朝阳寺水电站引水隧洞.doc

.专业.专注.1.1工程概况朝阳寺水电站位于鄂西南咸丰县西南部朝阳寺镇，是湖北省境内唐岩河干流三级开发中的骨干工程，距椒石（宣恩椒园～咸丰石门坎）公路3.0km，距重庆市黔江区28km。原电站以发电为主，兼有农田灌溉、库区航运、水产养殖等综合效益。电站属二等大（Ⅱ）型工程，主要由混凝土重力坝及坝身泄洪建筑物、发电引水隧洞、电站厂房及开关站、输变电系统、管理设施等建筑物组成，最大坝高69m，正常蓄水位507m，水库最大库容1.205亿m3，电站总装机3x15MW，电站设计引用流量106.74m3/s。大坝、坝身泄洪建筑物和输水道属二级建筑物，电站厂房属三级建筑物。增容工程主要是在大坝左岸，紧邻原厂房上游新增一装机3.0万kw的电站厂房及相应的发电引水系统，增容后的工程最大坝高70.5m，正常蓄水位509.5m，工程规模维持不变。增容工程主要作用是改善径流调蓄能力，增大调峰容量，增加发电量。该工程土建部分包括挡水坝加固、发电引水隧洞系统、电站厂房及尾水渠、河道清淤等工作内容。大坝为混凝土重力坝，原坝顶高程510.0m，加高后坝顶与原防浪墙齐平。为增加大坝混凝土重量，将高程448.0m原有2个6×8.4m、一个4×8.4m的大坝廊道回填混凝土后改为3个2.5×3.5m（b×h）的廊道，大坝左右岸均有道路到达坝后廊道口。原大坝泄洪建筑物采用弧形闸门控制的表孔无胸墙的溢流坝，溢流坝堰顶高程为495.0m，共5孔，每孔净宽12m。在大坝左岸靠近溢流坝的10#非溢流坝段内布置有冲砂、泄空底孔，孔口尺寸4.0×4.0m，进口高程460.0m。洞身纵坡i=1/20，出口鼻坎高程458.196m，反弧半径R=30.0m，挑射角θ=9.46232°。库水位509.78m时，底孔泄流量为359m3/s。新增发电引水隧洞布置在左岸，与原发电引水隧洞同侧，由进水口建筑物、引水隧洞组成，最近处洞轴线相距约30m。引水隧洞进口高程为482.0m，总长264.046m，其中上平段长22.63m（坝内及坝后部分），斜段长91.85m，下平段长149.56m，斜段纵坡1：2.5。引水发电隧洞为圆形段面，成洞洞径为5.0m，开挖断面φ=6.20～8.20m，衬砌厚度为0.60～1.60m。隧洞引用设计流量为68.99m3/s，自上游向下游依次横穿坝区Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ类岩体及F16、F15、F4、F14、F20等断裂破碎带。新增厂房紧靠原厂房布置在上游，该处场地较为开阔，厂区地势平缓，交通便利，主厂房平面尺寸为27.94×25.00m2(长×宽)。施工总平面布置图见附图1。1.2工期要求本工程施工总工期为21个月，2003年4月8日开工，2004年12月31日完工，其中：（1）大坝部分2003年9月底前，完成坝内廊道混凝土回填，同年10月完成坝顶、闸墩及交通桥加高；2003年12月中旬前，完成12#坝段坝后及孔洞混凝土拆除，2004年2月底，完成12#坝段进水口孔内粘钢工作，待弧门改造完成后，关闭大坝底孔，水库正常蓄水；2004年4月中旬以前，完成沿河挡土墙的恢复工作。（2）引水发电系统.word可编辑. .专业.专注.2003年10月上旬发电引水隧洞贯通并开挖完成，2003年11月底以前隧洞出口衬砌完毕。2004年4月30日前完成发电引水系统的所有土建工作，并清理完毕交付验收。