江國(guó)勇，姚鵬程，李劍鋒

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

青龍水電站位于四川省阿壩州九寨溝縣境內(nèi)，屬黑河-白水江干流水電規(guī)劃“一庫(kù)七級(jí)”開(kāi)發(fā)方案中的第七級(jí)電站，利用落差約110m，裝機(jī)容量102MW。電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)及廠區(qū)樞紐組成。引水隧洞為有壓隧洞，全長(zhǎng)13.924 km，縱坡i=1.7‰。隧洞斷面型式為馬蹄形，開(kāi)挖斷面尺寸(Ⅲ～Ⅴ類(lèi)圍巖):底寬6.7～7.57m，高8.85 ～9.9m。

引水隧洞位于白水江左岸，隧洞穿越區(qū)山體雄厚，地形陡峻，較完整，發(fā)育木正溝、抹地溝、大壩溝、牧馬溝、梨兒溝5條沖溝，其中抹地溝切割深度大，常年流水，其余沖溝切割深度較小、縱坡降大。沿線分布有荷葉坡、魏家半山堆積體，其余地段多為基巖裸露?？碧浇沂竞扇~坡堆積體厚約120～270m，魏家半山堆積體厚60～180m。

2 基本地質(zhì)條件

花崗斑巖侵入體主要分布于4～5#支洞(7+400～12+490，段長(zhǎng)5090m)，該洞段水平埋深300～500m，垂直埋深300～700m。地表出露基巖地層以中厚層～厚層灰?guī)r與薄層～薄板狀灰?guī)r相間出露為主導(dǎo)，局部地段有2～5m寬花崗斑巖巖脈順層分布，地層總體產(chǎn)狀N25°～40°W/SW(NE)∠60°～80°。開(kāi)挖揭露該段圍巖以花崗斑巖及花崗斑巖巖脈夾薄板狀灰?guī)r捕擄體為主，部分為極薄層灰?guī)r，少量為中厚層灰?guī)r?；◢彴邘r巖體中主要發(fā)育4組優(yōu)勢(shì)節(jié)理:①N35°～50°W/SW∠60°～75°，跡長(zhǎng)一般為 2～3m，間距 0.3～0.6m，裂隙面較平直光滑，沿裂隙蝕變強(qiáng)烈，多張開(kāi)并充填蝕變物，少數(shù)裂隙被石英充填膠結(jié);②N60°～70°E/SE∠60°～80°，跡長(zhǎng)一般為1 ～2m，間距0.3～0.5m，沿裂面弱 ～中等蝕變，較平直光滑;③N45°～55°E/SE∠60°～65°，跡長(zhǎng)一般為1～2m，間距1～2m，裂面弱～中等蝕變、起伏光滑、微張;④EW/N∠20°～45°，跡長(zhǎng)一般為 0.5 ～1m，間距為0.2 ～0.4m，結(jié)構(gòu)面弱蝕變、粗糙起伏、微張。

段內(nèi)地下水為基巖裂隙水、活動(dòng)差異較大，7+400～9+400洞段地下水活動(dòng)較強(qiáng)，以滲滴水為主，部分為滲流水及股狀水;11+190～12+490段段內(nèi)地下水活動(dòng)弱，部分滲滴水。

3 花崗斑巖蝕變對(duì)圍巖力學(xué)特性的影響

3.1 礦物組成與蝕變

3.1.1 巖石力學(xué)強(qiáng)度有較大程度降低

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析得知，蝕變花崗斑巖的蝕變程度對(duì)巖石強(qiáng)度影響很大。微蝕變花崗斑巖的單軸抗壓強(qiáng)度為131.81～150.59MPa，抗拉強(qiáng)度為14.17 ～16.19MPa，屬極堅(jiān)硬巖;弱蝕變花崗斑巖單軸抗壓強(qiáng)度為72.15～94.3MPa，抗拉強(qiáng)度為7.76～10.14MPa，其強(qiáng)度較微蝕變花崗斑巖降低42%，但仍屬堅(jiān)硬巖;中等～強(qiáng)蝕變花崗斑巖巖體破碎，取樣困難，未進(jìn)行試驗(yàn)工作，該類(lèi)巖石軟弱物質(zhì)含量較高，巖石強(qiáng)度低，錘擊啞聲，屬軟巖類(lèi)。

