青川曲河电站引水隧洞围岩分类评价.ppt

青川曲河电站引水隧洞围岩分类评价,1 工程概况 青川县位于四川省西北部，四川盆地的边缘。东临广元，南与江油接界，西接平武县，北为甘肃省文县。地理位置处于东经105，北纬3233之间。县境地势西北高东南低，最低海拔520m，最高海拔3837m。 曲河电站位于青水河上游曲河乡境内，1987年10月四川大学工程设计院接受了青川县水电农机局的委托，负责曲河水电站可行性和初步阶段的地勘及设计工作。87年11月至88年6月完成了第一阶段的野外调查和勘测工作，2006年7月至10月进行了第二阶段的野外调查和坑探工作，两期共计完成表1.1所列主要实物工作量。 本次分类评价的目的主要是为可行性研究阶段的隧洞支护及衬砌设计和工程概算提供依据及建议。,表1.1 完成地勘工作量表,图1.1 隧洞轴线位置图,工程地质条件 2.1 地形地貌及物理地质现象 隧洞途经地段为高丘地貌，研究区未见泥石流、滑坡和大型崩塌等不良地质现象 2.2 地层岩性 拟建隧洞涉及地层除周家毛坝断裂至调压井段基岩为寒武系下统1千枚岩、变质砂岩、硅质板岩等外，其余地段基岩均为Zbh地层，表层为第四系全新统松散堆积物，厚度不等，局部基岩裸露。岩性分层简要叙述如下：, Zbh，震旦系上统胡家寨组：为工区内主要工程岩体，由浅变质的粘土岩和碎屑岩组成，主要有灰绿色、浅黄灰色的绢英千枚岩、变质石英砂岩和板岩等。顶部以浅绿灰色条纹状绢英千枚岩夹薄层板状浅灰白色石英岩为其特征，厚2101256m。, 1，寒武系下统邱家河组和油房组：上部为变质岩屑砂岩、粉砂岩夹板岩和砂质千枚岩，下部为碳硅质板岩夹硅质岩、灰岩、劣质铁锰矿层及石煤。厚04300m，假整合于Zby之上。, Q，第四系松散堆积物, Q3al，上更新统河流冲积物：厚020m。 Q4al，全新统河流冲积物 ，主要为砂砾、卵石，厚013m。 Q4el、Q4dl 和Q4c等全新统残积、坡积及崩积等堆积物：Q4el、Q4dl常共在一起，分布广泛而厚度较薄。,2.3 地质构造 岩层产状 隧洞进口段为Zbh基岩，岩层呈单斜层构造，总体走向北东东，倾向北北西，倾角一般3050度，倾向上游而略偏向右岸，岩层倾角在剖面上似有弧形变化，高陡而低缓的趋势。在光头山的西南面总体上为NE75NW45和NW77NE41，从而在距隧洞入口约200m左右形成次一级背斜构造；在光头山的东北面至周家湾一带，地层呈单斜构造，岩层产状总体上走向为北西，倾向北东，倾角变化不大，实测产状一般为NW39NE25、NW10NE31 ；周家湾东北面，从周家毛坝断裂开始，岩层走向北西，倾向南西，实测产状约为NW66SW25。, 褶皱 隧洞沿途地段主要为单斜构造，仅在进口段有一次一级背斜。, 断裂 节理裂隙 节理面一般延伸数米数十米，间距数米数十米，可分为四组：第一组，走向北东，倾北西，陡倾角，规模和间距均在10m以上，受卸荷作用，张开度较大；第二组，走向北西，倾南西，陡倾角，规模和间距均在10m以上；第三组，走向北东，倾南东，倾角4060，闭合、延伸10m左右、间距约5m，在下坝线左岸发育；第四组，“X”型节理，在上坝右岸分布较多，其产状为NW/SW 50，另一支为N47W/NE53。卸荷裂隙左右岸均有，主要表现为沿已有裂隙（顺河裂隙）张开，上坝线左岸表现最明显，张开最大达40cm左右。层间错动带和挤压透镜体，下坝线右岸多见，顺河而下，层错带多呈下部顺层，上部倾角变陡而切层，层错带一般厚数厘米，多为砾质砂壤土充填。石英脉、块发育处多在构造破碎带处，多为顺层产出，厚数厘米，长数十厘米。, 断层 拟选隧洞途经两条逆断层，其一为光头山附近的窑光断层F1，产状为NE30SE70；其二为周家毛坝断层F2 ，该段裂隙发育且有地下水活动，产状扭曲，实测约为NW15SW40。,2.4 水文地质 研究区有基岩裂隙含（透）水带和松散堆积物含（透）水带两个含（头）水带，分述如下。 基岩含（透）水带：分布大体与强风化带相一致，但下界多在强风化带下界以下。受构造节理和岩体破碎带的影响，在空间分布上和含（透）水性上均存在差异。 松散堆积物含（透）水层：河谷中含水较丰富，透水性强。,照片1 引水隧洞施工洞进口岩体，为千枚岩和板岩互层，主要结构面为岩层层面（片理面或板理面），产状：走向近东西，倾向北，略倾右岸，倾角约35度。形成横向河谷。,照片2 微风化的千枚岩岩体,照片3上坝址推荐坝轴线位置右岸变质砂岩体，层面走向与岸坡近于垂直，以约35度角倾向上游,照片4 隧洞出口处边坡探坑揭露的全 强风化状的千枚岩层,照片5 隧洞出口处边坡探坑揭露的强风化千 枚岩层的片理发育状况,照片6 隧洞出口处边坡探坑揭露的松散覆盖层，主 要为千枚岩风化后的残留物和崩塌体,3 分类依据 水利水电工程地质勘察规范GB 50287-99 ； 现场踏勘资料及图片； 四川省青川县曲河水电站设计任务书报告（地质部分， 1988年7月）。