1/8石板水水電站引水隧洞洞軸線方案優(yōu)選董文斌摘要遵循初設(shè)時(shí)洞軸線少走泥巖、多穿砂巖的原則,經(jīng)詳細(xì)勘探后查清了初設(shè)時(shí)推薦洞軸線的圍巖地質(zhì)狀況。通過認(rèn)真分析研究,在不改變樞紐布置的情況下,進(jìn)行方案比較,最終確定將洞軸線內(nèi)移,最大處內(nèi)移為500M,從而達(dá)到了多走砂巖、少穿泥巖的目的。溝谷處的覆蓋層亦增厚,同時(shí)減少了洞挖長(zhǎng)度,節(jié)省了永久襯砌及臨時(shí)支護(hù)工作量,節(jié)省工期6個(gè)月,確保了首臺(tái)機(jī)組提前76D發(fā)電。經(jīng)過兩年左右的試運(yùn)行,壓力引水隧洞運(yùn)行情況良好,證明優(yōu)選的洞軸線方案是科學(xué)、合理的。關(guān)鍵詞石板水電站引水隧洞洞軸線方案優(yōu)選1工程概況涪陵石板水電站位于豐都縣龍河鎮(zhèn),在龍河下游江池至南江渡河段內(nèi),大壩和廠房分別距豐都縣城55KM和45KM。電站為混合式開發(fā),由大壩樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)等三大主體工程組成。樞紐中大壩最大壩高為84M,壩頂長(zhǎng)度448M,壩頂高程482M,為碾壓混凝土重力壩。引水系統(tǒng)工程由深式進(jìn)水口、壓力引水隧洞、雙室式調(diào)壓井、埋藏式壓力管道等組成。進(jìn)水口孔口尺寸,底板高程440M,壓力隧洞長(zhǎng)度,內(nèi)徑,比降為。調(diào)壓井上室容積5970M3,墻頂高程493M,豎井高度67M,下室中心高程,長(zhǎng)度50M,壓力管道主管2/8長(zhǎng)度,內(nèi)徑,出口中心高程420M和,傾角46,3個(gè)岔管4條支管總長(zhǎng)。廠區(qū)工程由主廠房、安裝間、副廠房、升壓站、綜合樓和永久交通工程等6大部分組成,成一字型沿河右岸布置,廠房安裝3臺(tái)萬(wàn)KW及1臺(tái)1萬(wàn)KW水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量萬(wàn)KW。電站機(jī)組引用流量/S,洞內(nèi)平均流速/S,單位長(zhǎng)度沿程水頭損失為103M。2引水隧洞地質(zhì)概況隧洞深埋于右岸山體內(nèi),沿線山嶺高程600830M,地貌情況有劉家溝、石板水溝等4條沖溝,相對(duì)高差100300M不等,隧洞埋深一般為50150M,最大埋深400M,最淺在石板水溝處,約12M,臨河水平埋深150M左右。隧洞穿過地層為侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組J102SJ212S層長(zhǎng)石石英砂巖、砂質(zhì)泥巖不等厚互層,砂巖厚度一般為1040M,泥巖厚度為2065M,兩類巖石工程地質(zhì)特征雖有明顯差異,但同埋于地下深處,巖石新鮮,整體性強(qiáng),有較好的成洞條件,唯泥巖開挖后,易風(fēng)化崩解。隧洞橫穿石柱向斜之南起端,由進(jìn)口的南東翼,在劉家溝附近通過向斜軸部轉(zhuǎn)至出口的北西翼。地層產(chǎn)狀由隧洞進(jìn)口N6080E,NW810,逐漸偏轉(zhuǎn)到劉家溝附近通過向斜軸部,到石板水溝后轉(zhuǎn)至N2030E,SE,2530,顯示了西陡東緩的不對(duì)稱向斜構(gòu)造,區(qū)內(nèi)無大斷層通過。砂巖內(nèi)主要分布2組裂隙1走向N4060E,傾向SENW,3/8傾角75802走向N2070W,傾向NESW,傾角6888。