引起水電站引水隧洞二次充水滲漏的因素及解決辦法,水利水電論文

引起水電站引水隧洞二次充水滲漏的因素及解決辦法,水利水電論文1工程大概情況下只恩水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣三壩鄉(xiāng)境內(nèi)的格基河中下游河段上，系格基河流域規(guī)劃的最下游一級(jí)電站，上接松八電站。電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)及地面廠房3大部分組成，電站裝機(jī)容量40MW，保證出力12.8MW，多年平均發(fā)電量約2.0億kWh。引水系統(tǒng)采用一洞兩機(jī)布置型式，包括電站進(jìn)水閘、引水隧洞、調(diào)壓室、蝶閥室、壓力管道等部分。電站進(jìn)水口采用壩式，布置在攔河閘右側(cè)，正向取水。進(jìn)水口后通過涵洞與引水隧洞相連。引水涵洞長約19.7m，引水隧洞全長9228.745m(從進(jìn)洞口至調(diào)壓室中心)。引水隧洞全長采用3.23.2m(bh)城門洞型開挖斷面，詳見圖1。調(diào)壓室后為壓力管道，由壓力管道隧洞段和明鋼管段組成，壓力管道全長957.882m(從調(diào)壓室中心至球閥)，由隧洞段、鋼管明管上平段、斜坡段鋼管、下平段鋼岔管及鋼支管組成，主管直徑1.6m，支管直徑由1.1m漸變?yōu)?.9m。壓力管道在調(diào)壓室下游15m開場采用鋼板襯砌，在壓力管道隧洞段出口處設(shè)置蝶閥室，后接壓力明管，順山坡鋪設(shè)，在進(jìn)廠前的下平段分岔為兩條鋼支管與球閥相接。2引水系統(tǒng)工程地質(zhì)條件引水隧洞進(jìn)水口至調(diào)壓室段，全長約9.2km，置于格基河右岸山體中，洞線經(jīng)過最高山峰高程為2360m，隧洞埋深一般為100～200m，最大達(dá)356m，最小為30m。沿線山體雄厚，山坡穩(wěn)定，無較大規(guī)模的物理地質(zhì)現(xiàn)象分布。引水隧洞沿線穿過紅巖向斜，總體巖層走向?yàn)镾35E，沿線出露地層巖性有灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、玄武巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r等。沿線主要發(fā)育F4、F2、F23、F21、f3、f6、f13等斷層，以N40～70E向發(fā)育為主，NW和近EW向次之，破碎帶寬度0.5～1.5m，大者5～10m，帶內(nèi)由碎粉巖、碎裂巖、斷層泥等組成。引水隧洞地質(zhì)條件較為復(fù)雜，圍巖主要由3大類巖性組成，華而不實(shí)碳酸鹽巖洞段長約7581m，碎屑巖洞段長約661m，玄武巖洞段長約980m。開挖揭示引水隧洞圍巖類別以Ⅱ～Ⅲ為主，部分為Ⅳ類，其中Ⅱ類圍巖占21.5%，Ⅲ類占45.3%，Ⅳ類占長29.1%，Ⅴ類占4.1%。引水隧道地下活動(dòng)較弱，僅在進(jìn)水口～0+950m和5+250～6+700m地下水活動(dòng)中等，隧道位于地下水位下面，巖體透水性和富水性較差，施工時(shí)沿裂隙和破碎構(gòu)造面有大量滴水、線狀流水，在灰?guī)r洞段沿?cái)鄬?、裂隙發(fā)育水平和垂直滲漏的巖溶通道。其它灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r洞段位于地下水位以上，地下水不發(fā)育，但存在巖溶洞穴和溶蝕裂隙，巖溶發(fā)育地段已按Ⅳ～Ⅴ類圍巖支護(hù)。樁號(hào)引0+060～引3+100m(進(jìn)水口～2#施工支洞)段隧洞上覆巖層厚度66～359m，穿越紅巖向斜，圍巖為三疊系中統(tǒng)北衙組(T2b)和中窩組(T3z)灰、灰白色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r及生物灰?guī)r，微風(fēng)化，硬質(zhì)巖。