,4 隧洞围岩工程地质分类 4.1 分类判据 根据水利水电工程地质勘察规范GB 50287-99，围岩的工程地质分类以控制围岩稳定的岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水和主要结构面产状五项因素之和的总评分为基本判据，以围岩强度应力比为限定判据，按表4.1-1进行分类。,表4.1-1 围岩工程地质分类,表4.1-1中围岩强度应力比按下式计算：,式中：Rb岩石饱和单轴抗压强度（MPa）； Kv岩体完整性系数，Kv=（VPm/VPr）2； m围岩的最大主应力（MPa）。 基本判据中五项因素评分按表4.1-2表4.1-6进行。,表4.1-2 岩石强度评分,表4.1-3 岩体完整程度评分,表4.1-4 结构面状态评分,表4.1-5 地下水状态评分,表4.1-6 主要结构面产状评分,4.2 具体分类 由于隧洞途经地段的地层情况可能存在较大的差异，所以首先要根据隧洞途经地段的地形地貌、地层岩性和结构构造、地质构造并结合工程的具体情况（如：隧洞轴线的方向等）对隧洞进行分段，将地质条件和工程情况相近的划为一段，然后根据地质条件按前述判据对每段进行打分，最后计算总分对围岩类别进行判定，下述是本次分类的具体过程和结果。 第段：进口桩号0+140m 本段为隧洞的入水口段，属次一级背斜的西南翼，洞底埋深在082m，平均约为60m，根据实地观察，岸边裸露基岩呈中微风化状，第四系覆盖层及强风化带较薄，推测该段围岩主要为中微风化状，,其饱和单轴抗压强度可取Rb=3035MPa；完整性按较完整考虑，取完整性系数Kv=0.6；主要结构面为片理、板理，结构面状态按闭合平直光滑考虑；地下水按干燥到渗水滴水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为6，结构面的倾角一般为45；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3，因而m=2.6060101000MPa=1.56 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-1。 表4.2-1 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第隧洞围岩洞顶和边墙的类别均为类。 第段：桩号0+1400+770m 本段隧洞围岩洞底埋深在82312m，平均约为224m，根据实地观察，由于该段围岩埋深较大，推测该段围岩主要为中微风化，其饱和单轴抗压强度按中硬岩偏好考虑，可取Rb=4045MPa；完整性按较完整偏好考虑，取完整性系数Kv=0.70；主要结构面为片理、板理，结构面状态按闭合平直光滑考虑；地下水按干燥到渗水滴水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为34，结构面的倾角一般为41；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3,因而m=2.60224101000MPa=5.82 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-2。,表4.2-2 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第段隧洞围岩类别洞顶和边墙均为类。, 第段：桩号0+7700+830m 本段隧洞围岩洞底埋深在312350m，平均约为330m，尽管该段围岩埋深较大，但由于窑光断层从这里经过，构造作用及地表水沿断层破碎带的入渗使得岩体的性质恶化，推测该段围岩主要为中强风化状，其饱和单轴抗压强度按较软岩偏下考虑，,取Rb=1519MPa；完整性按完整性差考虑，取完整性系数Kv=0.45；主要结构面为断层破碎带、片理、板理及断层挤压引起的次生节理，结构面状态按岩屑充填平直光滑考虑；地下水按线状流水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为39（以断层走向控制），结构面的倾角一般为70（以断层走向控制）；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3,因而m=2.60330101000MPa=8.58 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况见表4.2-3。 查表4.1-1可知：第段隧洞围岩类别洞顶和边墙均为类。