第1組裂隙相對(duì)發(fā)育,延伸較長(zhǎng),達(dá)數(shù)10M,第2組裂隙發(fā)育稀疏,延伸不長(zhǎng),少于5M,裂隙間距一般35M以上,與層面交切巖體塊度較大,故圍巖整體性較好,但當(dāng)隧洞軸向與某組裂隙夾角較小或頂拱與層面近于平行時(shí),仍會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定掉塊,特別是石板水溝過溝段,上覆巖體厚度僅10余M左右,圍巖穩(wěn)定性較差。構(gòu)造平緩的砂、泥巖互層中,因補(bǔ)給條件差,排泄條件好,故一般地下水含量不豐,但在石柱向斜NE翼地段,巖層傾角較大的單面山體,仍存在砂巖裂隙水。3初設(shè)洞軸線方案初設(shè)時(shí)選用的引水隧洞洞軸線方案為靠外線走向,即ABDEF方案詳見石板水電站引水隧洞平面布置圖方案,在壩址上游450MA處建豎井進(jìn)水口,在南江渡龍河右岸半坡一陡壁下E處設(shè)雙室差動(dòng)式調(diào)壓井,由一條內(nèi)徑為隧洞連接,在劉家溝B處和石板水溝D處設(shè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),折線總長(zhǎng)度,后接埋藏式鋼襯壓力管道,在1號(hào)岔管F處分岔供水發(fā)電。該軸線方案為使壓力隧洞多穿越砂巖,少走泥巖,也為縮短施工支洞長(zhǎng)度,平面上盡可能靠近山坡面,隧洞縱坡采用變坡,穿越侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組砂巖與泥巖不等厚互層。根據(jù)地質(zhì)工作推測(cè),初設(shè)時(shí),壓力隧洞穿越砂巖段總長(zhǎng)為3220M,占?jí)毫λ矶纯傞L(zhǎng)的泥巖段總長(zhǎng)度為,為總長(zhǎng)度4/8的。隧洞首尾兩端埋深為2580M,其余段在80M以上,最大處埋深400M,最小埋深在石板水溝處為12M。砂巖層厚一般1540M,屬類圍巖,泥巖厚度一般4065M,為類圍巖。洞內(nèi)裂隙發(fā)育有兩組,裂隙間距一般35M,圍巖一般整體性尚好。初設(shè)階段未進(jìn)行地質(zhì)鉆探,只做了地表地質(zhì)工作,技設(shè)階段為了進(jìn)一步查明初設(shè)洞軸線的地質(zhì)情況,對(duì)初設(shè)選用的洞軸線補(bǔ)做了1/5000平面地質(zhì)測(cè)繪,1/5000地質(zhì)剖面6條共8200M,在軸線ABDE段鉆孔6個(gè),進(jìn)尺,并做了壓水試驗(yàn)等地勘工作。勘測(cè)結(jié)果表明,壓力隧洞軸線穿越的砂巖、泥巖層長(zhǎng)度與推測(cè)情況出入較大。初設(shè)時(shí),實(shí)際穿越的砂巖段總長(zhǎng),占總長(zhǎng)度的,當(dāng)軸線通過石板水溝時(shí)覆蓋巖體為12M,僅為洞徑的2倍,巖體過薄,巖體裂隙發(fā)育,裂隙密度最大可達(dá),形成密集帶,穩(wěn)定性差,加之石板水溝常年有流水,尤其是雨季,由于高傾角裂隙切割,施工滲水亦較大。實(shí)際上由于穿越的泥巖長(zhǎng)達(dá)隧洞總長(zhǎng)的,將增大洞挖工程量,增加襯砌和臨時(shí)支護(hù)工程投入,加之隧洞施工工期是決定電站首臺(tái)機(jī)組發(fā)電的控制時(shí)間,過多的穿越泥巖,對(duì)能否按時(shí)發(fā)電產(chǎn)生不利影響,因此必需對(duì)洞軸線方案進(jìn)行優(yōu)化。4隧洞軸線方案優(yōu)選洞軸線優(yōu)選原則為節(jié)省投資、縮短工期,在不改變工程總體布局,不5/8影響工期及發(fā)電運(yùn)行要求的情況下,洞軸線必需進(jìn)行優(yōu)選,優(yōu)選原則為1遵循初設(shè)時(shí)多走砂巖、少穿泥巖的原則,以期獲得更為穩(wěn)定的圍巖2進(jìn)水口A處、調(diào)壓井E處位置保持不變3引水系統(tǒng)總水頭損失基本不變4盡可能減少洞挖工程量,減少襯砌和臨時(shí)支護(hù)工作5綜合研究引水系統(tǒng)工期與電站首臺(tái)機(jī)組發(fā)電工期的協(xié)調(diào)關(guān)系6慎重處理壓力隧洞過石板水溝的問題。