摘要：索風營水電站地下廠房自2002年10月下旬大規模開挖以來，各部位地質條件得到了不同程度的揭露及驗證，據目前地質情況分析，整體圍巖穩定，但存在局部結構巖體的變形破壞、巖溶涌水、河水倒灌等工程地質問題，需根據各類情況作進一步的加強處理。

關鍵詞：索風營水電站 地下廠房 工程地質問題 工程處理

0 前言

索風營水電站地下廠房系統，布置于右岸，包括引水隧洞、廠房、主變洞、尾水隧洞，為3洞3機形式，總裝機容量600MW，受斷層、巖溶、層間錯動等影響，地質條件較復雜，加上交通洞、施工支洞的布置，地下洞室縱橫交錯，工程地質問題較多。其中地下廠房跨度24m，長135.5m，高60.405m，其自2002年10月下旬大規模開挖以來，上、下部位的地質條件得到了不同程度的揭露與驗證，據此，在工程地質條件重新分析及與前期資料對比的基礎上，現將主要工程地質問題評價介紹如下。

1基本地質條件

1.1地形地貌

索風營壩址區為峽谷地形，兩岸由兩層高大雄偉的順河陡崖組成，在兩陡崖間為T1y3泥巖形成的緩坡臺地，T1y3臺地沿層面傾向上游。河谷呈基本對稱的“U”型河谷，其以強烈的崩塌及溶蝕作用為主，漫灘分布零星且窄小，階地殘缺不全，共3級階地隱約可見。壩址區河流流向N7~10° E，枯期河水位高程758-762m，河水面寬54~75m，水深5~10m。

1.2地層巖性

巖層傾向上游，從上而下，洞室圍巖巖性依次為T1y2-3厚層至巨厚層塊狀灰巖，T1y2-2-2中厚層灰巖，T1y2-2-1薄層灰巖，T1y2-1-3極薄-薄層灰巖。從上至下，巖層單層厚度逐漸變薄，層間炭質薄膜逐漸增多，薄、極薄層灰巖夾層及層間錯動極其發育，局部兼有揉皺現象。巖層產狀略有變化，近河岸N70~80°W，SWD20~35°，靠山內N65~80°E，SED20~25°。

1.3構造

右岸地下洞室涉及的主要斷層有f2斷層，該斷層及兩側與之平行的結構面主要對引水隧洞進口段有較大影響。其余地段層間錯動、夾層極其發育，如目前揭示的fj2~fj6，及fpd2-4-1等。T1y2-3內僅見裂隙發育，局部層面偶有泥膜；fj2，為T1y2-3/T1y2-2-2分界面，厚度變化較大，性狀時好時差；T1y2-2-2內主要有fj5及小斷層fpd2-4-1，均較連續，厚度大，泥質充填，性狀差，并局部巖溶；fpd2-4-1傾角陡于巖層。fj6，為T1y2-2-2/T1y2-2-1分界面，性狀其本同fj5；T1y2-2-1、T1y2-1-3巖層均薄，層間夾層及層間錯動極其發育，厚度大于1cm的間距在0.7-1m左右，連續，多有軟化現象，fj3、fj4僅為其中的略具代表性的兩條，fj4厚度達10~30cm，一般層面則多有炭質薄膜。

厚層、中厚層灰巖中裂隙少量發育，以NNE、NEE兩組陡傾裂隙為主，廠房區除少數較大裂隙充填有泥質，局部并有溶蝕現象外，一般裂隙以方解石充填為主，面平直粗糙，寬小于0.5cm，連通率小于30%，主變洞或近地表多有夾泥現象。薄、極薄層灰巖，方解石脈及隱節理發育，間距小于0.1m。

1.4巖溶水文地質

據前期鉆孔勘察，地下水位近岸邊為761~762m，靠山內為763m左右，一般高于河水位1~3m，水力比降1~2%，為地下水補給河水動力類型，地下水低平帶寬大于230m。

巖溶主要沿斷層、裂隙及順層發育。最大巖溶為K11巖溶管道。經前期勘探，其在PD2-2底板下分布長達70余米，最低高程在762m左右，主要沿N70°E裂隙發育，呈一縫狀巖溶管道，寬度1~2m，下部順層發展（fj5及fpd2-4-1），形成傾向河流的帶狀巖溶管道，其主要出口可能有多個，Sb4、Sb6等。

2主要工程地質問題分析與評價

2.1圍巖分類及穩定性分析

從開挖揭露的情況來，前期預測的地層巖性和主要結構面同開挖后的情況是一致的，主要差別在于分界線、結構面的具體位置，產狀及性狀略有差異。

（1）圍巖分類及整體穩定性

圍巖基本分類同前，為II-IV類。

頂拱以II-III1類為主，根據開挖揭露情況展示圖統計，T1y2-3（厚層灰巖）占56%，T1y2-2-2（中厚層灰巖）占44%。T1y2-3厚層灰巖，層面不發育，穩定性較好，為II類圍巖；T1y2-2-2中厚層灰巖，結構面發育一般，穩定性稍差，為III1類圍巖。

