瀑布沟水电站地下厂房系统岩爆规律分析
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地下厂房由外向里依次布置副厂房、主厂房和 安装间，轴线方向 Ｎ４２°Ｅ，断面呈圆拱直墙型；副厂 房尺寸 为 ２５．５ｍ ×２６．８ｍ ×４０．１ｍ（长 ×宽 × 高），主厂房尺寸为 ２０８．６ｍ×２６．８０ｍ（吊车梁以 下）×７０．１ｍ（长 ×宽 ×高），安 装 间 尺 寸 ６０ｍ× ２６．８０ｍ（吊 车 梁 以 下）×２９．１ｍ（长 ×宽 ×高）。 主变 室 位 于 地 下 厂 房 下 游 ，断 面 呈 圆 拱 直 墙 型 ，尺 寸为 ２４９．１ｍ ×１８．３０ｍ ×２５．９７５ｍ（长 ×宽 × 高 ）。 尾 水 闸 门 室 位 于 主 变 室 下 游 ，断 面 呈 圆 拱 直 墙型，尺寸为 ２１２．０８５ｍ×１６．４ｍ×５６．３５ｍ（长 × 宽 ×高）。瀑 布 沟 水 电 站 地 下 厂 房 系 统 纵 向 布 置 示意见图 １。
厂房系统内无大的断层分布，构造表现为小断 层、挤压破碎带、节理裂隙。小断层、挤压破碎带绝 大多数产状为 Ｎ４０°～６０°Ｗ／ＳＷ∠２０°～４０°，宽度多 小于 ５０ｃｍ；断层带多由碎裂岩、碎块岩及少量糜棱 岩组成，结构挤压紧密。围岩中优势节理有 ４组，分 布有明显的区段性，一般为两组或两组节理加随机 节理的组合，结构面大多平直粗糙，常见蚀变膜。
瀑布沟水 电 站 第 一 台 机 组 于 ２００９年 １２月 发 电，２０１０年 １２月 ６台机组全部投产。截至目前，水 电站已经正常发电近 １０年，社会经济效益显著。
图 １ 瀑布沟水电站地下厂房系统纵向布置示意
２ 工程地质条件
地下厂房 系 统 洞 室 群 布 置 在 大 渡 河 左 岸 山 体 中，地形完整，水平埋深 ２４０～５４０ｍ，垂直埋深２００～ ３６０ｍ，距大渡河边约 ４００ｍ，洞室轴线方向 Ｎ４２°Ｅ； 围岩为澄江期中粗粒花岗岩，仅有少量辉绿岩脉分 布，微风化 ～新鲜，主要呈次块状 ～块状结构，完整 性好，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主；岩性坚硬，强度高，岩石 饱和单轴抗压强度一般在 １００ＭＰａ以上，岩体弱卸 荷水平深度 ３８ｍ，弱风化水平深度 ２２１ｍ。
水电站设计 第 ３６卷第 １期
Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ ２０２０年 ３月
瀑布沟水电站地下厂房系统岩爆规律分析
王 广 巍
（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 ６１００７２）
摘 要：瀑布沟水电站地下厂房系统为大型地下室群，主要包括地下厂房、主变室、尾水闸门室；地下厂房系统属于高地应力区，围 岩为澄江期中粗粒花岗岩，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，完整性好；岩性坚硬，岩石饱和单轴抗压强度一般在 １００ＭＰａ以上，地下水不丰富； 岩石饱和单轴抗压强度 Ｒｂ与最大主应力 σ１比值在 ３．９～７．６间，根据《水利水电工程地质勘察规范》（ＧＢ５０４８７－２００８）岩爆分级 及判别标准，厂房系统岩体可能发生中等 ～轻微岩爆。施工中对围岩采用打超前小导洞、控制爆破、掌子面喷水及钻孔注水、及时 加固支护等处理后，有效地降低了围岩岩爆发生的强度和频率，保证了作业人员、设备安全，提高了施工进度。 关键词：瀑布沟水电站；地下厂房系统；岩爆；防治措施；变形监测 中图分类号：ＴＶ５５４；ＴＶ２２３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３－９８０５（２０２０）０１－００１９－０３
１ 概 述
