煙崗水電站長(zhǎng)引水發(fā)電電洞工程地質(zhì)勘察方法淺析

孫云博

(水利部陜西省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西咸陽 712000)

1 工程概況

煙崗水電站是鴨嘴河水電開發(fā)工程“一庫一閘三級(jí)開發(fā)”的第二級(jí)，位于四川涼山州木里縣境內(nèi)雅礱江支流鴨嘴河下游煙崗～河口峽谷段。木里縣城距離西昌市約254 km，煙崗水電站距木里縣城約76 km。煙崗水電站屬中型Ⅲ等工程，工程由煙崗低壩樞紐、引水發(fā)電洞、調(diào)壓井、壓力管道及電站廠房等組成。電站總裝機(jī)容量120MW，引水式開發(fā)，總庫容139萬m3，調(diào)節(jié)庫容38萬 m3。設(shè)計(jì)引水流量Q=24.6 m3/s，水頭最大約40 m，裝機(jī)25.2萬千瓦。屬中型Ⅲ等工程。屬長(zhǎng)引水線路。

初設(shè)選定可研階段的左線方案，引水隧洞全長(zhǎng)5.93 km，自煙崗閘址進(jìn)口(C點(diǎn))到調(diào)壓井(H點(diǎn))，中間共有4個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，各段走向分別為:C～D走向43°、D～E走向68°、E～F走向 42°、F～G 走向 63°。進(jìn)口高程:3126m，出口高程3097.35m。比降:3‰。在此線以南再選一條比較線進(jìn)行地勘工作，兩線的設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1:

表1 比選線路主要參數(shù)表

2 區(qū)域地質(zhì)、地震

(1)工程區(qū)位于川西高原高山峽谷地貌區(qū)。出露地層為志留系石英巖及少量二云片巖，在大地構(gòu)造部位上，屬松潘—甘孜地槽褶皺系之雅江冒地槽褶皺帶。錦屏山—小金河斷裂帶是甘孜地槽與揚(yáng)子準(zhǔn)臺(tái)地的分界線。工程區(qū)位于該斷裂北側(cè)約35 km處。近場(chǎng)區(qū)北側(cè)有理塘—德巫斷裂之前波斷裂，距工程區(qū)12 km，其最新活動(dòng)年令約1.5萬年;其次為木里弧形構(gòu)造帶，其由博瓦斷層、木里斷層、小金斷層等多條斷層組成，它們最晚活動(dòng)時(shí)代距今約2萬年，距工程區(qū)最近距離為16 km。近場(chǎng)區(qū)構(gòu)造對(duì)工程無大影響。

(2)依據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)確定引水線路地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。四川省地震局工程地震研究院對(duì)工程進(jìn)行了“地震安全性評(píng)價(jià)”，工程場(chǎng)地主要受外圍強(qiáng)震和場(chǎng)地附近中強(qiáng)地震的影響，首部樞紐和廠區(qū)未來50年超越概率10%的基巖動(dòng)峰值加速度分別為0.148 g和0.152 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅶ度。

3 地質(zhì)概況

引水發(fā)電洞自煙崗低閘引水至調(diào)壓井全長(zhǎng)近5.931 km，兩條比較線沿鴨嘴河下游左岸的山梁布置。地貌屬侵蝕高山區(qū)，海撥高程3 100～3 750 m，溝谷深切，一般幾十～幾百米，地面坡度50°～70°。沿線巖性主要為志留系變質(zhì)石英巖及石英砂巖，屬堅(jiān)硬耐風(fēng)化巖石層，山高坡陡。引水隧洞進(jìn)口位煙崗低崗閘，底板高程3 116 m，洞徑3 m，出口底板高程3 099.8 m，平均比降1/1000。據(jù)可研資料巖性前段為 D1－2W1絹云石英千枚巖及ST2—①質(zhì)石英砂巖，中后部為ST2—②石英巖。沿線主要的構(gòu)造為西別梁子背斜，斷層為泥盆系與自留系統(tǒng)地層間的滑脫斷層、燒香梁子斷層等。洞線右側(cè)緊鄰的核桃坪滑坡對(duì)隧洞影響小。石英砂巖、石英石強(qiáng)度高，完整性好，成洞條件好。地下水為基巖裂隙水，以泉的形式向溝谷排泄。在核桃坪滑坡北部山頂以帶(背斜軸部)出露5處泉水，分部高程 3 320 ～3 386 m，Q=0.2 ～0.82 l/s，可能存在涌水。

4 地質(zhì)勘察方法

初步分析認(rèn)為引水線路存在的主要工程地質(zhì)問題有:①進(jìn)口段的穩(wěn)定問題，②淺埋段、斷層及其影響帶的圍巖穩(wěn)定問題，③斷層帶及裂隙帶的涌水問題，④深埋段250～630 m可能存在巖爆及高地溫問題，⑤洞室可能存在有害氣體問題。針對(duì)線路工作條件和存在的主要工程地質(zhì)問題，確定以地質(zhì)測(cè)繪為主，在進(jìn)口、調(diào)壓井及淺埋段布置一定量的重型勘探點(diǎn)相結(jié)合的方法。并采用先進(jìn)的衛(wèi)星遙感技術(shù)，對(duì)線路的巖性、構(gòu)造、水文條件進(jìn)行解釋，對(duì)可能存在的巖爆、涌水、高地溫災(zāi)害作出預(yù)測(cè)。