節(jié)理(裂隙)發(fā)育～較發(fā)育，巖體完好性差～較破碎，局部較完好，地下水不發(fā)育，局部洞段少量滲滴水，圍巖以Ⅲ～Ⅱ類為主，Ⅲ類圍巖施工采用系統(tǒng)錨桿+系統(tǒng)噴混凝土10cm，Ⅱ類采用隨機(jī)錨桿+隨機(jī)噴混凝土支護(hù)處理;隧洞內(nèi)出露斷層、溶蝕裂隙及少量溶洞的洞段，圍巖以Ⅳ類為主，處理方式有如下幾種:①采用邊墻及頂拱設(shè)系統(tǒng)錨桿，間排距1.5m，邊墻及頂拱掛鋼筋網(wǎng)，系統(tǒng)噴混凝土厚12cm;②采用襯砌并進(jìn)行回填灌漿③對(duì)部分小的溶蝕裂隙和溶洞進(jìn)行裸巖灌漿處理。樁號(hào)引3+100～引5+350m段隧洞上覆巖層厚度101～239m，為紅巖向斜的南翼，圍巖為三疊系中統(tǒng)北衙組(T2b)灰、灰白色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，微風(fēng)化，硬質(zhì)巖，巖層產(chǎn)狀為N60～85WNE10～25，局部N20～30ENW20～25。溶洞發(fā)育段共計(jì)約12處，圍巖以Ⅳ～Ⅴ類，溶洞多被充填滿，堆積物主要為母巖坍塌物之碎石、碎塊石夾少量黏土，碎石含量約80%～90%，塊徑大小一般為3～10cm，大者達(dá)50～100cm，呈次棱角～棱角狀，成份為弱風(fēng)化的白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r，所充填物密實(shí)，洞壁枯燥，無滲滴水，在開挖經(jīng)過中有一定的自穩(wěn)能力，施工采用混凝土襯砌，為適應(yīng)變形，襯砌每9m長設(shè)變形縫，縫內(nèi)設(shè)止水，并進(jìn)行灌漿處理。其余洞段節(jié)理(裂隙)較發(fā)育～發(fā)育，局部受斷層影響，巖體整體完好性差～較完好，圍巖局部穩(wěn)定性差～基本穩(wěn)定，地下水不發(fā)育，圍巖類別為Ⅲ～Ⅱ類，施工采用系統(tǒng)錨桿+系統(tǒng)噴混凝土。樁號(hào)引5+350～引6+011m段隧洞上覆巖體厚169～216m，圍巖為三疊系下統(tǒng)臘美組(T1l)灰黑色泥巖、紫紅色粉砂巖夾深灰色泥灰?guī)r、灰?guī)r，均呈薄層、中厚層狀，以微風(fēng)化為主，局部弱風(fēng)化。泥巖在空氣中易龜裂，遇水易軟化，崩解，強(qiáng)度明顯降低，施工期間在洞頂和邊墻常構(gòu)成掉塊坍塌現(xiàn)象。節(jié)理(裂隙)較發(fā)育～發(fā)育，巖體較破碎，局部洞段完好性差～較完好，圍巖不穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差～基本穩(wěn)定，地下水以滲滴水發(fā)育為主，局部洞段不發(fā)育，圍巖類別以Ⅳ類為主，局部Ⅲ類，施工采用混凝土襯砌處理，并進(jìn)行回填灌漿。樁號(hào)引6+011～引6+755m、引8+203～引8+433m段，圍巖為二疊系上統(tǒng)東壩組(P2d)灰綠色杏仁狀、凝灰質(zhì)、角礫狀玄武巖，弱風(fēng)化，局部微、強(qiáng)風(fēng)化，節(jié)理(裂隙)發(fā)育～很發(fā)育，以張開為主，主要由灰綠色綠泥石充填，遇水易發(fā)生泥化，節(jié)理外表光滑，常見鏡面現(xiàn)象;巖體破碎～較破碎，呈鑲嵌碎裂～碎裂構(gòu)造。地下水較發(fā)育，以裂隙滲滴水為主，局部有滲流水，流量達(dá)5～25L/min;玄武巖洞段圍巖以不穩(wěn)定～極不穩(wěn)定為主，局部穩(wěn)定性差，圍巖類別為Ⅳ～Ⅴ類，局部Ⅲ類。開挖經(jīng)過中洞頂多處造成塌方。開挖中采用管棚法施工，永久支護(hù)采用混凝土襯砌，并進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿。樁號(hào)引6+755～8+203m、引8+433～引9+221m圍巖為三疊系中統(tǒng)北衙組(T2b)灰、灰白色厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r，微風(fēng)化，硬質(zhì)巖。