斯问题十分重视,并请重庆煤碳研究院进行了专门研究。在技施阶段,主要进行了围岩地质编录和预报、瓦斯监测预报工作,开展了洞室块体稳定性分析和三维数值模拟研究,为工程优化设计、指导施工和工程支护处理提供了可靠的地质依据。

施工开挖揭露的围岩工程地质条件与前期和施工预测相吻合,特别是层间剪切错动带(L)和F3断层无论是出露位置还是规模、性状等与预测基本一致,如2号导流洞在遇到F3断层时尽管采取了大管棚施工和钢支撑,但还是出现了多次大垮方,并出现了煤洞塌方、涌水、瓦斯涌出自燃现象。由于地质前期和施工准确预测,相关各方高度重视,施工中采取有效的施工方法和严格的安全预防措施,杜绝了重大安全事故的发生,保证了地下洞室施工工期。

紫坪铺水利枢纽工程地下洞室研究成果

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