石灰?guī)r地區(qū)小型水電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

陳逢驊 鐘衛(wèi)杰

1、金華市水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 金華 321017 2、長沙市智才水利工程技術(shù)有限公司， 湖南 長沙 410007

石灰?guī)r地區(qū)小型水電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

陳逢驊1鐘衛(wèi)杰2

1、金華市水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 金華 321017 2、長沙市智才水利工程技術(shù)有限公司， 湖南 長沙 410007

根據(jù)東流溪二級水電站建設(shè)過程中遇到的問

題和解決方法，總結(jié)了一些在巖溶地區(qū)建設(shè)

小型水電工程的經(jīng)驗(yàn)。

巖溶地區(qū)；小型水電工程；防滲處理

1 工程概況

本人從2004年可研設(shè)計(jì)階段開始，直到2007年完成機(jī)組啟動驗(yàn)收，全程參與了湖北長陽土家族自治縣東流溪二級水電站的建設(shè)。對于湖北省長陽土家族自治縣這個(gè)典型的石灰?guī)r地區(qū)，工程建設(shè)過程中遇到了很多石灰?guī)r地區(qū)的常見問題，在處理過程中結(jié)合小型水電站工程的特點(diǎn)，感覺頗值得探討。

東流溪二級水電站水庫總庫容102萬m3，電站裝機(jī)18900KW，工程屬?。?）型工程。攔河大壩為混凝土重力壩，最大壩高46m；發(fā)電引水隧洞總長12km，設(shè)有8個(gè)支洞；隧洞出口接790m高壓鋼管至電站廠房。電站廠房30×18.7m，分設(shè)主、副廠房，廠區(qū)還設(shè)有35Kv升壓站，占地19×8.7m。

在石灰?guī)r地區(qū)建水利工程，首要的問題就是地下溶洞發(fā)育導(dǎo)致的滲漏問題。石灰?guī)r地區(qū)巖溶發(fā)育，地質(zhì)情況復(fù)雜。相對于其他地區(qū)的水利工程，巖溶發(fā)育地區(qū)的水利工程一般有幾個(gè)重要的問題需要解決。

1）在這里建庫，能有多少水量匯集？庫區(qū)是否存在滲漏問題？

2）大壩基礎(chǔ)的防滲措施。

3）長達(dá)12km的隧洞沿程溶洞發(fā)育情況如何？

為了探明和解決以上的3個(gè)問題，工程往往需要增加投資；而小型水電工程在規(guī)模有限的前提下，效益也有限，一旦工程防滲漏需增加的投資在總投資中占較大比例，則工程效益將明顯降低，因此如何在防滲措施和投資之間平衡對工程效益來說十分重要。

2 工程建設(shè)過程中的實(shí)際情況

2.1 水量及庫區(qū)滲漏

東流溪流域是湖北清江北岸的一級支流，流域集雨面積168km2，東流溪二級水電站壩址以上集雨面積68.8km2。流域內(nèi)巖溶比較發(fā)育，在去壩址路上就發(fā)現(xiàn)沿途的支流河道內(nèi)堆滿亂石，長年不見明流，河道沿途存在好幾個(gè)溶洞入口；而就在壩址上游約200m處，有一個(gè)大型溶洞出口，常年都有流量；甚至在后期施工過程中，庫區(qū)內(nèi)料場開采時(shí)還在發(fā)現(xiàn)有溶洞。因?yàn)闁|流溪流域內(nèi)未設(shè)有水文觀測站，沒有實(shí)測流量資料，所以對于壩址處來水量的難以準(zhǔn)確判斷。

東流溪二級水電站壩址以上集雨面積68.8km2，如此大面積且復(fù)雜的地形，要想勘探清楚，幾乎不可能；而且東流溪二級水電站作為一個(gè)私人投資的?。?）型工程，工程總投資前期投入太大對于業(yè)主來說是很難承受的。

工程前期過程中，業(yè)主委托宜昌市水文局進(jìn)行水文計(jì)算，其成果中認(rèn)為上游群山聳立，枯水期河床斷流而溶洞出水，溶洞出水口高程較高，壩址以上流域可按閉合流域考慮，溶洞出水為本流域水源，流域來水量按集雨面積正常來水計(jì)算。對于水文計(jì)算的成果，前期審查的專家和業(yè)主都有一定的疑慮，業(yè)主主要擔(dān)憂沒有這么多的來水量，建成后電量不足，這種情況在巖溶地區(qū)的水電站項(xiàng)目并不少見。

