1、富蕴锡泊渡活断层在水利枢纽调水工程中处理综合研究水利建设与管理?2006 年第 9 期在水剃枢纽调水工程中处理综合李并彭永平严建平(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局乌鲁木齐 830000)要苎新世的活断层,不除全新世有微/J,蠕动的可能 .本文阐述了在该活动断层利所苎活大坝安全性,大坝及断层处理和监测等保障安嘲压【关键词】活动断层水利枢纽综合处 t 埋.一“.1 引言北疆调水工程“635“水利枢纽为大(2)型二等工程,地震设防烈度为 7 度,由拦河坝,导流兼泄洪排沙洞,总干进水闸,溢洪道,发电引水系统和电站厂房组成.拦河坝为粘土心墙砂砾堆石坝,分为主坝,左副坝和右副坝,主坝 320m,左副
2、坝 840m,右副坝 740m,坝顶总长 1900m,最大坝高 70.6m.坝顶宽 8m,总库容 2.82 亿 m3.其中,右副坝最大坝高 39m工程于 1997 年 3 月正式开工,同年 9 月 25 日截流.富蕴锡泊渡断裂在右副坝 1+6741+845 之问,施工开挖揭露后,经新疆地震局与新疆水电设计院联合对断层的鉴定.认为该断层属晚更新世的活断层,不能排除全新世有微小蠕动的司能.为保证工程安全,在富蕴锡泊渡活断层上建设大坝成为焦点.2 富蕴一锡泊渡活动断层地质分析研究2?1“635“水利枢纽区域地质构造及区域稳定性“635“水利枢纽在区域构造上属于欧亚山字形构造东反射弧与蒙古弧形构造的西
3、翼外侧,山字形东反射弧内侧.两应力场叠加程度较弱.工程区主要受山字形应力场的控制,应力集中的程度外侧大于内侧,因此,枢纽区新构造活动较弱,相对稳定.额尔齐斯复向斜紧邻库坝区南侧的第三系地层,产状近水平,表明构造变动轻微.区域构造带展布方向为 290.310,主要受复背斜和复向斜控制,在背向斜内,发育一系列与其轴向一致的挤压断裂及其斜交的扭性断层,最主要的控制边界断裂有:富蕴一锡泊攫断裂,见图 1.2.2 富蕴锡泊渡断层地质特征富蕴一锡泊渡断层位于额尔齐斯河右岸级阶地后缘,在右副坝 1+6741+845 之间通过,距主坝 0.7km,断裂长约 135km,向西延伸至锡泊渡以西,东延至富蕴县北侧模
4、较大的断层有 Fl,FI 瑚,fl,fl 帅,.从右副坝基础开挖揭露的断面看,断层在右副坝由多个断面组成,F52 产状 290.NE/_60.70.,为锡泊渡断层的南界,为断层带的北界,产状 280.NE/_82,断层破碎带宽 171m经右副坝基础开挖证实,断层自 Q3 以来已停止活动,对右岸 III 级阶地没有影响;Fl 断层在 Q3 地层内有活动形迹,详李异等,富蕴锡泊渡活断层在水利枢纽调水工程中处理综合研究 952.3 富蕴一锡泊渡断裂的活动性分析1+810 1+845 为活动断层带 ,主断面 F,位于 1+823 一 l+827 之间.产状 280.NE/82.根据构造分析,锡泊渡活动
5、断层是在老断层的基础上继续破碎,主断层为逆冲断层,活动断裂带宽 35m,带内以碎裂岩,糜棱岩构造透镜体为主 .断层泥厚 0.7m,造成地下水沿断裂带溢出.从古河槽施工开挖剖面上可以看出,锡泊渡断层在古河槽砂砾石中由三个断裂面组成,呈帚状,带内砂砾石沿断面均呈线状定向排列.断层的活动性由深部向地表逐渐减弱,错距越来越小.自下而上.断层将基岩顶部钙质胶结的砂砾石错断 2.0m;将 618620m 高程的青灰色中细砂透镜体错断1,4m 将 628629m 的土黄色砂砾石层的 3 条断面均错断0.20.4m;表层砂壤土有轻微的拱曲变形.由于受断层的牵引,断层北侧的土黄色砂砾石层,青灰色砂层透镜体明显向
6、北倾,倾角 1O.15.见图 1.该断层经综合鉴定为晚更新世的活断层.不排除全新世有微小蠕动的可能.但断裂呈压性,断层带挤压较密实.据钻孔压水试验,断层带深部的透水率在 1-3Lu 之间.属弱或微透水层,且区域构造应力场属逆断裂(最小主应力向上).不是诱发地震的有利应力状态.因此.一般不会产生或产生诱发地震的可能性极小.该段建基面处在活动断裂带上,岩体较软弱,破碎,岩体质量属 B 类.3 富蕴一锡泊渡活动断层分析处理3.1 富蕴锡泊渡活动断层处理措施a.对富蕴锡泊渡活动断层带,岩体软弱破碎,挖深 35m.对其他规模较大的断层 F,fl 蚰,F52,号断层均挖深 14m 加混凝土塞 .b.对富蕴
