马鹿塘水电站二期工程地下厂房工程水文地质条件评价及其应对处理措施的建议

周华冰1 何树明2

（中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，云南 昆明 650051） 摘要：马鹿塘水电站二期工程地下厂房埋藏较深，工程规模较大，围岩完整性好，地下水径、排通道不畅通，相对于厂房洞室的地下水外水压力水头较高，较大的地下水压力长期作用于洞室开挖岩壁将对洞室围岩的长期稳定性产生不利因素。为主要确保厂房围岩的长期稳定和电站长期安全运行，本文根据厂区施工开挖揭露的水文地质工程地质情况并结合前期地质勘测成果，对厂区水文地质条件进行客观评价并建议出应对处理措施。

关键词：地下厂房；地下水；地质条件；围岩稳定；评价；处理措施建议

Appraisal and recommended corresponding treatment measure on hydrological condition of the underground powerhouse for

Phase II project of Malutang Hydropower Station

ZHOU Hua-bing1 HE Shu-ming2

(Kunming Hydropower Investigation,Design and Research Institute,CHECC,Kunming 650051）

Abstract: The underground powerhouse for Phase II project of Malutang

Hydropower Station is hidden deeper,bigger scale,and the surrounding rock integrity is good。The passage for the underground water are non-smooth is impeded。The external water pressure head of groundwater relativing to the project is higher, and the bigger groundwater pressure act on palisades for a long time,which will produce unfavourable factors to the long-time stabilization of the surronding rock. Be to ensure the long-time stabilization of the surronding rock of underground powerhouse and the long-time safe operation of the hydroelectric station , the article objectively evaluate the hydrological condition of the underground powerhouse and suggest the corresponding treatment measure，accoding to the excavation revealed geological conditions during the construction phase and the advance Geological exploration Results.

Key words：underground powerhouse；groundwater ；geological condition；surronding rock stability；appraisal；recommended treatment measure

1 地下厂房工程概况

马鹿塘水电站位于云南省文山州麻栗坡县境内的盘龙河上，采用混合式开发。枢纽工程主要由混凝土面板堆石坝、左岸溢洪道和放空洞、发电引水隧洞、调压井、钢管道、地下厂房等建筑物组成。水库设计正常蓄水位为627m,相应库容4.86×108m3，属年调节水库；混凝土面板堆石坝最大坝高154m，坝顶长494m；引水隧洞长约3.2km。主副厂房和升压站布置在下游右岸山体内，为地下厂房，电站初拟装机305MW(不含一期装机10MW)，由三台机组组成，属Ⅱ等大（2）型工程。

本电站地下厂房工程位于猛洞河口上游0.28km处的盘龙河右岸山体内，厂址区山体雄厚，地形完整，仅在上、下游发育有小冲沟，自然山坡稳定。厂址自然山坡陡峻，在330m高程附近有国防公路通过。公路至河边为高达70m的基岩陡坡，坡度达50°~60°；公路以上地形渐缓，为30°~35°的斜坡。

厂区枢纽工程主要由地下厂房（主要包括主副厂房、主变室、尾闸室等）、进厂交通洞、主变运输洞、尾闸交通洞、尾水洞和五条施工支洞等组成，详见图1。地下厂房总体水平埋深约160～200m，总体竖直埋深约160～180m，轴线走向S17°E，其中主副厂房总体开挖尺寸为97.4m（长）×18.2m（宽）×41.1m（高），主变室开挖尺寸为77.4m（长）×15.6m（宽）×27m（高），尾闸室开挖尺寸为42.2m（长）×5.6m（宽）×12.5m（高）。目前，地下厂房已经开挖完毕，正在进行混凝土浇筑和部分机电设备安装。

图1 厂区枢纽布置图

2地下厂房工程水文地质条件简介

2.1 基本地质条件

厂址区岩性为眼球状花岗质黑云混合片麻岩(aGn)夹少量白岗岩（γv），公路以下陡坡上基岩多裸露。片麻理产状N50°～55°W，NE∠50°～60°，倾向山外偏上游。厂址区断裂构造较发育，分布有多条断层、挤压带等。其中，有7条横河分布的Ⅲ级结构面（陡倾角断层），破碎带宽0.3m~1.0m，走向为NE向，倾SE，倾角65°以上，少量走向近EW向；据钻孔揭露，地下厂房岩体中分布有大致平行片麻理的小断层（f）和挤压面（g），属Ⅳ级结构面，破碎带宽0.1m~0.4m，多属压扭性质。