（3）厂房及尾水渠2003年11月30日，完成厂房及尾水渠基础开挖，12月初具备厂房混凝土浇筑条件，12月15日浇至肘管顶部高程445.822m以上，2004年3月底下尾水闸门度汛，4月底完成厂房四周防水墙，5月底前完成排架和行车梁混凝土施工、厂房封顶，并进行厂房墙内外装修，5月15日～31日，浇筑水轮机层以下二期混凝土，同年8月底浇筑机墩至发电机层。2004年3月底前，完成尾水渠施工。1.3地形、地质条件（1）地形地貌坝址位于距椒石公路约3km的峡谷内。河流总体流向由北向南，坝址处为由南向北，河谷狭窄，岸坡高陡，坝区岩层走向N45°E左右，倾向NW，倾角50°左右。坝轴线走向约NE69°。厂房及开关站位于大坝下游250m处，厂区地势平坦开阔。（2）发电引水隧洞工程地质发电隧洞位于左岸，长264.046m，洞轴线方向自NW转向NE，其中以N20°W为主，略呈弓形。开挖直径6.2～8.2m，衬砌后内径为5.0m，断面为圆形。隧洞穿越Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ类岩体及F4、F14、F15、F16、F20等断层破碎结构体，F4、F20破碎带垂直厚4余米。虽该洞位于单斜构造部位，属陡倾层状结构体，但不同洞段岩体的稳定条件极不一致，影响其稳定性的因素也多种多样。引水隧洞穿越山体岩性见附图2。①Ⅰ类岩体如T2b2-7、T2b2-17组成的洞段：主要为中至厚层状灰质白云岩。灰岩及块状鲕状灰岩夹少量薄层灰岩。洞身段为新鲜完整岩体，虽具层块状各向层性体，仍为坚硬岩类，裂隙多闭合状，有充填物者为数甚少。就坝区岩类而言，为质量优良的岩类，其质量指标（RQD）=80～90%，饱和抗压压强度850～950kg/cm2，弹性模量（Es）为25×104kg/cm2，泊桑比（μ）一般为0.14～0.25，完整性系数＞0.76，抗剪强度（f）为0.6～0.7，坚固系数为9.94，质量系数为4.77～5.57，隧洞的坚固系数取f=6.08～7.20，弹性抗力系统取k=200～240kg/cm3，边坡稳定角可达50°～75°，具有优良的工程地质条件，隧洞岩体应属稳定型。该类岩体在隧洞中累计可见长度仅为17.5m，约占6.5%，可采用全断面掘进。②Ⅱ类岩体如T2b2-8、T2b2-11、T2b2-13、T2b2-15、T2b2-18、T2b2-20、T2b2-21、T2b2-22组成的洞段：除F4附近沟洞段及F20断裂破碎带外，洞身外新鲜完整体。该类岩体在隧洞中累计可见长度为192.8m，约占72.9%，主要为中至厚层泥灰岩、泥质灰岩，夹少量薄层泥灰岩、页岩，仍具各向异性体，属中硬岩类。裂隙多呈闭合状，常以充填方解石为主，少量为锯齿状，岩组顺层错动较为明显，常沿软硬岩层的接触处发生错动，形成厚度不等的层间破碎带，同时局部顺层发育有小溶孔、小溶洞等地下岩溶，岩类而言，属良好的岩类。其质量指标（RQD）=75～90%，饱和抗压强度800～950kg/cm2，弹性模量（Es）为20×104kg/cm2，泊桑比（μ）一般为0.15～0.35，完整性系数为0.51～0.76，抗剪强度（f）为0.55～0.65，坚强系数为9.58，质量系数为3.79～4.48，隧洞的坚固系数取f=4.32～6.4，弹性抗力系数取k=150～200kg/cm3，边坡稳定角可达45°～60°.word可编辑. .专业.专注.，具有优良的工程地质条件，一般来说，隧洞岩体应属基本稳定型。但在F4附近通过冲沟段，断裂切割，岩石很破碎。F4挤压破碎带宽2～5m构造岩风化剧烈，结构松散，呈粘土夹块石、碎石，在地形上已形成深切沟谷状负地形，并有地下水流出。隧洞开挖至此段时易发生坍塌。