小金县春堂坝水电站引水隧洞围岩动态分类研究

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在水资源丰富的西南地区,中小型水电开发多采用上游闸坝挡水、长引水隧洞、下游厂房的三段式工程布置,以达到后期发电的目标。西南高山峡谷地区具有地质构造复杂、地层岩性变化较大的特点,受地形等勘探条件的限制,许多工程仅针对上游闸坝及下游厂房布置了大量勘探,而对长引水隧洞的前期勘探则相对较弱,造成基础资料收集不全面,导致围岩分类准确性不高,给工程项目安全及投资留下了一定的隐患。因而如何利用前期有限的资料,在施工期做好动态围岩分级工作,使隧洞开挖得到有效的管理是一个值得研究的问题。  四川省小金县春堂坝水电站位于四川省阿坝州小金县境内,该工程是一座以发电为主的引水式电站,枢纽工程永久性建筑物主要由(闸)坝、引水系统和电站厂房等三部分组成。长引水隧洞全长13.1km,过水断面为内径4.4m的圆形,比降1/1000,额定引用流量47.8m3/s。工区位于川西高原东部,属川西高山——高原过渡地带的侵蚀型高山峡谷地貌。地层岩性主要以三叠系地层为主,地质构造则较为复杂。以此工程在施工期围岩动态分级问题作为研究对象,能够为该工程的引水隧洞优化设计提供依据;也为其他类似的施工期引水隧洞围岩划分提供借鉴。  本论文通过收集前期春堂坝水电站引水隧洞所处区域的地形地貌、地层岩性、地质构造及水文地质条件等地质资料,并在施工期对已开挖硐室围岩进行现场试验、测试,更全面的对隧洞围岩进行了动态分类,为开挖过程中的一次支护提供了可靠的依据,保证了隧洞的安全开挖。本文得到的主要结论如下:  (1)根据施工开挖及声波测试,更清楚的揭示了引水隧洞中的岩体完整性,其中变质砂岩单层厚15~25cm;砂质板岩单层厚5~10cm;炭质板岩单层厚度1~4cm。围岩完整性主要为较破碎~较完整。  (2)根据开挖揭示,变质砂岩多为互层~中厚层状结构,局部为巨厚层状结构岩体,结构面状态大多闭合、平直光滑;砂质板岩与炭质板岩则层厚较薄,岩体结构类型以极薄层互层状结构为主,结构面状态大多无充填、起伏光滑,局部岩体中发育白色方解石脉。  (3)开挖过程中,洞室中的地下水活动情况得到了更为详细的展示。现场主要将隧洞的地下水活动状态分为干燥状态、渗滴状、线状、股状。  (4)针对春堂坝引水隧洞典型洞段围岩,运用现场经验分类和HC法分类两种方法分析得到的结果基本是一致的,而RMR围岩分类的结果有6段出现了较大的偏差。从现场实施的临时支护措施来看,6段洞室按照现场经验分类确定的围岩级别进行临时支护,支护后未见明显的变形、垮塌现象。故对于春堂坝引水隧洞围岩的划分,现场经验分类和HC法分类两种方法的应用是合适的。  (5)在施工过程中,运用HC法对开挖的隧洞围岩进行动态分级,其结果为Ⅲ1类长度为4800.5m,占整个洞段的36.58%,比前期增加了18.8%;Ⅲ2类长度为1110.4m,占整个洞段的8.46%,比前期减少了11.44%;Ⅳ1类长度为2071.4m,占整个洞段的15.79%,比前期增加了8.89%;Ⅳ2类长度为1849.6m,占整个洞段的14.09%,比前期减少了31.91%;Ⅴ类长度为3290.68m,占整个洞段的25.08%,比前期增加了15.58%。  (6)根据重新调整的围岩类别和搜集的外水资料,选取了更为恰当的物理力学参数和外水折减系数。最终对设计优化工作成果显著,从目前完成设计的4.5公里长隧洞主要工程量看,共节省了约4.73%,节省投资975.45万元。
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