紫坪铺水利枢纽工程地质条件阻碍成洞

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：施工开挖揭示,这些不良地质洞段的出露位置、性状、成洞条件等与前期预测基本吻合。

前期地质勘探研究,地下洞室穿过沙金坝向斜构成的右岸单薄条形山脊可能遇到风化卸荷、F3断层、L层间剪切错动带、向斜核部等不良地质洞段,成洞条件差。施工开挖揭示,这些不良地质洞段的出露位置、性状、成洞条件等与前期预测基本吻合。

10.2.4.1 进出口风化卸荷洞段

各隧洞进出口段均遇到风化卸荷岩体,往往成洞条件差,比较突出的有1、2号泄洪洞进出口和1号引水洞进口及冲砂放空洞进口,现以1号泄洪洞进出口段为代表,将其成洞地质条件予以简述。

1号泄洪洞由1号导流洞龙抬头改造而成,导流洞进口段(桩号0+59m～0+67m,段长8m)为方形洞,开挖断面达33m×20m,该段为中厚层状含煤中细粒砂岩夹厚1～2m泥质粉砂岩和煤质页岩；岩层产状N10°～20°E/SE∠55°～70°,裂隙发育,主要裂隙有:①N50°W/NE∠40°；②N60°E/NW∠45°；③N40°W/SW∠55°；④SN/W∠15°。裂隙长度一般大于1～3m,间距20～40cm或40～80cm。普遍充填次生黄泥,裂面风化晕、锈膜等普遍,地下水在顶拱、边墙多处呈浸滴水状,属弱风化带上段,岩体卸荷强。围岩为Ⅴ类,稳定性差。施工中边墙、顶拱多次出现掉块和小的塌落。由于该段开挖洞径大,围岩条件差,施工中采取锚杆、锚筋束及挂网支护和锁口。出口段(桩号0+606.524～0+760.95m,段长154.426m)水平和垂直埋深多数仅有1～2倍洞径。围岩为细砂岩、泥质粉砂岩及煤质页岩互层,岩相变化很大,岩层产状N30°～60°E/NW∠60°～75°。发育有L7、L8等多条剪切错动带,主要裂隙有:①N40°W/SW∠25°；②N10°E/SE∠20°；③N60°E/SE∠25°～30°；④N40°W/SW∠70°；⑤N20°E/SE∠60°～65°。裂隙长度一般3～5m,间距10～20cm,多张开1～10mm夹泥,裂面风化晕、锈膜普遍。洞壁潮湿或滴水。由于该段围岩构造发育,隧洞埋深浅,风化卸荷作用强烈,加上0+725m处顶拱尚遇旧煤洞,围岩稳定性极差,属Ⅴ类围岩。施工开挖中尽管采取了大、小管棚施工方法和系统锚杆、钢支撑浇混凝土、钢筋肋喷混凝土等临时支护措施,仍多次出现塌方,0+680m处塌方引起地表变形,造成地质条件进一步恶化,使地质参数降低。由于该段隧洞埋深浅,岩体破碎,围岩稳定性极差,开挖中采取的临时支护使有效衬砌断面不够,若扩挖稍有不慎将会引起大的塌方,甚至冒顶。为此,业主组织各方认真讨论后,决定从工期和安全出发,能扩挖的部位尽量扩挖,不能扩挖的维持现断面,通过加强配筋、贴坡混凝土挡墙、回填固结灌浆和插筋等综合处理,来提高衬砌强度和围岩的完整性,确保该段洞室稳定。这些部位是今后监测的重点部位。

