柬埔寨达岱河水电站引水发电洞围岩稳定性分析及处理建议

李祖仁

(广西金海洋勘察设计有限公司，广西 南宁 530000)

1 工程概况

达岱河水电站位于柬埔寨国公省达岱河上，距首都金边350 km，距国公省50 km。坝址距入海口约26 km，达岱河水电站流域面积1 073 km2，多年平均流量为69.20 m3/s，拟建大坝为混凝土面板堆石坝，主、支流大坝坝高分别为110 m和77 m，坝长分别为882.3 m和713.5 m。水库正常设计水位为215 m，死水位为180 m。两座大坝所成之水库由开挖明渠相连。引水发电洞为有压洞，长11 120 m，成洞洞径8m，电站厂房尾水位为0.5 m，平均发电水头为185.5 m，设计流量为151.8 m3/s，装机容量为246 MW。

2 工程区地质概况

2.1 地形地貌特征

引水发电洞工程区总体属于侵蚀低山丘陵地貌。沿线总体植被覆盖较好，除少量冲沟及卸荷基岩陡坎外难见基岩露头，均被第四系残坡积层与崩坡积层所覆盖，厚度一般0.3～4.8 m，最厚可达6.0 m以上；沿线一般斜坡地段坡度较缓，坡脚约10°～30°，少量地段可见45°左右陡坡；沿线顺坡冲沟较发育，但一般切割深度不大，主要为季节性流水掏蚀垮塌所致。

2.2 地层岩性特征

2.2.1 侏罗系中统沉积岩(J2)

该套沉积岩地层主要由长石石英砂岩、泥岩与泥质粉砂岩构成。地层在水平和垂直方向显示出相变较大的特征，夹层、透镜体、互层与交错层理时有出现。

(1)长石石英砂岩，灰白色～青灰色，薄层～中厚层状，粉、细粒结构，泥钙质胶结，成分以长石、石英为主，可见云母，层间裂隙发育。

(2)泥岩，棕褐色～青灰色，薄层～中厚层状，泥质结构，泥质胶结，断口可见油脂光泽。该层岩性软弱，易泥化、崩解，常形成软弱夹层。同时，该层中大量岩层显示出含粉细粒含量较高的特征，泥质胶结，断口可见云母矿物，偏向粉砂质泥岩，故该工区泥岩可细分为泥岩与粉砂质泥岩两类。

(3)泥质粉砂岩，棕褐色～青灰色，薄层～中厚层状，粉粒结构，泥钙质胶结，层理发育，强度相对较低，为软岩。

2.2.2 第四系松散堆积层(Q)

(1)全新统残坡积层(Q4el+dl)：砂壤土，浅黄～紫红色，潮湿，松散，含砾，一般厚度0.5～4.0 m，最厚7 m左右；主要分布于山顶及缓坡处。

(2)全新统冲洪积层(Q4al+pl)：漂石层，含少量砂颗粒，松散；母岩主要为砂岩，呈次棱角状及亚圆形，块径一般1.0～3.0 m，大者可达5.0 m以上，含量占85%～90%，厚度2.0～5.0 m，主要分布于河床近岸部位。

(3)全新统崩坡积层(Q4col+dl)：块石层，块石成分为砂岩，一般块径1.0～3.0 m，最大5.0 m以上，棱角状，含量占40%～90%，碎石及砂壤土充填，具架空现象，厚度2.0～5.0 m；主要分布于较为陡倾的斜坡坡脚、大冲沟两侧及卸荷较为严重的砂岩陡坎下。

(4)全新统滑塌体堆积层(Q4del)：主要成分为块石夹砂壤土，具分层现象，主要为局部陡坎下部以牵引式滑动的特点一次或多次堆积而成的堆积物。

(5)全新统人工堆积层(Q4ml)：主要为人工修筑上坝及上电厂公路时人工填筑及开挖的堆积土层。

2.3 岩体结构特征

地下洞室位于侏罗系中统沉积岩中，主要为长石石英砂岩、泥岩与泥质粉砂岩构成。岩层一般近水平层状，夹层、透镜体、互层及交错层时有出现，一般倾向北西，向河下游方向具有2°～6°倾角，未见大的断层破碎带。根据测绘和洞室开挖编录，发育的构造裂隙一般为3～4组，主要以NE和NW为主，一般为70°～85°的高角度裂隙，以坚硬砂岩居多，泥岩少见，分布不均。局部裂隙密集，造成层间岩体较破碎。

