上湾子Ⅰ级水电站引水隧洞塌方成因分析
2008-01-10 14:06:13 来源:
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电力18讯: 摘 要:从内蒙古赤峰市克什克腾旗上湾子Ⅰ级水电站引水隧洞地质特征及施工实践出发,通过分析地质状况、施工爆破、地下水等因素与塌方类型的关系,阐述了隧洞掘进中的塌方成因:①塌方与围岩构造断裂带有关,断裂、含水带与塌方相伴存在,每遇断裂破碎带就产生塌方;②地下水的活动降低围岩强度,加速围岩破坏进程;③爆破震动造成岩体松塌.提出塌方的防治措施:应及时支护和严格控爆,妥善处理地下水,提高岩体自稳能力,把施工方法和喷锚技术紧密结合起来,形成系统的防治体系.
关键词:水电站;引水隧洞;塌方类型;断裂破碎带
内蒙古赤峰市克什克腾旗上湾子Ⅰ级水电站位于内蒙古赤峰市克什克腾旗的西南部,西拉沐沦河的上游支流萨岭河的中下游.电站为引水式、地面式厂房,装机总容量为3200kW,隧洞采用有压引水,设计过流量为单机3.57m3/s,双机7.14m3/s,设计水头57.1m,隧洞总长1098m.根据地形、地质条件及施工条件确定开挖断面为圆形,隧洞断面为直径3m的圆形洞.由于隧洞轴线与多条断层以小角度斜交,并且有与断层隔开的蓄水构造,因此围岩破碎多水,泥化膨胀,工程地质条件较差.加之施工中某些环节考虑欠周,故在某些断层交汇处出现较严重的塌方.处理塌方存在一定的难度,影响了工期,同时又增加了投资.该电站于1994年11月开工,1998年5月投产发电,历时4年多,概算投资增大的原因之一即为隧洞的塌方处理费用增加.
1塌方成因分析
a. 塌方与围岩构造断裂带有关.引水隧洞顶部为风积砂及少量壤土组成的第四系沉积层,厚度变化较大,进口部位地形较缓,覆盖层不厚,洞线中部覆盖厚度最厚可达20m以上.洞线上方出露岩性较为复杂,分布较多的有:流纹质角砾凝灰岩、安山岩、蚀变安山岩、玄武岩、凝灰岩等.基岩裂隙发育,风化破碎严重,进出口部位洞深60m左右为强风化岩,成洞条件不好.因构造作用及岩性变化较大,不同地层风化程度存在较大差异,最大强风化厚度达35m以上,但洞身大部均在弱风化岩中通过,成洞条件较好.
沿线断裂构造较复杂,在整个洞线长1098m的长度中,共有29条断层,其中在蚀变的安山岩中有1条,凝灰质粉砂岩中有12条,在流纹质斑状安山岩中有16条.主要断层有F13,F24,F28,小者断距为0.1m,大的断距为0.5~1m,两侧有影响带0.2~1m不等.多深切成谷,陡倾角在60°~80°,走向基本与洞轴线斜交,交角较小,约15°~20°,其中F13断层走向与洞线相交仅5°左右.
根据断层带对地下工程围岩应力分布及其稳定性影响,按弹性有限元法分析,结果如下:①断裂破碎带内应力差一般都变大,由于破碎带的存在,开挖过程中围岩应力状态产生剧烈变化,开挖后应力差迅速增大,使应力超过岩体强度产生拱体效应破坏;②有断 裂的洞体,开挖后拉应力范围扩大,其值也相应地增大;③断裂带破坏了岩体的连续性,同时积聚了大量的残余应力,应力状态发生很大的变化,甚至由受压变成受拉状态.另外,岩石破坏促使岩体进一步风化,雨水积聚残积土入侵,使岩石产生软化等现象.上湾子Ⅰ级电站的施工实践表明,断裂、含水带与塌方相伴存在,每遇断裂破碎带就产生塌方.
b. 地下水的作用.地下水活动使岩石泡水、软化,降低围岩强度.在开挖时,地下水形成指向临空面的渗透压力,加速围岩破坏的进程.在F13断层出现塌方时,在(0+390)m~(0+405)m段的15m范围内出现大量涌水,并带出40m3左右的泥石.
c. 爆破的影响.爆破次数越多,由爆破震动波产生的剪切效应造成松塌的可能就越大.另外,塌方规模和速度对围岩收敛有影响,一般地说,破坏规模越大、速度越快,收敛就越快.
总之,在围岩的内在原因和外部条件的相互促进下,塌方可成带出现.以岩体结构为基础的工程地质分区,可直接确定工程布局,预报工程施工中可能出现的问题.