10.2.4.2 F3断层带

F3断层带仅有1、2号泄洪洞(由1、2号导流洞龙抬头改造而成)穿过,出露的位置分别为0+545～0+625m、0+640～0+704.4m(导流洞桩号),宽度分别达80m、64.4m,断层产状N45°～75°E/NW∠70°～85°。断层破碎带由鳞片岩、糜棱角砾岩、断层泥及砂岩透镜体组成,挤压揉皱强烈,错动镜面发育,天然状态下挤压较紧密,遇水扰动呈塑流状。变形观测资料反映,围岩出现较大的塑性收敛变形,致使多处钢支撑浇混凝土变形开裂,继发大塌方。特别是2号泄洪洞F3断层洞段在0+655～0+660m左右拱脚、0+669～0+679m右拱、0+672～0+674m左边墙、0+688～0+703m左拱脚等不同高程和部位多次遇旧煤洞,还在0+674m左侧壁打锚杆时发现有空洞和冒气现象。这些空洞的存在,使原本挤压尚较紧密的断层带物质产生塑性变形、塌落而完全处于松散状态,极不稳定,加上这些空洞中地下水的蓄存和突然涌出,多次引发严重塌方。施工中不得不采取短进尺分层开挖、大管棚、超前固结灌浆、钢管桩和钢支撑浇混凝土等综合施工方法和临时支护措施,开挖施工极其困难复杂。鉴于F3断层带软弱破碎(2号泄洪洞F3断层洞段尚有旧煤洞分布和地下水活跃),性状极差,围岩极不稳定,因此,地质建议加强该段的永久衬砌强度和围岩的回填、固结灌浆处理。根据地质建议,该段设计钢筋混凝土衬砌厚度达80～100cm。

10.2.4.3 层间剪切错动带

各洞室遇到较大的层间剪切错动带有L9、L10、L11,出露位置见表10-3,破碎带宽度一般5～10m,最大宽度达38m(位于向斜下游翼2号泄洪洞0+324～0+362m处),均由煤质页岩及泥质粉砂岩经构造挤压剪切错动形成鳞片岩、糜棱岩或断层泥条带,揉皱强烈,镜面发育,呈片状—散体状结构,稳定性很差,属Ⅴ类围岩。施工中往往发生掉块、塌落,如2号泄洪洞在0+323.86～378.61m遇L9层间剪切错动带,多次发生塌落,塌落高度达3m,不得不采取喷钢钎混凝土、钢支撑浇混凝土等强力临时支护措施,并进行混凝土回填和灌浆处理；又如冲砂放空洞0+361～0+368m、0+453～0+464m分别遇L10、L9,均出现了掉块、垮塌现象。层间剪切错动带往往又是采煤采空部位(施工中遇到的废旧煤洞见表10-17),使围岩自稳能力进一步恶化。如2号引水洞L11中在桩号0+097～0+099m顶拱和左边墙0+099～0+101m,0+103～0+105m,发现三个旧煤洞,洞室大部被块碎石、煤渣充填,见有少量朽木,左边墙两个旧煤洞内有积水,施工中导致不同程度的塌方。总之,层间剪切错动带自稳能力差,加上尚有旧煤洞的分布,是影响地下洞室稳定的关键部位之一,由于施工地质预报比较准确,施工单位及时采取了预防措施(包括超前锚杆、固结、分层开挖、钢支撑浇混凝土等),避免了施工重大安全事故的发生,根据地质建议,设计上加强了衬砌措施,并对旧煤洞进行混凝土回填处理。

表10-17 层间剪切错动带煤洞出露位置表

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10.2.4.4 沙金坝向斜核部

向斜核部岩层缓倾坡外,产状一般N10°～40°W/NE∠15°～40°,地下水易于汇聚,相对活跃,顶拱和内边墙围岩易于沿层面产生脱落或滑落失稳,成洞条件差。为了有利于向斜核部洞室围岩稳定,在洞线选择时尽管考虑向斜核部通过相对坚硬完整的中厚层砂岩层,但由于特定的结构面组合和地下水作用,施工中均出现顶拱脱落现象,如1号泄洪洞(0+203m～0+270m)、2号泄洪洞(0+221m～0+236m)通过向斜核部时顶拱塌落高度0.5～2m,均采取钢筋混凝土衬砌和混凝土回填、灌浆处理。

紫坪铺水利枢纽工程地质条件阻碍成洞

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