邊墻，以III1-IV類為主。上部為T1y2-2-2中厚層灰巖，屬III1類圍巖；中部為T1y2-2-1薄層灰巖屬III2類圍巖，下部為T1y2-1-3薄、極薄層灰巖，巖體較破碎，層間夾層發育，穩定性差，屬IV類圍巖。

綜上所述，廠房區無大型斷裂，且均為灰巖，巖層層厚成為影響圍巖分類的主要因素，其雖II至IV類圍巖均有，但影響洞室圍巖穩定的關鍵部位頂拱為II、III1類圍巖，對洞室穩定有利，廠房的圍巖整體穩定。

巖體的物理力學參數如表1。

表1 地下廠房各層巖體力學參數建議值表

地層

巖性

風

化

容重

變模

濕抗壓

泊

松

比

抗剪

巖體綜合

抗剪斷

圍巖

分類

單位

彈抗系數

Ko

(GPa)

(KN/m3)

∥

⊥

(MPa)

f

f’

C’(MPa)

（MPa/m)

T1y2-3

厚層灰巖，塊狀結構。

微新

27.0

12

12

65

0.25

0.70

1.2

1.2

II

6000

T1y2-2-2

中厚夾薄層灰巖。層狀結構。

微新

27.0

8.0

6.5

45

0.30

0.65

1.0

1.0

III1

4000

T1y2-2-1

薄層灰巖，薄層狀結構

微新

27.0

6.0

4.0

42

0.32

0.55

0.8

0.6

III2

3200

T1y2-1-3

極薄、薄層層灰巖巖，夾炭質層。極薄層狀結構。

微新

27.0

5.0

3.0

40

0.32

0.55

0.7

0.5

IV

2500

（1）以上參數未考慮溶洞影響。

（2）巖體綜合抗剪強度指完整巖體強度，層面及裂隙方向強度不能用此表。

（2）局部結構巖體穩定分析

①頂拱：

同前期分析，層間錯動fj2、fj5與N70°E，NWD70-80°及N0-20°E，SED80°兩組陡傾裂隙組合，以層間錯動面為頂剝離面，裂隙為側向切割面，形成上游薄下游厚的楔形錐體。

fj5性狀差，其在頂拱形成的塌落體，頂部沿面完全分離，穩定性較差，但影響范圍小，據統計面積為271m2，占7.4%，錐體頂尖位于安裝間NE下游角，最厚6m左右。

fj2影響范圍較大，面積為1627m，占廠房頂拱面積的44%，錐體頂尖亦位于安裝間NE下游角，最厚為13m左右，其面性狀比前預測稍好，局部尚有c值維系，穩定性相對較好。

由于上述結構巖體的形成，并受裂隙的發育程度影響，而目前揭露的情況，大裂隙發育較少，一般裂隙連通率小于<30%，巖體完整性較好，結構巖體尚能自穩。

從目前開挖的情況，廠房頂拱T1y2-3厚層灰巖基本無掉塊現象，開挖面較完整，而T1y2-2-2中厚層灰巖地段則主要在fj2、fj5及層面夾泥多的地段沿層間錯動或層面剝離有小掉塊，開挖面相對破碎，表現出疊板狀，在下游拱座部位，由于fj5、fpd2－4－1、巖溶的發育，及平行洞軸線方向的反傾裂隙較多，穩定性較差。

②邊墻

下游邊墻屬順向邊墻，對于中厚層及薄層灰巖，夾層與層間錯動發育，受裂隙切割后易產生順層滑移塊體，穩定性較差。T1y2-2-2中厚層灰巖中構成不利底滑面的結構面有fj5、fpd2－4－1、fj6。其中fpd2－4－1切傾角陡于層面，傾角40°，兩側受裂隙切割，頂部以fj5為界，形成楔形體，穩定性較差。T1y2-2-1薄層灰巖及T1y2-1-3薄、極薄層灰巖中因夾層極發育，不利底滑面密集，其以fj3、fj4為代表，間距1~5m不等。就現巖壁吊車部位上段開挖揭露的情況來看，此類巖體破壞型式普遍存在，由于應力調整，巖壁產生卸荷松動，產生多處巖體后緣以平行洞軸線的陡傾直立裂隙為切割面，底面順夾層、層間錯動向外滑移，最大位移量達到7-8cm。