圖1 引水隧洞7+400～12+490段高程1245m花崗斑巖分布平切面圖

3.1.2 圍巖松弛圈明顯增大

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果進(jìn)行分析得知:花崗斑巖的蝕變程度不同對(duì)圍巖松弛圈、力學(xué)強(qiáng)度影響較大。微蝕變花崗斑巖巖體較完整，松弛圈深度多小于1m，平均波速2300m/s;弱蝕變花崗斑巖巖體完整性差，松弛圈深度一般為1～1.5m，平均波速1900m/s;中等～強(qiáng)蝕變花崗斑巖巖體破碎，松弛圈深度一般為2～2.5m，平均波速1600 m/s。

3.2 蝕變花崗斑巖圍巖類(lèi)別

開(kāi)挖揭示的花崗斑巖受構(gòu)造改造強(qiáng)烈，巖體破碎～較破碎，并沿裂隙發(fā)生弱～中等蝕變，巖塊嵌合差，部分洞段地下水活動(dòng)較強(qiáng)。根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50287－2006中圍巖工程地質(zhì)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蝕變花崗斑巖洞段圍巖進(jìn)行分類(lèi)評(píng)判，其成果表明(表1):地下水活動(dòng)較弱的弱蝕變花崗斑巖段圍巖類(lèi)別為Ⅳ類(lèi)，地下水活動(dòng)較強(qiáng)的弱蝕變花崗斑巖段及強(qiáng)蝕變花崗斑巖及蝕變破碎帶圍巖類(lèi)別為Ⅴ類(lèi)。

表1 蝕變花崗斑巖圍巖類(lèi)別成果表

4 花崗斑巖蝕變對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響及處理

開(kāi)挖揭露的花崗斑巖(巖脈)發(fā)生非整體性蝕變，蝕變集中于裂隙面上，以弱～中等蝕變?yōu)橹鳌Ｓ捎诹严栋l(fā)生“高嶺土化”現(xiàn)象較為普遍，其結(jié)果將不同程度地降低結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度及巖石強(qiáng)度，尤其是團(tuán)塊狀“高嶺土化”現(xiàn)象的存在對(duì)隧洞圍巖的穩(wěn)定性影響較大。在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，蝕變花崗斑巖圍巖常遇到的變形破壞形式為:塌落掉塊、圍巖變形及隧洞塌方。筆者就3種主要變形破壞形式的形成機(jī)理及主要處理敘述如下。

4.1 塌落掉塊及處理

蝕變花崗斑巖圍巖完整性差，巖體中節(jié)理裂隙發(fā)育且相互切割，在隧洞頂拱及拱腰部位多形成楔形塊體及三角體。開(kāi)挖爆破后圍巖松動(dòng)，加之結(jié)構(gòu)面蝕變后其抗剪強(qiáng)度低，巖塊在山巖壓力及楔形塊體自重應(yīng)力作用下產(chǎn)生塌落掉塊現(xiàn)象。

此類(lèi)型的塌落掉塊在該洞段較為普遍，雖對(duì)洞室圍巖的整體穩(wěn)定影響較小，但對(duì)施工安全產(chǎn)生了一定的隱患。故開(kāi)挖后及時(shí)對(duì)圍巖噴射了厚10～15cm的混凝土進(jìn)行封閉，有效地阻止了松動(dòng)巖塊的進(jìn)一步變形破壞。為保證施工安全，隨后進(jìn)行掛網(wǎng)、立鋼拱架等強(qiáng)支護(hù)。

4.2 圍巖變形及處理

蝕變花崗斑巖巖體較破碎，且裂面蝕變較強(qiáng)，其抗剪強(qiáng)度低，圍巖自穩(wěn)能力差。洞室開(kāi)挖后破壞了初始的地應(yīng)力平衡狀態(tài)，引起應(yīng)力重分布，促使圍巖向臨空面卸荷松弛，表現(xiàn)為沿蝕變裂隙面的變形錯(cuò)動(dòng)。該變形的時(shí)效性較短，圍巖不穩(wěn)定，故對(duì)此類(lèi)圍巖一般采用短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的工程措施。支護(hù)方式為先噴混凝土封閉圍巖后、掛網(wǎng)、立鋼拱架支撐、再?lài)娀炷练忾]鋼拱架及鋼筋網(wǎng)。在完成初期支護(hù)后，選取典型洞段進(jìn)行收斂變形觀測(cè)。