在F20断裂挤压破碎带附近，该断裂走向为N35°～50°E主要沿小向斜核部发育，挤压破碎强裂，常以块状构造岩为主，其间充填风化泥土，亦称构造泥夹碎块石。在地下深处常出现风化带，F20为其地下水的集中渗流带，据3#勘探平洞沿F20声波测试成果得知其波速权1500～2000m/s，断裂带之波速权为Ⅱ类新鲜完整岩体声波的1/2～1/3，其衰减异常明显，故此推算断裂带的弹性模数仅为3～5×104kg/cm2，泊桑比μ一般为0.35～0.45，弹性抗力系数取k=15～40kg/cm3，饱和抗压强度仅22～50kg/cm2，其坚固系数仅取f=0.08～0.2。该断裂带在隧洞上的累计可见长度为5～12m，并与洞身大角度相交，其组成物质软弱、破碎、疏松，在地下水作用下，岩石间失去联结力，加之结构面切割岩体，易产生坍塌，是Ⅱ类岩体基本稳定型中的不稳定洞段。应尽可能采取相应的支护处理措施。逐步向前推近，在施工中应严格注意施工方法和施工质量，重点防患。③Ⅳ类岩体如T2b2-9，T2b2-12，等组成的洞段：主要为薄至中厚层泥灰岩、泥质灰岩与页岩互层，在隧洞中累计可见长度为31.5m，占11.9%，常夹于Ⅱ类岩体中，出露单一般为4～4.7m，质量指标（RQD）=60%左右，饱和抗压强度在190～350kg/cm2之间，弹性模量（Es）为10×104kg/cm2，泊桑比（μ）一般为0.3～0.42，完整性系数为0.44～0.72，抗剪强度（f）为0.5～0.56，坚固系数为5.98，质量系数为1.31～1.47，隧洞的坚固系数取f=0.88～1.0，弹性抗力系数取k=50～90kg/cm3，边坡稳定角一般为20°～30°，岩体呈互层状软硬相间，层间破碎带发育，并有溶蚀现象，页岩遇水后软化、泥化，岩体具流变效应，稳定，较差，常导致小型塌方，故此施工中应及时支护为宜。④Ⅴ类岩体T2b2-10、T2b2-14、T2b2-16、T2b2-19、及F4、F15、F20、破碎构造岩等组成。为一套泥、页岩夹极薄泥岩及构造岩组成，结构松散，泥质含量高，属质量坏～差的岩类。其质量指标（RQD）=20～40%，饱和抗压强度为22～50kg/cm2之左右，弹性模量（Es）为5×104kg/cm2，泊桑比（μ）一般为0.35～0.45，完整性系数为0.31～0.43，抗剪强度为0.25～0.4，隧洞的坚固系数为0.43～0.9，弹性抗力系数取k=30～50kg/cm3，边坡稳定角为10°～20°，虽该类岩体在隧洞占的累计可见长度为22.5m，占8.6%，常夹于Ⅰ、Ⅱ类岩体中，其出露宽分别为3.5～8.5m。但层间挤间明显，岩石破碎，疏松，易产生坍塌，洞室稳定性甚差，故此应注意施工方法，采取随开挖随衬砌的措施，严防坍塌出现。1.4水文、气象条件工程所在唐岩河流域属亚热带季风山地湿润气候区，总的特点是冬少严寒、夏无酷热，雾多湿重、雨量充沛。流域多年平均降水量1448mm，实测年最大降雨量2363mm（1982年利川红椿沟），实测年最小降雨量838mm（1988年咸丰朝阳寺）。雨季一般自4月开始，10月底结束。洪水来自暴雨，暴雨集中在6～8月，出现暴雨的机会较多，强度最大，并具有典型的山溪性河流陡涨陡落的特点，其过程一般为1～3天。实测最大一日暴雨250.0mm。最大洪峰流量为4997m3/s。朝阳寺坝区多年平均降雨量1292.8mm，多年平均气温16.0℃，极端最高气温39.9℃，极端最低气温-11.0℃，多年平均相对湿度83%，多年平均绝对湿度14.3毫巴，多年平均风速为2.4m/s，最大风速19.0m/s，风向为NE，多年平均蒸发量1124mm，多年平均日照时数1214小时，多年平均无霜期263天。.word可编辑.