7、锡泊渡活动断层带心墙基础.将原设计的混凝土垫层改为沥青垫层.采用无盖重垫层.Co 对富蕴一锡泊渡活动断层带进行加密加深固结和帷幕灌浆处理.d.对富蕴锡泊渡断层带,将坝顶,心墙加宽加肥.在断层带 1+5551+900 坝段内 ,坝顶宽由 8m 放宽到 12m,上游坝坡由 1.2.25 放缓到 1.2.75,下游坝坡由 1:2o 放缓到 1.9_5.3,2 富蕴锡泊渡活动断层带加密加深固结和帷幕灌浆处理富蕴锡泊渡断层的岩体软弱,破碎.节理裂隙十分发育,岩体透水率大于 5Lu 的界线埋深 1030m.对富蕴锡泊渡活动断带,采用无盖重(原设计的混凝土垫层改为沥青垫层)并加密加深固结和帷幕灌浆处理.富蕴
8、一锡泊渡断层带在心墙范围内设固结灌浆和帷幕灌浆.固结灌浆在心墙范围内为铺盖式,固结孑 L 深为 7m.固结灌浆孔距 3m,排距 2m.帷幕灌浆共设三排,中间排为主帷幕,上下游各设一排副帷幕,孔距 2.5m,排距 2m.副帷幕孔深为主帷幕孔深的 2/3.主帷幕设在坝线上游 1m 处,主帷幕孔深 15m 左右,沿坝段根据地质情况不同而变化.灌浆孔呈梅花形布置,灌浆顺序为:固结,帷幕,洗孔,固结分 I 序,II 序,帷幕分 I,u,I 序孔进行固结和帷幕灌浆 .灌浆采用自上而下分段灌浆的办法.灌浆压力初始采用 5N/m2,以下逐段分不同孔序按公式计算而得.检查方式是按一定比例打检查孔,并逐段做压水试
9、验和用声波测定资料对灌前灌后对比进行.结果见表 1.表 1 富蕴一锡泊渡活动断层所在右副坝灌浆资料汇总表钻孔总数钻孔倾角孔深总进尺孔距排距总注灰量平均单位注压水试验小于 5Lu合格率位置灌浆类别(个)(.)(m 】(m】(m】(m】(kg】灰量(kg)( 段)(段)(%)固结 1423906.0103573226772425.91705830右帷幕 79890l030159062.5225559276.12361O946副坝固结检查 67906.0455467210.3676710o帷幕检查 789010301343.7112878.4279275993.3 富蕴锡泊渡活动断层固结与帷幕灌浆处
10、理评价根据富蕴锡泊渡活动断层所在右副坝灌浆资料汇总表和声波测试可以看出:a.固结灌浆孔平均单位注灰量由 I 序孔的 32kg/m 降至II 序孔的 21.3kg/m.再降到检查孔的 10.3kg/m帷幕灌浆孔的平均单位注灰量由 I 序孔的 25kg/m 降至 II 序孔的 21kg/m.序孔的 14.4kg/m,直到帷幕检查孔的 8.4kg/m,平均单位注灰量小于 10kg/m.满足设计要求.b.从压水试验看.固结先导孔 170 段压水试验.岩体透水率小于 5Lu 的为 58 段.占 30%1 帷幕孔 236 段压水试验.适水率小于 5Lu 的为 109 段,上升到 46%:到检查孔 341
11、段压水试验,透水率小于 5Lu 的为 337 段.占 99%.满足设计要求.c.通过对 6 个固结孔 ,8 个检查孔灌前与灌后的波速测试,灌前波速大部分小于 2000m/s.灌后波速都在 2100/s 以上,波速提高 15%左右.满足设计要求.d.从固结灌浆 83 个单元工程评定看.合格 83 个.优良 47 个.优良品率 56.7%:从帷幕灌浆 88 个单元工程质量评定看,合格 88 个,优良 5O 个,优良品率 56.8%.说明灌浆质量均较好.4 富蕴一锡泊渡活断层监测设计观测项目:右副坝富蕴锡泊渡活断层位移观测(用 TS型电位器式位移计).辅助观测项目有:坝体表面变形 (用表面变形标点观