洞軸線方案優(yōu)選分析軸線內(nèi)移按照上述優(yōu)選原則分析,洞軸線只能內(nèi)移,內(nèi)移最大距離為500M,在新洞線上布置兩個(gè)鉆孔共470M,結(jié)合原洞線上6個(gè)鉆孔資料及地表地質(zhì)測(cè)繪組成的6條地質(zhì)橫剖面進(jìn)行推測(cè),發(fā)現(xiàn)在隧洞軸線相應(yīng)的高程上,軸線內(nèi)移可穿越比初設(shè)軸線方案更多的砂巖J212S。為使洞軸線與巖層走向交角較大,以利于隧洞開挖時(shí)保持隧洞圍巖穩(wěn)定,將第二個(gè)折點(diǎn)設(shè)置在D點(diǎn),因此組成了二個(gè)新的方案ABDEF方案方案。軸線方案比較1方案ABDEF0400M進(jìn)口段,隧洞埋深2070M,巖性為J192S層厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖,有兩組裂隙發(fā)育1N4555E,傾SE,85,2N2535W,傾NE,8085,兩組裂隙常6/8交切巖體,多沿NE組裂隙面卸荷松動(dòng),向SE傾倒,巖體風(fēng)化卸荷深1015M,加之進(jìn)口段邊坡高約40M,自然坡角達(dá)70,岸坡內(nèi)邊坡穩(wěn)定性較差,其余段巖體堅(jiān)硬完整,洞軸線與裂隙交角較大,穩(wěn)定性好,具有良好的成洞條件,該時(shí)K020MPA/CM,FK3。400420M段,隧洞埋深70400M,巖性為J11202S層的砂質(zhì)泥巖夾薄層粘土巖與砂巖,巖石新鮮完整,構(gòu)造裂隙不發(fā)育,一般短少、閉合,該段巖性軟弱易風(fēng)化崩解,必須采取支護(hù)并及時(shí)襯砌。該時(shí)K01015MPA/CM,FK34。4200段,由于該段由向斜軸部至北西冀,巖層傾角逐漸變陡,因此隧洞通過此段時(shí),穿越了J172SJ102S等砂巖、砂質(zhì)泥巖層。隧洞埋深10200M,其中石板水溝上覆厚度僅10M左右,主要發(fā)育的裂隙有1N6070E,傾SW,7585,裂面平直光滑,延伸較長(zhǎng),發(fā)育間距最小為1M2N4550W,傾SE,7080,裂面平直光滑,延伸長(zhǎng),微張開,與洞軸線夾角較小,其中砂巖、砂質(zhì)泥巖的工程地質(zhì)條件同前。隧洞通過石板水溝附近巖體風(fēng)化卸荷明顯,穩(wěn)定性差,過溝段FK2,其余段砂巖K04060MPA/CM,FK45,砂質(zhì)泥巖K0812MPA/CM,FK23。出口段風(fēng)化卸荷深約2025M,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。2方案ABDEF方案0115M進(jìn)口段,隧洞埋深3570M,隧洞穿越的地7/8層為J192S層厚層塊狀長(zhǎng)石石英砂巖,該段的工程地質(zhì)條件同方案進(jìn)口段。115815M段,隧洞埋深70100M,隧洞穿越的地段為J202S層的砂質(zhì)泥巖夾薄層粘土巖或砂巖,該段的工程地質(zhì)條件同方案第二段。8153065M段,隧洞埋深較大,一般都在100M以上,洞身位于J212S層厚層塊狀長(zhǎng)石石英砂巖之上,主要發(fā)育的裂隙1N4555,傾SE,7585,裂面平直充滑,延伸較長(zhǎng),在厚層砂巖中發(fā)育間距一般在5M以上,與洞軸線夾角3050,隧洞通過劉家溝地段,上覆巖體厚約8090M,局部可能有少量地表水滲入,該巖石致密堅(jiān)硬,完整、穩(wěn)定性均較好,具有良好的成洞條件,該時(shí)砂巖K0406