此類(lèi)圍巖在初期支護(hù)后，部分洞段變形進(jìn)一步擴(kuò)展，造成初期支護(hù)不同程度的開(kāi)裂、鼓包、變形錯(cuò)位并在一定程度上侵占設(shè)計(jì)斷面。根據(jù)收斂變形數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果得知，其變形較大部位主要集中在拱腰及鋼拱架連接處，少量鋼拱架連接處被扭曲或剪斷錯(cuò)位。為確保圍巖穩(wěn)定和施工安全，對(duì)變形段進(jìn)行了二次加固補(bǔ)強(qiáng)處理，首先對(duì)變形段先期進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿后，再置換變形的鋼拱架，噴混凝土并增加拱架鎖固錨桿。對(duì)變形尚未趨于穩(wěn)定的巖體，及時(shí)采取澆筑混凝土進(jìn)行襯砌，從而有效地保證了圍巖的穩(wěn)定。工程實(shí)踐證明，通過(guò)采取一系列工程處理措施，有效地阻止了圍巖變形的進(jìn)一步擴(kuò)展。

4.3 隧洞塌方及處理

蝕變花崗斑巖(巖脈)洞段內(nèi)，少量強(qiáng)蝕變集中發(fā)育在拱腰及頂拱集中出露處，由于其巖體結(jié)構(gòu)破碎，圍巖極不穩(wěn)定，開(kāi)挖后立即發(fā)生坍塌;花崗斑巖夾薄板狀灰?guī)r捕擄體間的接觸面及花崗斑巖中蝕變裂隙密集帶巖體較破碎，圍巖自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖后易沿其接觸面及蝕變結(jié)構(gòu)面變形錯(cuò)動(dòng)，如遇地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，開(kāi)挖后(約1～2d)發(fā)生坍塌;該類(lèi)塌方規(guī)模較小，但因其地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，在地下水的進(jìn)一步作用下，引起周?chē)鷰r體失穩(wěn)，從而造成較大規(guī)模的塌方;另外一類(lèi)塌方是開(kāi)挖后經(jīng)及時(shí)有效的初期支護(hù)手段，圍巖尚能基本保持穩(wěn)定，但在圍巖后期的持續(xù)變形擴(kuò)展作用下，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，從而發(fā)生規(guī)模性塌方，此類(lèi)塌方規(guī)模及破壞性極大，對(duì)施工安全及工程進(jìn)度影響極大。

根據(jù)塌方規(guī)模及不同的塌方情況，分別采取了以下處理措施:(1)對(duì)于規(guī)模較小的塌方，待塌方穩(wěn)定后，采取先噴混凝土封閉塌方臨空面，再進(jìn)行鋼拱架、系統(tǒng)錨桿支護(hù)，對(duì)部分塌方體較高處輔以副拱支護(hù)。(2)對(duì)于規(guī)模較大但頂拱塌方空腔出露的塌方，待塌方穩(wěn)定后，先采取噴混凝土封閉塌方臨空面再出渣，并及時(shí)進(jìn)行鋼拱架、系統(tǒng)錨桿支護(hù)。(3)對(duì)于規(guī)模較大且頂拱封閉的塌方，待塌方穩(wěn)定后，先對(duì)拱頂120°范圍打超前小導(dǎo)管，并對(duì)塌方渣體進(jìn)行預(yù)灌漿固結(jié)，邊墻部位增加長(zhǎng)錨桿進(jìn)行加固，再遵循短進(jìn)尺的原則開(kāi)挖塌方體，并及時(shí)采用小間距鋼拱架、系統(tǒng)錨桿支護(hù)。塌方處理完畢，及時(shí)進(jìn)行混凝土澆筑。

5 結(jié)語(yǔ)

青龍水電站引水隧洞揭示的花崗斑巖在特定的地質(zhì)時(shí)期發(fā)生了蝕變、風(fēng)化現(xiàn)象，導(dǎo)致其物理力學(xué)性質(zhì)弱化、降低，通過(guò)對(duì)其蝕變、風(fēng)化機(jī)理的研究，認(rèn)識(shí)到花崗斑巖因蝕變、風(fēng)化而不同程度地導(dǎo)致洞室圍巖的工程地質(zhì)分類(lèi)等級(jí)降低，通過(guò)采取系列技術(shù)手段，分析研究了蝕變花崗斑巖對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性的影響，實(shí)施了適當(dāng)?shù)募庸谭雷o(hù)措施，有效地保證了施工安全、洞室穩(wěn)定，提供了良好的工程地質(zhì)專(zhuān)業(yè)服務(wù)。