据前期勘探资料统计，厂房发育节理主要有以下4组：（见下图）

厂区节理统计极点等密图

①N20°～40°E，SE∠65°～85°，间距40cm~75cm，延伸50cm~2m，在卸荷带内张开约1.5mm~2.5mm，面起伏粗糙，由少量泥质、铁质充填，顺面浸染现象明显，弱下岩体节理微张，部分节理面见铁质浸染，微新岩体节理一般闭合状无充填。

②N15°～60°E，NW∠50°～85°，间距30cm~1m，延伸50cm~1.5m，性状同①组。

③N50°～85°W，NE∠60°～85°，间距50cm~2m，延伸30cm~2m，性状同①组。

④N10°～50°W，SW∠30°～60°，间距60cm~80cm，延伸50cm~1.5m，性状同①组。

通过以上节理等密图分析，厂区节理分布特征随机性较坝址区明显，具微新岩体完整、节理不发育、规律性不强的特征。

厂区地表物理地质现象不明显，仅在公路以下河边和岸坡有少量小规模的崩塌堆积体。据勘探资料，厂区岩体风化不深，公路以下岸坡相对较浅。其中，全风化岩体铅垂埋深约20m~40m，强风化岩体埋深22m~44m，弱风化（包括弱上和弱下）岩体垂直埋深67m~75m，尾水隧洞段受卸荷影响，弱下岩体埋藏较深，最深约91m。厂房均处于微新岩体内。由于岸坡较陡，岩体卸荷发育，厂区卸荷带垂直发育深度一般32m~56m，水平卸荷深度37m~45m，厂房均已避开卸荷带、位于完整的新鲜岩体中。

厂区地下水埋深浅，地下水位较高，一般埋深15m~30m。围岩透水率（q）一般小于0.5lu，属微透水岩体。

2.2 工程地质条件

据前期勘察阶段显示，地下厂房岩性单一，地下主、副厂房埋深大，围岩为新鲜岩体的花岗质黑云混合片麻岩，构造不发育，节理分布间距较大，岩体完整性良好。根据Q系统及水电洞室围岩分类系统划分，主、副厂房及主变开关室多为Ⅰ类围岩。

马鹿塘工程区均为花岗片麻岩，岩石强度均在60Mpa以上，属坚硬岩。相关的试验结果显示，岩体变形模量（M）约11Gpa~20GPa；弹性模量（E0）在20GPa～30GPa之间。厂房工程区130m深度以下山体内最大水平主应力（σ

H）一般在

10MPa~12MPa之间，最小水平主应力为5MPa~7.5MPa，其中，

最大水平主应力方向N60°~70°W，总体表现为N65°W～S65°E向挤压。

目前，地下厂房所有地下洞室已全部开挖完毕。根据开挖揭露情况看，地下洞室以整体结构的Ⅰ围岩为主，边墙部分为Ⅱ类围岩，局部构造发育地段有少量Ⅲ类围岩。基本以可研阶段的成果相吻合，洞室总体稳定性良好。

主厂房在场纵0＋050m～0＋062m段之顶拱及边墙揭露两条Ⅲ级结构面断层，断层产状分别为N75°W,NE∠75°和N70°E,NW∠62°，断层均与厂房机组中心线大角度陡倾斜交，破碎带宽度一般30cm~1.2m不等。破碎带岩体软弱，胶结性差。但从组合上看总体对洞体整体的稳定性影响较不大。主副厂房顶拱岩体节理间距较大，边墙则较发育，但节理一般多闭合物充填，且顺片麻理分布的居多，在断层带附近多表现为节理密集带，对洞室边墙稳定有影响。

总体上，地下洞室岩体以整体结构和块状结构为主，局部断层破碎带岩体完整性较差，工程地质条件良好。岩体自身的力学强度大于厂区的最大水平主应力，开挖后地应力的重新调整对洞室不存在潜在的破坏性威胁，洞室的自稳能力性强。