瀑布沟水电站地跨四川省汉源和甘洛两县，下 距乌斯河镇 ７ｋｍ，上距汉源县城 ２８ｋｍ，附近可通 铁路和公路，交通方便。电 站 最 大 坝 高 １８６ｍ，正 常蓄水位 ８５０．０ｍ，死水位 ７９０．０ｍ，控制流域面积 ６８５１２ｋｍ２，总库容 ５３．３７亿 ｍ３；水 电 站 共 装 有 ６ 台机组，装 机 容 量 ３６００ＭＷ，保 证 出 力 ９２６ＭＷ， 年发电量 １４７．９亿 ｋＷ·ｈ。发电建筑物采用地下厂 房型式，地下厂房系统主要由地下厂房、主变室、尾 水闸门室 三 大 洞 室 组 成，尾 水 闸 门 室 与 尾 水 隧 洞 相连。
地下厂房系统地下水类型为基岩裂隙水，接受 大气降水补给，向大渡河排泄；开挖揭示地下水不丰 富，仅局部段渗滴水或湿润，渗滴水多沿软弱结构面
修回日期：２０１９１０２３ 作者简介：王广巍（１９７１－），男，内蒙古赤峰人，高级工程师，从事水利水电工程地质勘察工作。
１９
出现，随着开挖的进行，出水量逐渐减小、消失，对围 岩稳定无大的影响。如交通洞和 １号施工支洞刚揭 穿断层带及其影响带时有小股涌水，之后渐小。据 水质分析，基岩裂隙水属弱碱性低矿化度淡水，对混 凝土结构具微腐蚀性。
表 １ 岩爆分级及判别
岩爆分级
主要现象和岩性条件
岩石强度应力比值 Ｒｂ／σ１
建议防治措施
轻微岩爆 Ⅰ级
中等岩爆 Ⅱ级
强烈岩噼啪撕裂声响，人耳偶然可以 听到，岩爆零星间断发生；一般影响深度 ０．１～０．３ｍ；对施工影 响小 围岩爆裂弹射现象明显，有似子弹射击的清脆爆裂声响，有一定 的持续时间；破坏范围较大，一般影响深度 ０．３～１．０ｍ；对施工 有一定影响，对设备及人员安全有一定威胁
前期针对地下厂房系统的现场地应力测试，岩 体地应力场最大主应力 σ１ 为 ２１．１～２７．３ＭＰａ，方 位稳定，厂 房 轴 线 与 最 大 主 应 力 方 向 夹 角 一 般 为
２６．７°～３６．７°，自重应力 σＨ 与垂直应力 σＺ 之比小 于 ５０％，平均 σ１σ２σ３＝１０．６５０．２７，表明是 以构造应力为主的地应力场，且偏应力较大。岩石 饱和单 轴 抗 压 强 度 Ｒｂ 与 最 大 主 应 力 σ１ 比 值 在 ３．９～７．６间，根据 《水利水电工程地质勘察规范》 （ＧＢ５０４８７－２００８）岩 爆 分 级 及 判 别 标 准，地 下 厂 房 系统岩体可能发生中等 ～轻微岩爆。岩爆分级及判 别见表 １。
围岩大片爆裂，出现强烈弹射，发生岩块抛射及岩粉喷射现象， 有巨响，似爆破声，持续时间长，并向围岩深部发展，破坏范围和 块度大，一般影响深度 １～３ｍ，对施工影响大，威胁机械设备及 人员人身安全
４≤Ｒｂ／σ１＜７ ２≤Ｒｂ／σ１＜４ １≤Ｒｂ／σ１＜２
厂房系统内无大的断层分布，构造表现为小断 层、挤压破碎带、节理裂隙。小断层、挤压破碎带绝 大多数产状为 Ｎ４０°～６０°Ｗ／ＳＷ∠２０°～４０°，宽度多 小于 ５０ｃｍ；断层带多由碎裂岩、碎块岩及少量糜棱 岩组成，结构挤压紧密。围岩中优势节理有 ４组，分 布有明显的区段性，一般为两组或两组节理加随机 节理的组合，结构面大多平直粗糙，常见蚀变膜。
瀑布沟水 电 站 第 一 台 机 组 于 ２００９年 １２月 发 电，２０１０年 １２月 ６台机组全部投产。截至目前，水 电站已经正常发电近 １０年，社会经济效益显著。
图 １ 瀑布沟水电站地下厂房系统纵向布置示意
２ 工程地质条件
地下厂房 系 统 洞 室 群 布 置 在 大 渡 河 左 岸 山 体 中，地形完整，水平埋深 ２４０～５４０ｍ，垂直埋深２００～ ３６０ｍ，距大渡河边约 ４００ｍ，洞室轴线方向 Ｎ４２°Ｅ； 围岩为澄江期中粗粒花岗岩，仅有少量辉绿岩脉分 布，微风化 ～新鲜，主要呈次块状 ～块状结构，完整 性好，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主；岩性坚硬，强度高，岩石 饱和单轴抗压强度一般在 １００ＭＰａ以上，岩体弱卸 荷水平深度 ３８ｍ，弱风化水平深度 ２２１ｍ。
水电站设计 第 ３６卷第 １期
Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ ２０２０年 ３月