12、测),坝体内部水平位移(用伺服加速度计式测斜仪观测)和沉降( 用干簧管式沉降仪观测).4.1 富蕴锡泊渡断层部位变形观测右副坝富蕴锡泊渡断裂经专家鉴定为活动断层.地震或断层的活动可能引起右副坝产生较大位移量的错动或开裂,鉴于断层变形对大坝安全的影响较大.在断层破碎带两侧设置,IS 位移计.即在坝基断层位置处平行埋设了 2 组仪器,分跨断层带,以测出断层上下盘之间的错动量和错动方李异等/富蕴锡泊渡活断层在水利枢纽调水工程中处理综合研究向.仪器布置情况见图 2.4.2 断层辅助(右副坝坝体内外)变形观测观测项目:富蕴锡泊渡活断层辅助观测.4.2.1 坝体表面位移观测在右副坝下游该断层出露点处,在上
13、下盘上各建立永久水准与三角测量点,定期对观测点进行三角测量与水平测量,图 2 大坝监测仪器布置纵剖面(右副坝富蕴一锡泊渡断层)即在右岸副坝古河槽段(1+6001+900), 沿坝轴线方向布置 4排观测标点.分别在下游坝坡 646.Om,638.Om 高程各布置一排,在上游坝坡 641.85m 高程布置一排.在坝顶 650.Om 高程布置一排观测点.共计 l9 个测点.以监测坝面沉降和水平位移及断层活动情况.4.2.2 坝体内部变形观测观测断面的确定:右副坝跨富蕴锡泊渡活断层.为保护工程安全,应严密监视断层的活动迹象,因此,选 1+785 断面为主观测断面.1+680 为副监测断面.4.2.2.
14、1 坝体内部沉降采用干簧管式沉降仪观测坝体内部心墙的分层沉降量.布置 2 根沉降管(CX5,CX6).分别埋设于 1+680,l+785 断面.距坝线距离分别为一 2m 和-4m.各管的具体位置见图 2.施工期和蓄水后各断面观测到的沉降量沿高程呈有规律的抛物线分布,竣工后呈近似倒三角形分布,符合土石坝变形规律(见图 3).g一恒图 3 右副坝(1+785) 内部沉降沿高程分布施工期和竣工后各断面的沉降量列入表 2.施工期右副坝沉降量以 1+785 断面的最大,为 185mm,占坝体填筑高度的 0.5%.水库蓄水后副坝沉降量很小,为 49mm(1+785 断面),蓄水后大坝的沉降量在允许范围内.
15、从表 2 可知.水库蓄水后大坝的沉降量较小,但可以预计随着时间的推延.沉降量还会有所增长.表 2 各断面心墙最大沉降量断面 1+68O1+785最大沉降量施工期 173185(nln1)竣工后 2749最大沉降量占坝高施工期 0.490.50百分比(竣工后 0-070.134.2.2.2 坝体内部水平位移坝体内部水平位移采用测斜仪观测.水平位移观测管与沉降管合一,其位置见图 2.各测斜管施工期的变形呈有规律分布,右副坝 l+680 断面,1+785 断面埋设的测斜管.沿坝轴线和垂直坝轴线方向的水平位移均较小.其原因是该断面坝高较小,测斜管埋设位置边坡坡度较缓.5 结语富蕴一锡泊渡活断层安全监测
16、工作自 1998 年 6 月 9日开始,至今历时 7 年,根据观测资料的分析.可以得出以下结论:a.根据富蕴 锡泊渡断层部位 2 组 1S 位移计变形观测.自大坝开始填筑以来,仪器工作正常.观测资料表明:水库蓄水后断层无位移,即断层目前仍处于稳定状态.b.从右副坝下游该断层出露点处,上下盘上各建立的永久水准与三角测量点的坝体表面位移观测,各测点的观测值及坝体表面沉降在平面上的分布情况可以看出,水库蓄水后大坝变形呈有规律的分布,坝轴线上游侧的沉降大于下游侧的沉降,最大坝高处的沉降量较其他坝段的沉降量要大.沉降量随着库水位的升高而增加.c.根据布置在 1+785 主观测断面和 1+680 副监测断
17、面的 2 根沉降管(CX5,CX6)与测斜仪的坝体内部沉降,水平位移变形观测,施工期和蓄水后各断面观测到的沉降量沿高程呈有规律的抛物线分布,竣工后呈近似倒三角形分布,符合土石坝变形规律.(下转第 87 页 1啪李鼻等,周边爆破技术在水利枢纽 635 工程中的应用量 Q,=120150g/m,不耦合系数 2.3.2.2 确定光面爆破主要参数最小抵抗线:W=(7-20)D 孔(m)光爆孔间距 n:=(0.6-0.8)W(m)(5)装药量:.=g?W(ks/m)(6)上三式中:D 为钻孔直径,m;q 为松动爆破单位炸药消耗量.kg/m.本工程采用上述经验公式估算.通过现场试验进一步调整后,确定光面爆