2.3 水文地质条件

马鹿塘工程区年降雨量极为充沛，地下水以基岩裂隙、空隙水为主，前期阶段尚发现有承压性质的地下水存在。根据前期勘探资料显示，厂区地下水位较浅，地下水位埋深一般在15m~50m之间，相对厂房及开关主变室顶拱的地下水水头一般在100m~130m之间，地下水外水压力约1Mpa~1.3Mpa。地下水外水压力较

大对厂房渗水及洞室稳定具一定影响。根据前期勘探资料，厂房及主变室围岩岩体透水率均在1Lu以下，岩体透水性弱，属微透水性岩体。根据厂房洞室开挖后看，厂房洞室顶拱及岩壁透水性及其微弱，除局部地带顺断层等结构面有少量滴、渗水现象外，洞壁大多数岩面干燥，滴水、渗水现象不明显。

另根据前期钻孔高压压水及水力劈裂试验， P~Q曲线类型均属A型（层流型），节理裂隙在4.5MPa时未发生变形，流量小于10L/min，部分试验段基本不透水。说明试验段岩体完整，节理裂隙不发育，多闭合无充填。且钻孔岩壁裂隙岩体的水力劈裂值一般为7.5MPa（远大于地下水外水压力1Mpa~1.3Mpa），并随岩体深度的加深变化不明显，较高的岩体抗水力劈值对洞室的稳定性极为有利。

3 地下厂房工程水文地质条件对洞室稳定影响及其相应的处理措施建议

从工程地质的角度来讲，厂房地下洞室埋深大，地层岩性单一，岩质坚硬，岩体强度高，且构造不发育，岩体完整，洞室稳定性良好。

由于地下水埋藏浅，相对于地下厂房洞室的地下水外水水头较大，压力较高，加之地下水的运营形式以基岩裂隙水的形式顺节理断层运营为主，由于深埋的地下洞室围岩完整性好，节理裂隙多闭合物充填，且断层多以压扭性质为主，地下水径、排通道不畅通。虽然地下厂房及相关地下洞室的开挖对地下水的排泄起到一定的作用，但厂区岩体、结构面等纯闭合性状导致了在厂房洞室开挖后地下水的排泄和厂区的水文地质环境未发生根本性的变化，较大的地下水压力长期作用于洞室开挖岩壁将对洞室围岩的长期稳定性产生不利因素。

为缓解地下水对洞室开挖岩面的压力，确保地下厂房围岩的长期稳定和电站长期安全运行，并为运行人员提供良好的工作条件，现对地下厂房的排水处理措施提出如下建议：

（1）、在主副厂房、主变室、尾闸室及母线洞的顶拱和边墙设排水孔，以降低外水压力。主副厂房、主变室、尾闸室的顶拱和边墙的排水孔孔深一般为30m。厂房及主变开关室顶拱的排水孔间排距按5m考虑，孔向沿洞室弧线法向；考虑边墙岩体的特性，边墙排水孔的间排据可适当放宽，按8m考虑，钻孔方向垂直岩面。除系统排水孔外，应对局部滴水、渗水明显地段根据实际情况专设特定排

水孔进行引排。

（2）母线洞的顶拱及边墙也宜设浅排水孔，孔深8m～12m；排水孔的间距及具体位置可根据开挖后岩壁的滴水、渗水现象现场确定。

（3）、应充分利用地下厂房周边的各施工支洞、主变运输洞、尾闸交通洞等作为厂房的排水廊道，可在主变运输洞、尾闸交通洞及3#、4#、5#施工支洞等顶拱及洞壁根据地下水渗流量的大小随机设置专门排水孔，孔深10m～15m即可。

4 结束语

综上所述，本地下厂房工程规模较大，围岩完整性好，地下水径、排通道不畅通，但由于地下水埋藏浅，相对于地下厂房洞室的地下水外水水头较大，压力较高，较大的地下水压力长期作用于洞室开挖岩壁将对洞室围岩的长期稳定性产生不利因素。因此，需要及时对本厂房工程的水文地质条件进行客观评价并提出应对处理措施，以确保厂房围岩的长期稳定和电站长期安全运行，并为运行人员提供良好的工作条件。