由于引水線路位于鴨嘴河下游左岸山脊部位，因河谷深切及核桃坪滑坡體發(fā)育，使沿線基巖裸露，高陡險(xiǎn)峻，人跡難至。其北側(cè)山高林密，露頭稀少，使地質(zhì)測(cè)繪工作遇到巨大困難和限制。只能沿著現(xiàn)有的3條小路采用1:1精度，采用穿越法工作，以推測(cè)引水線路的主要巖性界線和構(gòu)造線，沿較大支溝進(jìn)行主要界線的追索，同時(shí)了解支洞的地質(zhì)條件。第一條線路大約沿已成的進(jìn)埸道路前段和核桃坪滑坡體后緣陡壁下行進(jìn)，分部高程大約3 140～3 000m。引水洞的前段(2#交通洞以前)人跡可以到達(dá)，除實(shí)測(cè)1:1萬帶狀圖外，還編錄1#交通洞，中部編錄2#、3#交通洞并在洞內(nèi)進(jìn)行巖體彈性波速測(cè)試，以了解不洞巖性段的巖體風(fēng)化特征、構(gòu)造裂隙發(fā)育特征、地下水的活動(dòng)性、巖體的結(jié)構(gòu)特征及動(dòng)參數(shù)特征，類比推測(cè)線路相同地質(zhì)條件下的成洞條件，地下水的活性，為線路圍巖分類提供可靠的依據(jù)，為施工可能遇到的巖爆、涌水、高地溫等災(zāi)害預(yù)測(cè)和處理積累經(jīng)驗(yàn)。第二條沿核桃坪滑坡體中部已開出的交通路中段進(jìn)行，由于該線路位于滑坡體的上部，巖體原有結(jié)構(gòu)已破壞，只能從滑體出露的巖性段大致推測(cè)有關(guān)界線。第三條沿鴨嘴河下游河邊小路(2#吊橋～跑馬坪段)行進(jìn)，該線路位于核桃坪滑坡體剪出口高程以下，地層、構(gòu)造出露條件好。通過以上3條線路穿越找出巖性分界點(diǎn)、構(gòu)造線等重要地質(zhì)界線的出露及延伸狀態(tài)，結(jié)合線路前段實(shí)測(cè)1:1萬帶狀圖、線路中部局部地段支溝的追索、調(diào)壓井山梁段實(shí)測(cè)1:1千帶狀圖完成線路1:1萬帶狀填圖。在地質(zhì)填圖過程中長(zhǎng)委科研所完了線路遙感地質(zhì)解釋工作，現(xiàn)埸調(diào)對(duì)工作就是沿著上述1、3線路進(jìn)行的。

5 勘察結(jié)論

通過精心組織，采用地質(zhì)工程測(cè)繪，在地質(zhì)測(cè)繪過程中重點(diǎn)對(duì)引路遙感資料中反映的構(gòu)造進(jìn)行了復(fù)核，經(jīng)過有效的工作基本查清了引路的工程地質(zhì)條件，為線路的比選提供了可靠資料。引水線路位于鴨嘴河左岸，山梁南側(cè)呈北東走向分布;主要發(fā)育有泥盆系地層與志留系地層間的滑脫帶(F1)、燒香梁子斷層(F2)、志留系地層中變質(zhì)石英砂巖與石英巖間的滑脫斷層(F6)、核桃坪滑坡體西邊界斷層帶(F4)、核桃坪滑坡體北邊界近東西向斷層帶(F7)等9條斷層，其中F1破碎帶寬度3～6 m，其余額0.5～1.5 m。圍巖以石英砂巖、石英巖兩種硬質(zhì)巖為主，依據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB50487—2008)分類標(biāo)準(zhǔn)，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主。

5.1 引水線路比選意見

引水洞線推薦線與比選線方案比較如表2，由表2可知，比選線方案支洞長(zhǎng)度大，與主要斷層及巖層走向交角小于推薦線，因此，地質(zhì)意見推薦線方案可作為選定引水隧洞方案。

表2 引水洞線推薦線與比選線方案比較表

5.2 隧洞主要工程地質(zhì)問題評(píng)價(jià)