上游邊墻屬逆向邊墻，整體穩定，局部將因N70°E反傾陡傾裂隙切割，產生小規模不穩定塊體。就目前上段開挖揭露的情況來看，此類巖體破壞型式不多，僅局部存在。

NE、SW邊墻均為橫向坡，整體穩定，局部因裂隙切割有不穩定塊體。

根據上述條件，各結構面抗剪強度建議如表2。

表2 廠房結構面抗剪強度建議值表

結構面名稱

結構面

傾角

（°）

抗剪強度

備注

f(f’)

c(c’)（MPa）

NNE、NEE、NNW裂隙綜合抗剪斷（含巖橋）

70~90

0.65

0.5

T1y2-3、T1y2-2-2中連通率<30%

0.60

0.45

T1y2-2-1中連通率30-40%

0.55

0.15

T1y2-1-3中隱節理發育。

fj2

0.40

0.01

綜合

fj3~fj6等層間錯動及fPD2-4-1

0.25

0

不含溶洞段

T1y2-2-2一般層面

0.55

0.1

不含泥質，間距40-50cm。

T1y2-2-2有泥膜層面

0.45

0.02

集中于fj2~fj5之間，間距20-30cm。

T1y2-2-1中炭質及黃色泥質夾層

0.28

0.002

間距5-6m。

T1y2-2-1中一般層面

0.45

0.02

間距10-20cm。

T1y2-1中炭質夾層

0.30

0.005

間距0.7~1m。

T1y2-1中一般層面（含炭質薄膜）

0.35

0.01

間距<0.1m。

2.2廠房涌水涌泥預測

（1）K11巖溶管道的涌水，因其地表積匯水面積有限，估計一般流量<20L/s，汛期最大涌水200L/s。

（2）河水位以下開挖時，廠房基坑涌水除受K11巖溶管道的巖溶水補給外，尚接受河水倒灌，其進口主要沿岸坡順層小溶洞、溶蝕裂隙及零星的小管道等。河水倒灌是地下廠房基坑涌水的主要形式及來源。

（3）沿fj5、fpd2-4-1發育的溶洞中有黃色粘土及塊石等洞室充填物，其下游側揭露出口傾向廠房內汛期地下水活動加強，充填物將向廠房滑落，形成涌泥、涌水等不利地質現象，影響施工安全。

2.3處理建議

（1）T1y2-3厚層灰巖，為II類圍巖，圍巖基本穩定，支護措施需考慮局部因裂隙切割而可能產生的掉塊、風化及施工爆破影響，其主要分布于頂拱，建議噴錨支護；T1y2-2-2中厚層灰巖，為III1類圍巖，圍巖穩定性稍差，頂拱建議噴錨加鋼筋網，邊墻噴錨支護；T1y2-2-1及T1y2-1-3薄、極薄層灰巖，為III2-IV類圍巖，圍巖穩定性差，其分布在邊墻部位，建議噴錨加鋼筋網。目前開挖揭露的頂拱，設計方面主要進行噴錨支護，錨桿長度有9m、6m兩種，間距2.4m，噴鋼纖維砼或聚丙烯砼（C25）15cm。

（2）對局部結構塊體加強支護，宜采用長預應力錨桿為永久性加固措施，頂部錨固深度最深應切穿fj2，到達厚層灰巖一定深度，頂拱下游側及下游邊墻錨桿方向應盡量切穿并垂直fj5、fpd2－4－1、fj6等結構面，并采用快速監測方法對塊體穩定進行監測。T1y2-2-1及T1y2-1-3層位建議加系統長錨桿。目前設計方面對巖壁吊車梁位置布置了預應力錨索，但頂拱的圍巖未作加強處理，安全度可能不夠，應密切關注變形監測情況，同時需對下游邊墻已出現的變形破壞，采用物探手段了解變形松動圈厚度，盡快加強監測，清除已嚴重變形破壞的巖體，采取預應力錨桿、錨索等加強支護等措施。

（3）對巖溶管道水宜采取抽排，對河水倒灌以堵為主的處理措施。巖溶管道水處理重點在于K11巖溶系統；河水倒灌處理則主要是對靠河側巖溶管道進行封堵，同時對周邊一定范圍內進行帷幕灌漿，對尾水洞未能作帷幕灌漿的地段應在巖體表層作砼噴護。

（4）對開挖揭露的巖溶管道、溶蝕帶、斷層等需局部深挖回填或灌漿處理。安裝間上游邊墻的K11溶洞，在開挖過程中為處理之重點，宜在開挖之前，在廠房區外對巖溶管道水進行引排后，對其進行灌漿充填，并用長錨桿加固。目前廠房內揭露的溶洞主要是沿fj5、fPD2-4-1發育，廠房頂拱下游側的溶洞在作好引、排水管后已進行了混凝土回填與封堵，安裝間778-772m開挖時上游邊墻揭露的K11溶洞在清泥處理處理后將混凝土回填與封堵，因該溶洞在上游側尚沿平行廠軸線方向的陡裂直立裂隙發育，長達70余m，與邊墻距離僅3-5m，應還需加強支護。

（5）上游結合繞壩與庫首滲漏設置防滲帷幕，防止運行期的繞壩滲漏產生的涌水及水壓力對廠房的不利影響。