18、破主要参数为:孔距 o,-0.50.6m,线棒扎药量 Q120150g/m, 最小抵抗线 W=0.31.2,单耗 0.35kg/m.3.3 周边爆破的质量要求a.预裂爆破所形成的裂缝要有足够的宽度.以使在主体开挖区爆破时反射,缓冲爆震波.对保留岩体确实起到“屏蔽“ 作用 .从国内外及本工程实践来看,在一般岩石条件下,当裂缝在地表的宽度达到 lcm 左右时.就能起到屏蔽爆震波的作用.当开挖松软岩石时,预裂缝宽度须增大到 2em 以上时,才能起到屏蔽作用.在开挖较坚硬岩石时,裂缝宽度只能达到0.6em 左右.已可起到屏蔽基岩的作用.因此,对这些岩石预裂缝宽度的衡量标准.应通过现场试验来确定.b.开
19、挖壁面的不平整度是衡量预裂和光面爆破质量的重要指标.对于预裂爆破,国内外公认的不平整度标准是+15cm;对于光面爆破,目前尚无统一标准,本工程主要是控制其欠挖量不超过 50nun.c.开挖壁面岩石的完整性.通常用岩壁上炮孔痕迹的保留率来衡量.对于预裂爆破,一般要求开挖壁面上要完整地保留半个炮孔的痕迹.药包附近的岩石不会出现严重的爆破裂隙.对于光面爆破.岩壁上半个炮孔的保留率不少于 80%,围岩只能有轻微破坏,岩壁上观察不到明显的爆破裂隙.除炮孔间距和裂缝宽度影响开挖壁面的不平整度外.岩石性质,线装药量和钻孔精度等也有很大影响.岩体具有明显层理时.如在爆破参数计算中不能正确考虑层理对裂缝形成的影
20、响.则在爆破作用下.裂缝或岩石脱离面往往会沿岩体节理发展,偏离炮孔中心连线方向,导致开挖壁面不平整度增大.对每一种岩石来讲.要获得预裂或光面爆破的良好效果.都需要考虑最佳单位炮孔长度装药量问题,药量过大或过小,也会使岩壁不平整度加大.4 结语通过本工程实践可知,为了获得理想的预裂和光面爆破效果.应注意以下主要技术条件:a.对于预裂爆破 .布置在设计轮廓线上的深孔药包是在单自由面条件下爆破的.受到岩石很大的夹制作用.因此,为了使爆后预裂缝能沿炮孔中心连线方向发展,炮孔的间距要比一般钻孔爆破法的炮孔间距小.b.为保证孔壁不被爆炸应力波破坏.每米长度炮孔的炸药量较小.为此,装药采用不耦合装药,有时在
21、炮孔轴线方向上药卷之间也留有空气间隔.以降低每米炮孔的炸药量.c.一组炮孔用导爆索同时起爆.d.对光面爆破.由于爆破是在两个自由面的条件下进行的,既要使岩体沿炮孔布置线切断,又要将预留的“光爆层“炸除.因此,除了满足上述三个条件外,还要保证炮孔间距和最小抵抗线之间有一定的关系.另外.预裂爆破施工中还应注意以下几个问题:a.炮孔堵塞长度大小 ,直接影响爆破效果 .其值应以爆破时地表不产生漏斗,只形成裂隙为考虑原则.通常.堵塞长度是根据现场爆破试验结果确定的.在本工程地质条件下,经过试验.堵塞长度为 0.81.3m.以 1.0m 效果最好.?b.预裂缝与开挖区主爆破孔的关系.为保证预裂面质量.预裂
22、炮孔的钻设深度要比主爆破孔的大 1.01.5m(通常按10 倍主爆破孔直径表示).以免主爆炮孔爆破时冲击波由预裂缝下部绕过而造成预裂面底部出现裂缝或产生局部垮落.为了防止主爆炮孔爆破冲击波从预裂缝两端绕过而破坏预裂面.预裂孔布置线应比主体开挖段的长度超前 7-10m.c.预裂缝与最后一排主爆孔间的距离为使预裂面前的岩石爆碎便于出渣.底部又不致留有石埂.同时保证不破坏预裂面.必须正确确定预裂缝到最后一排主爆孔之间的距离.但当前还没有确定这一距离的统一标准.本工程经验是当主爆区采用 170mm 钻径的炮孔爆破时.在距预裂缝 6.0m时改用钻径 75ram 的炮孔进行爆破.最后一排炮孔到预裂缝的距离为 0.751.2m.获得了较好的爆破效果.d.通过本工程实践.预裂爆破与光面爆破都取得了保护保留岩体的完整.降低开挖壁面超挖和欠挖,获得符合设计要求的稳定,平整开挖壁面的效果.可以展望.在水利水电工程建设中,该方法将逐渐获得更加广泛的应用.囹