3 围岩岩体物理力学性质

如前所述，引水隧洞围岩分布有长石石英砂岩、泥质粉砂岩和泥岩，前者为坚硬岩，后二者为软岩。特别是泥岩，其饱和抗压强度为5～10 MPa，若其暴露地表风化卸荷，则其强度可降至2～5 MPa，甚至更低。

隧洞围岩各类岩体的物理力学参数建议值如表1。

表1 各类围岩物理力学指标建议值

4 围岩类型的划分及加固处理建议

4.1 围岩类型的划分

影响洞室围岩稳定和划分围岩类型的主要因素：围岩岩体强度、岩体结构和构造特征及其完整性、地下水的影响程度。就本工程而言，地下水的影响是微弱的，而岩体呈近水平层状分布，无大的断层破碎带存在，岩体构造特征无大的变化。因此影响洞室稳定或者划分围岩类型的主要因素：岩体强度和结构特征。

岩体强度表现为坚硬的石英砂岩、较软的泥质粉砂岩和软的泥岩。围岩结构特征表现为厚层状、薄层状、互层状(又可划分为较厚的互层状和薄层互层状)等多种形式。上述两大因素在洞室不同部位出露和组合，就成为洞室围岩不同类型划分的基础与标准。因此，引水发电洞围岩类型按以下标准划分：

Ⅱ类围岩：全洞室位于坚硬的石英砂岩中，或拱顶位于石英砂岩中，而拱顶以下分布的泥岩或泥质粉砂岩小于断面的1/3。

Ⅲ类围岩：砂、泥岩成互层状结构，拱顶部分砂岩通过锚杆加固能形成稳定结构，而腰线以下泥岩一般不超过1/2。

Ⅳ类围岩：砂泥岩互层结构，拱顶部分岩层呈薄层状或极薄层状且岩体中裂隙密集，开挖过程中常发生坍塌、掉块现象。

V类围岩：全洞室位于泥岩或泥质粉砂岩中，或腰线以上洞室位于泥岩中，而以下的砂岩小于1/3，开挖过程中常发生掉块。

根据上述标准划分的引水隧洞各类围岩长度及占比如表2。

表2 各类围岩长度及占比统计表

4.2 加固处理建议

鉴于引水隧洞岩体结构和地质构造特征：水平地层，层面裂隙较发育，发育几组短小的高角度张裂隙，岩体一般呈完整或较完整状，地下水活动微弱。影响隧洞稳定的主要因素是软岩(泥岩)在洞室分布的多少及其分布位置。引水隧洞围岩不稳定变形破坏形式主要表现为顶拱部位在自重应力作用下，弯张变形塌方，有如梁板结构破坏。边墙一般是稳定的，表现为小型的坍塌和掉块。因此，对引水发电洞的加固主要突出以下几点：

(1)隧洞开挖后，及时喷混凝土，对裸露的软岩进行封闭，防止风化，保持原岩的固有强度。

(2)对拱脚以上的岩层及时进行锚固，特别是软岩和互层状结构的岩体，锚固是保证洞室稳定的有效措施。建议可取下列锚杆参数：锚杆直径Φ22 mm，锚杆长度4 m，锚杆间距2 m，对Ⅳ、V类围岩锚杆间距可加密为1.5 m。

(3)对Ⅳ、V类围岩除保证有效的锚固外，再加以铺设钢筋网锚喷混凝土层，以确保围岩的稳定性。

(4)因为V类围岩主要由泥岩组成，为使该类围岩的稳定性更为可靠，对该类围岩再加衬0.5 m厚的钢筋混凝土作为安全储备。当然，这种衬砌应与锚喷结构连接形成一个有机的整体结构。

5 结语

影响水工隧洞稳定性的因素较为复杂，对于本工程区的引水隧洞来说，围岩的破坏模式主要有两种：一是顶拱拉张变形破坏和崩塌；二是拱脚及边墙的滑移与塌落。本工程根据对工程区的围岩稳定性的分析，提出了针对性的加固处理措施。事实证明该加固处理措施是可行的，截至目前该水电站已稳定运营3年多。