,表4.2-3 第段围岩评分表, 第段：桩号0+8301+479.21m 本段隧洞围岩洞底埋深在103362m，平均约为243m，根据实地观察，由于该段围岩埋深较大，且岩层产状变化不大，推测该段围岩主要为微风化状，其饱和单轴抗压强度按中硬岩上限考虑，可取Rb=60MPa；完整性按较完整上限考虑，取完整性系数Kv=0.75；主要结构面为片理、板理，结构面状态按闭合平直光滑考虑；地下水按干燥到渗水滴水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为72，结构面的倾角一般为25；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3,因而m=2.60243101000MPa=6.32 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-4。,表4.2-4 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第段隧洞围岩类别洞顶和边墙均为类。, 第段：桩号1+479.212+430m 本段隧洞围岩洞底埋深在103324m，以白杨岭出埋深最大，平均在194m左右，根据实地观察，由于该段围岩埋深较大，且岩层产状变化不大，推测该段围岩主要为微风化状，其饱和单轴抗压强度按中硬岩上限考虑，可取Rb=60MPa；完整性按较完整上限考虑，取完整性系数Kv=0.75；主要结构面为片理、板理，结构面状,态按闭合平直光滑考虑；地下水按干燥到渗水滴水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为79,结构面的倾角一般为31；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3，因此m=2.60194101000MPa=5.04MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-5。,表4.2-5 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第段隧洞洞顶和边墙的围岩类别均为类。, 第段：桩号2+4302+530m 本段隧洞围岩洞底埋深在138189m，平均约为175m，尽管该段围岩埋深较大，但由于周家毛坝断层从这里经过，构造作用及地表水沿断层破碎带的入渗使得岩体的性质恶化，推测该段围岩主要为中强风化状，其饱和单轴抗压强度按较软岩偏下考虑，取Rb=1519MPa；完整性按完整性差考虑，取完整性系数Kv=0.45；主要结构面为断层破碎带、片理、板理及断层挤压引起的次生节理，结构面状态按岩屑充填平直光滑考虑；地下水按线状流水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为84（以断层走向控制）,结构面的倾角一般为40（以断层倾角控制）；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3,因而m=2.60179101000MPa=4.65 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-6。,表4.2-6 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第段隧洞洞顶和边墙的围岩类别均为类, 第段：桩号2+5303+152.84m 本段隧洞围岩洞底埋深在85145m，平均约为110m，根据实地观察，由于该段围岩埋深较大，推测该段围岩主要为中微风化状，其饱和单轴抗压强度按中硬岩考虑，可取Rb=3540MPa；完整性按较完整考虑，取完整性系数Kv=0.60；主要结构面为片理 、,板理，结构面状态按微张无充填平直光滑考虑；地下水按干燥到渗水滴水考虑；主要结构面走向与洞轴线的夹角约为45，结构面的倾角一般为25；最大主应力只考虑自重应力，取岩体的平均密度为2.60g/cm3,因而m=2.60110101000MPa=2.86 MPa。基于上述考虑，围岩评分情况如表4.2-7。,表4.2-7 第段围岩评分表,查表4.1-1可知：第段隧洞洞顶和边墙的围岩类别均为类,5 隧洞支护方案建议 根据对隧洞围岩的工程地质分类结果，建议：对隧洞的第、洞段采用喷混凝土、系统锚杆加钢筋网支护并浇筑混凝土衬砌；对第、洞段采用喷混凝土、系统锚杆加钢筋网支护。由于该工区为变质岩地区，岩体的工程性质变异性较大，建议施工中注意预防掉块，尤其是两断层带附近施工难度较大，必须加强监测和安全施工管理。,6 存在的问题及后续工作建议 由于项目处在可研阶段，在隧洞途经地段未进行勘探工作（如：平硐、钻孔及一些必要的测试），本次通过相邻地段的勘探资料、露头及少量的探坑推测岩石的强度、岩体的结构面状况、,地下水状况和岩体的完整性来对围岩进行评价，因而其分类评价结果仅适用于可研阶段，后续工作将是随着设计、施工的进一步深化，在地质信息逐渐丰富的基础上，对分类结果进行动态调整，以达到合理设计、合理选择施工工艺的目的。,