5.2.1 斷層對(duì)洞室穩(wěn)定性的影響

斷層對(duì)洞室穩(wěn)定性的影響程度主要受斷層規(guī)模及斷層與洞線夾角所控制。根據(jù)對(duì)本工程區(qū)斷層的統(tǒng)計(jì)資料可見，各斷層中規(guī)模較大的斷層主要有 F1、F2、F4、F5，其中 F1、F2與洞線夾角34°、25°，F(xiàn)4與洞線夾角 53°，F(xiàn)5與洞線夾角僅16°，各破碎帶巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，且為地下水的集中出露點(diǎn)，對(duì)洞室圍巖影響較大。特別是F1、F2斷層破碎帶寬度較大，易在洞頂形成連續(xù)的頂拱坍塌破壞，對(duì)施工安全造成威脅，應(yīng)特別引起重視。F5斷層與洞線交角小，在洞室出露長(zhǎng)度大，易造成局部洞室邊墻失穩(wěn)。另外F6和F7的交匯段接近西別梁子背斜軸部，巖體較破碎，圍巖帶體穩(wěn)定性差，對(duì)施工安全有較大威脅，施工時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴錨加固處理。

5.2.2 淺埋段及深卸荷帶對(duì)洞室穩(wěn)定性的影響

洞線5+438～5+733 m段，洞頂圍巖厚度僅13～29.5 m，洞室處于強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化石英巖中。受風(fēng)化及卸荷作用影響，圍巖整體性差，較破碎，地表呈獨(dú)立塊體分布，架空現(xiàn)象嚴(yán)重。該段圍巖成洞條件差，施工中局部可能出現(xiàn)冒頂。建議施工應(yīng)及時(shí)支護(hù)與襯砌。

5+733～5+931 m段，洞室圍巖呈弱～微風(fēng)化，但根據(jù)野外調(diào)查及CPD2平硐、CZK5鉆孔資料顯示，該段圍巖卸荷強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育深度大，間距小，且大部分裂隙張開寬度大，連通性強(qiáng)，地表呈獨(dú)立巖塊相互疊加。該段洞室在施工中易發(fā)生塌方、掉塊，應(yīng)采取針對(duì)性的施工方法和及時(shí)支護(hù)，并加強(qiáng)該洞段施工地質(zhì)工作。

5.2.3 地下水對(duì)洞室穩(wěn)定及開挖施工的影響

1)根據(jù)閘址及電站鉆孔各類巖石的壓水試驗(yàn)可知，微風(fēng)化石英巖，千枚巖及片巖，均呈弱透水性，一般透水率 q=1～7Lu，圍巖整體性良好，地下水出露主要以滴水，滲水形式為主，開挖過程中不會(huì)出現(xiàn)較大的涌水，地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響小。進(jìn)口段弱風(fēng)化，千枚巖，呈中等到透水性，透水率q=11～13Lu。根據(jù)1#交通洞編錄資料分析，進(jìn)口段千枚巖中，層間裂隙較為發(fā)育，引水洞進(jìn)口段洞室位于地下水位以下，開挖過程中易形成地下水的集中出露，但水量不會(huì)太大，建議施工中加強(qiáng)排水。調(diào)壓井出口段強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化石英巖，雖然裂隙發(fā)育，完整性差，但根據(jù)調(diào)壓井CZK5鉆孔資料分析，該段洞室基本上全部位于地下水位以上，故可不考慮地下水對(duì)施工的影響。F1、F2等各斷層破碎帶，巖石破碎，裂隙連通性好，易形成集中涌水通道，根據(jù)工程區(qū)內(nèi)泉水的分布特征，可見沿洞線的地下水位具有山高水高的特點(diǎn)，所以在埋深較大的破碎帶段易形成較大的滲透壓力，形成集中涌水，建議在施工中應(yīng)作好提前預(yù)報(bào)，做好排水工作，注重施工地質(zhì)工作。

6 結(jié)論和建議

依據(jù)可研階段的資料及線路遙感地質(zhì)測(cè)繪成果，通過線路平面1∶1萬帶狀地質(zhì)填圖，引水洞線1∶5千縱剖面測(cè)繪，調(diào)壓井山梁段實(shí)測(cè)1∶1千帶狀地質(zhì)填圖等地質(zhì)測(cè)繪工作的完成，基本查明了線路的巖性界線、主要構(gòu)造、斷層分部位置及產(chǎn)狀、沿線的地下水出露情況，并校核已有的遙感影相資料。最終結(jié)合已施工的1#，2#、3#交通洞編錄資料及調(diào)壓井的1∶1千帶狀圖、鉆孔、平洞和有巖石的 物理力學(xué)試驗(yàn)資料，進(jìn)行了引水線路的工程地質(zhì)分段說明，對(duì)巖爆、涌水、高地溫等地質(zhì)問題進(jìn)行了評(píng)價(jià)。為設(shè)計(jì)提供了可靠的參數(shù)，并對(duì)施工提出了針對(duì)斷層破碎帶及洞室淺埋段、深卸荷段、巖爆、涌水處理建議。

隨著水利水電行業(yè)的發(fā)展，水利水電工程的規(guī)模和難度越來越大，特別是在西南高山峽谷區(qū)的水利水電工程勘察難度更大。本文采用的高山區(qū)引水線路勘察的方法，可供同類工程勘察參考。

［1］四川省涼山州木里縣鴨嘴河煙崗跑馬坪水電站工程地質(zhì)勘察報(bào)告(初步設(shè)計(jì)階段).陜西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院地勘分院.

［2］水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(GB50487—2008).

［3］中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范(SL55—2005).