節(jié)理(裂隙)發(fā)育～較發(fā)育，巖體完好性差較破碎，局部較完好，地下水不發(fā)育，局部洞段少量滲滴水，圍巖以Ⅲ～Ⅱ類為主。引水隧道兩側(cè)山體較薄弱，溶洞以小溶洞、溶蝕裂隙為主，溶洞多為空洞，表部有溶蝕槽和鈣華現(xiàn)象;溶蝕裂隙多張開，以垂直向的溶蝕裂隙較多，溶洞及斷層出露洞段圍巖為Ⅳ類。該段支護(hù)方式按Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類圍巖分別處理。3充水后滲漏分析及后期加固處理方案3.1滲漏原因分析通過對(duì)引水隧洞充排水經(jīng)過、洞內(nèi)檢查情況以及工程區(qū)基本地形地質(zhì)條件的分析，結(jié)合引水隧洞滲漏時(shí)6#施工支洞、明鋼管范圍和靠格基河側(cè)巖壁陡崖的滲漏水情況，初步斷定隧洞末端集渣坑至鋼管起始段之間約50m長的鋼筋混凝土襯砌范圍是本次引水隧洞內(nèi)水外滲的主要集中通道，其余洞段的裸巖裂隙、噴混凝土裂縫、鋼筋混凝土襯砌裂縫、冒水(氣)孔或線狀滲水點(diǎn)等為次要的滲漏通道。究其原因，可能在引水隧洞下半?yún)^(qū)(十分是末端)仍存在未被發(fā)現(xiàn)的較大巖溶通道，且局部襯砌背后存在縫隙或軟弱帶，在110m高內(nèi)水壓力、約11h的作用下，混凝土襯砌開裂，高壓水沿裂縫等襯砌薄弱環(huán)節(jié)外滲，將隧洞與巖溶通道及其他透水構(gòu)造面間的防滲體擊穿，致使大量內(nèi)水外泄，造成短時(shí)洞內(nèi)負(fù)壓過大，并在局部外水作用下，使末端隧洞和調(diào)壓室小井的襯砌混凝土的表層多處剝落、個(gè)別襯砌的薄弱部位造成貫穿性裂縫，這些貫穿性裂縫又構(gòu)成更大的內(nèi)水外滲通道。通過分析可知隧洞末端集渣坑至鋼管起始段之間約50m長的鋼筋混凝土襯砌范圍是本次引水隧洞內(nèi)水外滲的主要集中通道，其余洞段的裸巖裂隙、噴混凝土裂縫、鋼筋混凝土襯砌裂縫、冒水(氣)孔或線狀滲水點(diǎn)等為次要的滲漏通道。根據(jù)充水經(jīng)過曲線分析，二次充水最大滲漏流量約為4.578m3/s。根據(jù)充水滲漏流量分析結(jié)果，5#施工支洞至調(diào)壓室間洞段平均水頭約88～110m，該段隧洞總滲漏量較大，約為4.0m3/s，占整個(gè)引水隧洞滲漏量的87.7%，為本次充水后的最大滲漏通道。3.2補(bǔ)強(qiáng)加固處理方案考慮引水隧洞末端內(nèi)水壓力相對(duì)較高(最大靜水頭122m)、巖溶較發(fā)育且隨機(jī)性強(qiáng)，且周埡口(位于5#與6#施工支洞之間)下游側(cè)山脊梁部位地形薄弱，同時(shí)考慮到二次充水失敗的實(shí)際情況從工程安全角度考慮，采用鋼板襯砌作為防滲措施是最為穩(wěn)妥、有效的手段，詳見圖2。根據(jù)充水經(jīng)過曲線分析，引7+677.40m～引9+271.40m段(5#施工支洞至調(diào)壓室間隧洞段)滲漏量為4.0m3/s，占整個(gè)引水隧洞滲漏量的87.7%，且引7+677.40m～引9+271.40m平均水頭約88～110m，因而鋼板襯砌段樁號(hào)為引7+677.40m～引9+271.40m，總長約1600m，該布置將周埡口前后比擬薄弱的山脊梁都采用鋼管襯砌，且隧洞鋼筋混凝土襯砌最大內(nèi)水壓力約90m，工程安全性大大提高。華而不實(shí)引7+677.40m～7+740.50m間63m長洞段、引8+337.467～引8+411.817間74m長洞段以及6#支洞下游側(cè)42.7m洞段按埋管設(shè)計(jì)，其余洞段按明管設(shè)計(jì)(6#施工支洞不封堵，確保鋼管外水體能夠順利排走，保證明鋼管無外壓作用工況)。5#施工支洞上游隧洞根據(jù)二次充水后檢查情況及后續(xù)壓水檢查情況進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)強(qiáng)灌漿處理。3.3補(bǔ)強(qiáng)加固處理結(jié)果