琅琊山抽水蓄能电站地下厂房蚀变岩处理设计

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1、琅琊山抽水蓄能电站地下厂房蚀变岩处理设计王阳雪储小钊刘杰（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院北京100024）[摘要]琅琊山地下厂房发育近20m宽的花岗闪长斑岩蚀变带，通过一系列勘探试验工作，掌握了其遇水或受潮后膨胀、崩解，易泥化的特性，在维持工程洞室开挖尺寸以及吊车粱承载结构不变的情况下，确定了“减少扰动、减少与空气和水接触、采取工程措施使其保持与开挖前相近的约束状态”等蚀变岩处理原则，对蚀变岩发育范围顶拱、岩壁吊车梁基础、边墙、基础进行了系统处理，在大范围Ⅳ~Ⅴ类围岩内成功修建大型地下厂房。[关键词]蚀变岩不良地质条件地下厂房琅琊山抽水蓄能电站1工程概况琅琊山抽水蓄能电站位于安徽省

2、滁州市西南郊琅琊山主峰小丰山西北侧，距市区3km，距合肥市105km，距南京市50km。电站总装机容量为4×150MW，建成后主要承担安徽省电网的调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等任务。电站由上水库主坝和副坝、水道系统、地下厂房、出口明渠及下水库等主要建筑物组成，下水库利用已建成的城西水库。电站厂房开挖尺寸为156.66m×21.5(23.1)m×46.17m(长×宽×高)，设备采用“两机一变”的布置方式，将两个主变室设于主机间两侧端部，安装场布置在厂房中部，交通洞从下游侧垂直进入安装场。2地质条件2.1厂房区域地质概况地下厂房围岩主要为薄层夹中厚层灰岩，层面上发育少量碳质薄膜，其中穿

3、插有燕山期侵入的闪长蚀变岩带，围岩以Ⅲ类为主，局部为Ⅳ～Ⅴ类围岩，灰岩平行受力方向岩层面的弹性模量为10～15GPa，受力方向垂直岩层面的弹性模量为10～12GPa。2.2蚀变岩产状、性状说明地下厂房开挖后，在1号、2号机组段揭露出发育极不规律的花岗闪长斑岩蚀变带（见图1、图2），属Ⅳ～Ⅴ类围岩，整体上顺层侵入，呈NE向展布，宽约3～15m，横贯厂房上、下游边墙，并在局部顶拱、底板及1号、2号尾水管洞均有较大范围出露。蚀变岩矿物成份检测成果表明，其成份主要为斜长石、蒙脱石、石英，其次为黑云母、方解石、绢云母、高岭石等，不同蚀变程度的岩石，其矿物成份也有所差异。蚀变岩内裂隙较发育，结构面

4、大多有方解石膜，部分充填已严重蚀变的岩碎屑，裂隙面遇水后凝聚力下降。蚀变岩遇水或受潮后有不同程度的膨胀、崩解，易泥化。从洞室开挖情况和试验指标看，该蚀变岩尚有一定强度，但从原岩的蚀变情况来看，其蚀变程度具有很大的随机性和不均一性，即使同一处揭露的岩脉，甚至同一块岩块上，其蚀变程度也不相同。不同蚀变程度的蚀变岩，其力学指标有较大差异，严重蚀变的岩体，其弹性模量、变形模量等力学指标较低，不同蚀变程度蚀变岩的物理力学参数指标见表1。表1蚀变岩物理力学参数值表项目单位轻微蚀变中等蚀变严重蚀变天然含水率％2.542.853.14饱和含水率％1.622.344.45孔隙率％4.086.5510.2

5、5膨胀力（体积不变）KPa11～1818～2828～38软化系数－0.7～0.80.70.4抗压强度MPa50～6030～4010～20弹性模量GPa8～1041变形模量GPa6～810.511Ln2∈3C∈Ln3∈3地下厂房1#引水隧洞2#引水隧洞3#引水隧洞4#引水隧洞图1琅琊山抽水蓄能电站厂房洞室上游边墙地质剖面图1∈2∈3C1∈3Ln2∈3Ln3C地下厂房3#尾水管洞2#尾水管洞1#尾水管洞4#尾水管洞图2琅琊山抽水蓄能电站厂房洞室下游边墙地质剖面图3蚀变岩处理设计3.1处理原则埋藏在山体中的蚀变岩天然应力状态下是稳定的，施工过程中外界条件的变化导致各项物理力学指标的降低。在维

6、持厂房洞室开挖尺寸以及吊车梁承载结构不变的条件下，处理方案充分利用蚀变岩的特性，要求施工过程中严格执行以下处理原则：①减少对蚀变岩的扰动；②减少蚀变岩与空气、水接触，如及时对开挖面封闭处理、做好蚀变岩范围防、排水工作等；③应通过工程措施使蚀变岩保持与开挖前相近的约束状态。3.2蚀变岩段洞室围岩稳定分析根据拟定的支护方案，采用三维有限元数值分析的方法，对蚀变岩段分期开挖、支护的洞室围岩稳定特性进行了分析，论证了拟定处理方案的合理性。表2为蚀变岩段分期开挖和支护洞周位移、锚杆、锚索应力计算值。表2蚀变岩段分期开挖和支护洞周位移、锚杆、锚索应力计算值分期开挖洞周应力主厂房锚索应力开挖主厂房锚

7、杆应力洞周位移(CM)（MPa）（MPa）分期顶拱上游下游顶拱上游下游顶拱上游下游顶拱上游下游σ1-7.23-8.60-7.92116.314.914.910210.450.590.45σ3-4.16-2.55-4.16σ1-7.23-7.91-7.91327.832.533.31047108510770.261.411.49σ3-4.170.19-4.17σ1-7.91-7.91-7.91535.1109.696.01066129211280