我們和業(yè)主對這個(gè)問題進(jìn)行了討論，考慮到以下幾點(diǎn)：1）、在壩址上游700多米有個(gè)土木趟電站，利用溶洞水發(fā)電，裝機(jī)625千瓦，流量有0.5～0.6m3/s；2）、土木趟電站左側(cè)的東流溪主流還是可常見流水；3）、加上壩址處的溶洞常年出水。從前面3點(diǎn)來看，水庫的來水量還是有一定保證的。

另外東流溪二級水電站的可研、初設(shè)階段，我們和業(yè)主多次到現(xiàn)場踏勘，通過和當(dāng)?shù)鼐用竦慕徽?，我們得到一個(gè)很重要的信息，壩址處在幾十年前是一個(gè)深潭，潭中水深與設(shè)計(jì)的水庫水深差不多，后來因?yàn)榈刭|(zhì)變動，水潭下游出現(xiàn)缺口而形成現(xiàn)有河道。通過這個(gè)信息，我們可得知，壩址處匯集的水量還是比較充分，而且周圍巖石的封閉情況較好。另外業(yè)主也采用了對壩址上游的外露溶洞口投放顏料來判斷出口，發(fā)現(xiàn)庫區(qū)內(nèi)的幾個(gè)溶洞（包括料場開挖發(fā)現(xiàn)的溶洞）水匯集到壩址處的大溶洞內(nèi)流出，解決了關(guān)于庫區(qū)滲漏的擔(dān)憂。

來水量的多少關(guān)系到電站裝機(jī)和效益，所以我們在前期設(shè)計(jì)時(shí)推薦東流溪二級水電站總裝機(jī)3×630KW，分二期實(shí)施，一期先裝機(jī)2×630KW，一期施工時(shí)預(yù)留一臺630KW機(jī)組的場地，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況再確定二期何時(shí)上。

2.2 大壩防滲

工程攔河大壩采用混凝土重力壩，防滲措施還是以帷幕灌漿為主。在前期壩址的地質(zhì)鉆孔勘探中，未找到相對不透水層，考慮到本工程為?。?）型工程，最大壩高46m，屬中壩，工程規(guī)模較小，不一定需要防滲帷幕到相對不透水層。根據(jù)《混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用懸掛式帷幕，帷幕深度按0.7倍壩高考慮。前期設(shè)計(jì)審查時(shí)，專家提出在帷幕灌漿施工時(shí)，可考慮先進(jìn)行先導(dǎo)孔施工，對下一步的灌漿施工起指導(dǎo)作用。

在帷幕灌漿的實(shí)際施工中，參照專家的意見先實(shí)施先導(dǎo)孔，基本情況與前期勘探的基本一致，找不到相對不透水層，灌漿深度按照0.7倍壩高實(shí)施。灌漿過程中局部孔出現(xiàn)了吸漿量很大、灌漿壓力上不來的情況，除了采取調(diào)整漿液配比，還采用分次灌漿的方式（第一次灌漿過24小時(shí)后再進(jìn)行第二次復(fù)灌）。

2.3 引水隧洞

東流溪二級水電站工程最大的難點(diǎn)還是在于引水隧洞，在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)引水隧洞水平長度11.8km，沿程分別設(shè)有7個(gè)支洞，另外樁號7+804m～7+834m段為明鋼管段。近12km的隧洞布置在大山中，覆蓋層82m～700m，而且大部分人跡罕至，隧洞沿線地質(zhì)勘探根本無法探查清楚。

根據(jù)隧洞開挖后的地質(zhì)編錄，隧洞沿程圍巖主要為寒武系上統(tǒng)三游洞群厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，大部分巖體呈微風(fēng)化，局部風(fēng)化部位呈強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化；隧洞沿程節(jié)理裂隙及斷層發(fā)育，常為貫穿性裂隙，充填方解石、可塑性黏性土等；圍巖中溶蝕現(xiàn)象普遍，溶穴小為幾公分，大到好幾米，局部特大的為貫通性，溶穴中充填方解石、可塑性黏土等，特大溶穴則充填泥石。