瀑布沟水电站地下厂房系统岩爆规律分析
王 广 巍
（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 ６１００７２）
摘 要：瀑布沟水电站地下厂房系统为大型地下室群，主要包括地下厂房、主变室、尾水闸门室；地下厂房系统属于高地应力区，围 岩为澄江期中粗粒花岗岩，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，完整性好；岩性坚硬，岩石饱和单轴抗压强度一般在 １００ＭＰａ以上，地下水不丰富； 岩石饱和单轴抗压强度 Ｒｂ与最大主应力 σ１比值在 ３．９～７．６间，根据《水利水电工程地质勘察规范》（ＧＢ５０４８７－２００８）岩爆分级 及判别标准，厂房系统岩体可能发生中等 ～轻微岩爆。施工中对围岩采用打超前小导洞、控制爆破、掌子面喷水及钻孔注水、及时 加固支护等处理后，有效地降低了围岩岩爆发生的强度和频率，保证了作业人员、设备安全，提高了施工进度。 关键词：瀑布沟水电站；地下厂房系统；岩爆；防治措施；变形监测 中图分类号：ＴＶ５５４；ＴＶ２２３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３－９８０５（２０２０）０１－００１９－０３
１ 概 述
瀑布沟水电站地跨四川省汉源和甘洛两县，下 距乌斯河镇 ７ｋｍ，上距汉源县城 ２８ｋｍ，附近可通 铁路和公路，交通方便。电 站 最 大 坝 高 １８６ｍ，正 常蓄水位 ８５０．０ｍ，死水位 ７９０．０ｍ，控制流域面积 ６８５１２ｋｍ２，总库容 ５３．３７亿 ｍ３；水 电 站 共 装 有 ６ 台机组，装 机 容 量 ３６００ＭＷ，保 证 出 力 ９２６ＭＷ， 年发电量 １４７．９亿 ｋＷ·ｈ。发电建筑物采用地下厂 房型式，地下厂房系统主要由地下厂房、主变室、尾 水闸门室 三 大 洞 室 组 成，尾 水 闸 门 室 与 尾 水 隧 洞 相连。
地下厂房系统地下水类型为基岩裂隙水，接受 大气降水补给，向大渡河排泄；开挖揭示地下水不丰 富，仅局部段渗滴水或湿润，渗滴水多沿软弱结构面
修回日期：２０１９１０２３ 作者简介：王广巍（１９７１－），男，内蒙古赤峰人，高级工程师，从事水利水电工程地质勘察工作。
１９
出现，随着开挖的进行，出水量逐渐减小、消失，对围 岩稳定无大的影响。如交通洞和 １号施工支洞刚揭 穿断层带及其影响带时有小股涌水，之后渐小。据 水质分析，基岩裂隙水属弱碱性低矿化度淡水，对混 凝土结构具微腐蚀性。
表 １ 岩爆分级及判别
岩爆分级
主要现象和岩性条件
岩石强度应力比值 Ｒｂ／σ１
建议防治措施
轻微岩爆 Ⅰ级
中等岩爆 Ⅱ级
强烈岩噼啪撕裂声响，人耳偶然可以 听到，岩爆零星间断发生；一般影响深度 ０．１～０．３ｍ；对施工影 响小 围岩爆裂弹射现象明显，有似子弹射击的清脆爆裂声响，有一定 的持续时间；破坏范围较大，一般影响深度 ０．３～１．０ｍ；对施工 有一定影响，对设备及人员安全有一定威胁
前期针对地下厂房系统的现场地应力测试，岩 体地应力场最大主应力 σ１ 为 ２１．１～２７．３ＭＰａ，方 位稳定，厂 房 轴 线 与 最 大 主 应 力 方 向 夹 角 一 般 为
２６．７°～３６．７°，自重应力 σＨ 与垂直应力 σＺ 之比小 于 ５０％，平均 σ１σ２σ３＝１０．６５０．２７，表明是 以构造应力为主的地应力场，且偏应力较大。岩石 饱和单 轴 抗 压 强 度 Ｒｂ 与 最 大 主 应 力 σ１ 比 值 在 ３．９～７．６间，根据 《水利水电工程地质勘察规范》 （ＧＢ５０４８７－２００８）岩 爆 分 级 及 判 别 标 准，地 下 厂 房 系统岩体可能发生中等 ～轻微岩爆。岩爆分级及判 别见表 １。
围岩大片爆裂，出现强烈弹射，发生岩块抛射及岩粉喷射现象， 有巨响，似爆破声，持续时间长，并向围岩深部发展，破坏范围和 块度大，一般影响深度 １～３ｍ，对施工影响大，威胁机械设备及 人员人身安全
４≤Ｒｂ／σ１＜７ ２≤Ｒｂ／σ１＜４ １≤Ｒｂ／σ１＜２