水布垭水利枢纽放空洞无压段顶拱衬砌优化设计

水布垭水利枢纽放空洞无压段顶拱衬砌优化设计

清江水布垭枢纽放空洞衬砌优化，主要是考虑无压洞段的优化，而无压洞的优化只能在由栖霞组硬岩组成的围岩中进行，通过对无压洞段顶拱围岩的地层、构造、水文等地质条件进行工程地质分析，认为局部顶拱进行优化是可行的，桩号K0+556～0+910段围岩条件好，顶拱砼衬砌可以取消，改为钢纤维砼喷护，从而节省了投资并且加快了施工进度。目前已竣工7年，优化段没有出现裂缝、塌方等围岩稳定问题。

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1工程简介

放空洞是水布垭枢纽的永久性建筑物之一，建筑物级别为一级。放空洞由引水渠、有压洞（含喇叭口）、事故检修闸门井、工作闸门室、无压洞、交通洞、通气洞以及出口段（含挑流鼻坎）等组成。放空洞主要作用为水库放空、中后期导流和施工期向下游供水等。

放空洞洞深全长1107.9m，洞向由91°渐转为29°，进口底板高程248.65m，进口段至工作闸门底板近水平，工作闸门室至出口段洞底坡降为0.0055：1，出口洞底高程208.57m。洞身段以工作闸门室为界分为有压洞段和无压洞段。桩号K0+556.25～K1+107.9m为无压洞段，洞型为城门形，毛洞高14.2～14.9m，跨度9.2～10.0m。

2地质条件

2.1地层岩性

通过施工期的地质跟踪及地质编录，对放空洞出口段桩号K0+556～0+910段的地层、构造、水文等地质情况有了较准确的了解。顶拱穿越地层从内向外依次为栖霞组第5段（P1q5）～第1段（P1q1），第5段（P1q5）、第4段（P1q4）为中至厚层坚硬灰岩夹少量薄层含生物碎屑隐晶、微晶灰岩，第4段顶部发育有g041#剪切带;第3段（P1q3）为相对较软的含炭、泥质生物碎屑灰岩夹灰岩，其间发育5条层间剪切带;第2段（P1q2）为中至厚层燧石灰岩夹隐至微晶灰岩。第1段（P1q1）为泥灰岩、微晶灰岩。

根据开挖揭示的地质资料，第5段～第1段地层在洞顶的出露长度见表1。

2.2地质构造

影响洞室围岩稳定的结构面有断层、裂隙及层间剪切带。

开挖揭示断层10条，断层以高陡倾角正断层为主，构造岩一般宽0.2～0.6m，

最宽2m，构造岩主要为方解石胶结的角砾岩，有明显错距的断层为F16、F19、F20，错距一般为2～3m，断层走向与无压洞轴线交角10°～30°，是一种不利的相交方式。桩号K0+592～K0+604的F50断层为缓倾角断层，主要由方解石组成，断层较缓，易形成块体的后缘结构面，F11、F15为陡倾角断层，顺断面有溶蚀现象，溶蚀后断层性状变差。

共计编录长大裂隙199条，发育优势方向见图1 ，栖霞组第5、4段地层中主要发育2组，即NNE，NW组，与无压段轴线交角为10°、70°，裂隙以陡倾角断层为主，多数为方解石胶结，性状较好。栖霞组第3、2、1段地层中主要发育3组，即NNE、NW、NEE组，与无压段轴线交角为10°、80°。

此段开挖揭示层间剪切带11条，第3段地层中发育5条，以g031-2#和g301-3#性状最差。在第4段中发育有2条，顶部g041#剪切带性状稍差。

3工程地质分段及评价

根据开挖揭示的实际地质情况，综合分析围岩地层、构造、水文等地质条件对顶拱围岩进行了工程地质分段和围岩稳定性分析。

（1）桩号K0+565～0+596段：围岩地层为P1q5-4，坚硬灰岩组成，顶拱岩体较完整，围岩稳定条件较好，洞室结构为渐变段，运行工况不利洞室稳定。

（2）桩号K0+596～0+624段，围岩地层为P1q5-4，坚硬灰岩组成，其间发育剪切带g041#，缓倾角F50及陡倾角F343，沿断面有溶蚀及渗水现象，上述结构面切割破坏顶拱岩体完整性，围岩稳定条件较差。

（3）桩号K 0+624～0+740段，围岩地层为P1q4，坚硬灰岩组成，岩体较完整，发育Ff13、Ff14裂隙性断层及与洞轴线小角度相交，裂隙性断层方解石胶结，性状一般，整体围岩稳定条件较好。

（4）桩号K0+740～0+ 785，长45m，围岩地层为P1q4，坚硬灰岩组成，其间发育Ff15、Ff15-1、Ff16、Ff17等4条高倾角断层，断层规模较大，错距明显，性状较差，由于断层切割，顶拱岩体破碎;0+756桩号附近两侧边墙由于上述结构面组合曾先后发生二次中小塌方，顶拱围岩稳定条件较差。

（5）桩号K0+785～0+ 820，长35m，围岩地层为P1q3，炭泥质生物碎屑灰岩相对软岩组成，发育5条层间剪切带，g031-2#和g301#性状最差，沿剪切带有渗水现象，易剥落掉顶。0+800～0+ 820桩号顶拱部位已发现有张开裂缝，围岩稳定条件差。

（6）桩号K0+820～0+ 885，长65m，围岩地层为P1q2，坚硬灰岩组成，微裂隙发育，岩体破碎。发育Ff19、Ff20等2条高陡倾角断层，沿断面有溶蚀现象，性状差，受断层影响洞顶稳定条件一般。

（7）桩号K0+885～0+910，长65m，围岩地层为P1q1，岩性相对软弱，其间发育2条层间剪切带，围岩稳定条件较差。

4结论

根据围岩工程地质分段评价，桩号K0+596～K0+756洞段进行了衬砌优化设计，取消顶拱砼衬砌和回填灌浆，改喷钢纤维混凝土，最终实际优化洞长160m，取得了可观的经济效益。监测资料表明，工程运行7年来优化设计段洞室围岩处于稳定状态，检验了地质建议对优级化设计的重要性和必要性，为类似条件的工程优化设计提供了借鉴实例。