在隧洞實(shí)際施工中，頻繁碰到地質(zhì)突發(fā)狀況。隧洞進(jìn)口挖進(jìn)200m左右就突如其來的出現(xiàn)洞頂泥沙倒灌，清理了幾天都無法減少泥沙淤積量，最后只能將該段隧洞封堵，改變洞線；溶洞、斷層、夾層等不利情況在隧洞沿程屢見不鮮，很多地段出現(xiàn)幾十甚至上百米的泥加石圍巖；甚至在隧洞工程完成后，電站機(jī)組試運(yùn)行時(shí)，突然出現(xiàn)水頭驟降的情況，通過在支洞中預(yù)留的檢查孔進(jìn)去檢查后發(fā)現(xiàn)，在2號支洞下游270m～396m段隧洞圍巖中存在一個(gè)溶洞，襯砌時(shí)沒發(fā)現(xiàn)，輸水時(shí)壓力增加而圍巖厚度不足，導(dǎo)致襯砌和圍巖被擊穿產(chǎn)生漏水，后采用鋼管內(nèi)襯外包混凝土的形式重新襯砌。

對于隧洞如此復(fù)雜的情況，我們采用多種襯砌方式來應(yīng)對隧洞不同地質(zhì)情況。針對隧洞中普遍出現(xiàn)的小溶穴，采用清理充填物、混凝土回填方式；對于裂隙、斷層及漏水的圍巖段加強(qiáng)固結(jié)灌漿；對于完整性較好、無不良地質(zhì)情況的Ⅱ類、Ⅲ類圍巖采用噴射C20混凝土襯砌；對于小節(jié)理裂隙出現(xiàn)、完整性較差的Ⅲ類圍巖采用單層鋼筋混凝土襯砌；對于裂隙、斷層發(fā)育，完整性差，層面泥化嚴(yán)重的Ⅲ類、Ⅳ類圍巖采用雙層鋼筋混凝土襯砌；局部與巖溶交叉、泥石充填的位置，在隧洞開挖后馬上采用臨時(shí)支撐先進(jìn)行加固，然后采用鋼管內(nèi)襯外包混凝土的形式襯砌，而且此襯砌形式應(yīng)向兩頭適當(dāng)延伸一定距離，避免側(cè)向被水壓擊穿。

3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

東流溪二級水電站2007年9月開始運(yùn)行，至今一直運(yùn)行正常。經(jīng)歷了東流溪二級水電站的建設(shè)，對于在石灰?guī)r地區(qū)建設(shè)小型水電工程總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)。

3.1 水電工程主要在于利用水資源，對于石灰?guī)r地區(qū)的水電工程來說，防滲是主要問題，大型水電工程因?yàn)橥顿Y許可，往往可以采取比較保守、甚至浪費(fèi)的工程方法來達(dá)到安全的防滲效果。但是對于小型工程，前期大量的工程勘探、建設(shè)過程中過大的防滲處理所耗費(fèi)的投資占據(jù)太大的投資比重，因此需要從經(jīng)濟(jì)的角度來考慮工程措施。

在前期多咨詢當(dāng)?shù)氐牟块T和百姓，很多地形地質(zhì)情況他們比較熟悉，可以節(jié)省很多周折；還可以考慮一些土辦法（比如前面提到的往溶洞里灌注有顏料的水來判斷溶洞出口）來降低勘探工作量。對于工程防滲措施，在滿足國家及行業(yè)規(guī)范要求的前提下，不需苛求完美的防滲效果；比如大壩基礎(chǔ)防滲在不易找到相對隔水層的情況下，按照0.7倍壩高設(shè)置防滲帷幕深度是規(guī)范中許可的。

3.2 有些地質(zhì)情況在前期無法探明的，只能靠工程施工過程中現(xiàn)場處理了，有點(diǎn)憑運(yùn)氣的味道。工程引水隧洞就是很明顯的例子，前期無法完全勘探，在施工過程中突發(fā)情況很多，導(dǎo)致最后隧洞洞線長度增加、襯砌投資增加了不少。因此在前期階段，應(yīng)對地質(zhì)復(fù)雜的部分項(xiàng)目投資多考慮一點(diǎn)，適當(dāng)增加點(diǎn)余度。

3.3 工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告中計(jì)算電站多年平均發(fā)電量為5968萬kw/h，電站2007年運(yùn)行以來，2008年電量5000萬kw/h，2009年電量4200萬kw/h，2010年電量4300萬kw/h，2011年電量3400萬kw/h，發(fā)電量與計(jì)算值相比偏低，也許因?yàn)楹瓦\(yùn)行年數(shù)不長、代表性不足等因素有關(guān)，但也有可能前期計(jì)算的來水量偏大，壩址以上流域按照閉合區(qū)域計(jì)算不準(zhǔn)確。這個(gè)問題還需要運(yùn)行多年以后來驗(yàn)證。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.014

陳逢驊（1978 - ），男，工程師，大學(xué)本科，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。