2塌方的类型及规律性
2.1塌方的基本类型划分
上湾子Ⅰ级水电站引水隧洞在施工过程中出现的塌方大体分为两类:
a. 蠕变型塌方.在(0+217)m~(0+225)m处的F 7断层,走向N290°W,倾向SW,倾角88°;(0+248)m~(0+251)m处的F9断层,走向N310°W,倾向SE,倾角47°;(1+003)m~(1+003.7)m处的F24断层,走向N20°E,倾向NW,倾角80°~85°,破碎影响带0.2~0.3m,断层宽30~50cm,主要由角砾岩、压碎岩、断层泥组成.地质状况为硬塑的断层泥和糜棱化构造岩,软岩和含膨胀物质具破碎结构的中硬岩,强或全风化受地质构造影响严重的及非粘性的松散土层冲积层,砂卵石碎石坡积层等,具有裂隙密集、分布杂乱、富含泥质等特征;当有滴水或浅状流水时,急速降低岩体强度,严重影响围岩稳定.其形成原因是由于吸水膨胀崩解,结果整<
关键词:水电站;引水隧洞;塌方类型;断裂破碎带
内蒙古赤峰市克什克腾旗上湾子Ⅰ级水电站位于内蒙古赤峰市克什克腾旗的西南部,西拉沐沦河的上游支流萨岭河的中下游.电站为引水式、地面式厂房,装机总容量为3200kW,隧洞采用有压引水,设计过流量为单机3.57m3/s,双机7.14m3/s,设计水头57.1m,隧洞总长1098m.根据地形、地质条件及施工条件确定开挖断面为圆形,隧洞断面为直径3m的圆形洞.由于隧洞轴线与多条断层以小角度斜交,并且有与断层隔开的蓄水构造,因此围岩破碎多水,泥化膨胀,工程地质条件较差.加之施工中某些环节考虑欠周,故在某些断层交汇处出现较严重的塌方.处理塌方存在一定的难度,影响了工期,同时又增加了投资.该电站于1994年11月开工,1998年5月投产发电,历时4年多,概算投资增大的原因之一即为隧洞的塌方处理费用增加.
1塌方成因分析
a. 塌方与围岩构造断裂带有关.引水隧洞顶部为风积砂及少量壤土组成的第四系沉积层,厚度变化较大,进口部位地形较缓,覆盖层不厚,洞线中部覆盖厚度最厚可达20m以上.洞线上方出露岩性较为复杂,分布较多的有:流纹质角砾凝灰岩、安山岩、蚀变安山岩、玄武岩、凝灰岩等.基岩裂隙发育,风化破碎严重,进出口部位洞深60m左右为强风化岩,成洞条件不好.因构造作用及岩性变化较大,不同地层风化程度存在较大差异,最大强风化厚度达35m以上,但洞身大部均在弱风化岩中通过,成洞条件较好.
沿线断裂构造较复杂,在整个洞线长1098m的长度中,共有29条断层,其中在蚀变的安山岩中有1条,凝灰质粉砂岩中有12条,在流纹质斑状安山岩中有16条.主要断层有F13,F24,F28,小者断距为0.1m,大的断距为0.5~1m,两侧有影响带0.2~1m不等.多深切成谷,陡倾角在60°~80°,走向基本与洞轴线斜交,交角较小,约15°~20°,其中F13断层走向与洞线相交仅5°左右.
根据断层带对地下工程围岩应力分布及其稳定性影响,按弹性有限元法分析,结果如下:①断裂破碎带内应力差一般都变大,由于破碎带的存在,开挖过程中围岩应力状态产生剧烈变化,开挖后应力差迅速增大,使应力超过岩体强度产生拱体效应破坏;②有断 裂的洞体,开挖后拉应力范围扩大,其值也相应地增大;③断裂带破坏了岩体的连续性,同时积聚了大量的残余应力,应力状态发生很大的变化,甚至由受压变成受拉状态.另外,岩石破坏促使岩体进一步风化,雨水积聚残积土入侵,使岩石产生软化等现象.上湾子Ⅰ级电站的施工实践表明,断裂、含水带与塌方相伴存在,每遇断裂破碎带就产生塌方.
b. 地下水的作用.地下水活动使岩石泡水、软化,降低围岩强度.在开挖时,地下水形成指向临空面的渗透压力,加速围岩破坏的进程.在F13断层出现塌方时,在(0+390)m~(0+405)m段的15m范围内出现大量涌水,并带出40m3左右的泥石.
c. 爆破的影响.爆破次数越多,由爆破震动波产生的剪切效应造成松塌的可能就越大.另外,塌方规模和速度对围岩收敛有影响,一般地说,破坏规模越大、速度越快,收敛就越快.
总之,在围岩的内在原因和外部条件的相互促进下,塌方可成带出现.以岩体结构为基础的工程地质分区,可直接确定工程布局,预报工程施工中可能出现的问题.
2塌方的类型及规律性
2.1塌方的基本类型划分
上湾子Ⅰ级水电站引水隧洞在施工过程中出现的塌方大体分为两类:
a. 蠕变型塌方.在(0+217)m~(0+225)m处的F 7断层,走向N290°W,倾向SW,倾角88°;(0+248)m~(0+251)m处的F9断层,走向N310°W,倾向SE,倾角47°;(1+003)m~(1+003.7)m处的F24断层,走向N20°E,倾向NW,倾角80°~85°,破碎影响带0.2~0.3m,断层宽30~50cm,主要由角砾岩、压碎岩、断层泥组成.地质状况为硬塑的断层泥和糜棱化构造岩,软岩和含膨胀物质具破碎结构的中硬岩,强或全风化受地质构造影响严重的及非粘性的松散土层冲积层,砂卵石碎石坡积层等,具有裂隙密集、分布杂乱、富含泥质等特征;当有滴水或浅状流水时,急速降低岩体强度,严重影响围岩稳定.其形成原因是由于吸水膨胀崩解,结果整<
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