油菜河水庫發(fā)電引水隧洞工程地質評價

張 斌，任興隆

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550001)

0 引言

油菜河水庫位于貴州省安順市龍宮風境區(qū)上游9 km，距安順市約13 km，是一座集灌溉、發(fā)電、防洪、供水、養(yǎng)殖、旅游為一體的多功能綜合利用的龍頭水庫。該水庫是在強巖溶地帶堵洞筑壩建庫。以下主要對該水庫發(fā)電引水隧洞的地質條件進行了分析和評價。

1 工程概況

油菜河水庫正常高水位1 290 m，總庫容5 960萬m3，壩高41 m，壩型為漿砌石單曲拱壩。發(fā)電引水隧洞是油菜河水庫配套工程的控制性工程，主要包括閘門井、引水隧洞、調壓井、豎井及壓力鋼管段，隧洞埋深32～167 m。

隧洞進口底板高程1 265.0 m，水力坡降5‰，經調壓井段后接壓力鋼管，出口底板高程1 208.25 m，發(fā)電引水隧洞為有壓圓型隧洞，開挖斷面為r=1.3 m，設計引水流量 Q=8.13 m3/s。隧洞總長為1 437 m。

由于發(fā)電引水隧洞內已出現(xiàn)了大量的涌水、涌泥及造成了茨菜沖巖溶洼地附近地表塌陷，基于隧洞的水文及工程地質條件特別復雜，且存在安全隱患的前提下，安順市西秀區(qū)水利局組織參建各方及有關專家綜合分析、討論研究決定初步采用改線方案，即在樁號0+720 m處往左側繞行原隧洞軸線，接樁號0+320。

為查明發(fā)電引水隧洞的水文及工程地質條件，改線后的方案是否可行，及改線后引水隧洞是否再次遭遇較大規(guī)模的涌水、涌泥現(xiàn)象等，必須加強勘查，進行工程地質評價[1]。

2 引水隧洞地質條件分析

2.1 基本地址條件

基本地址條件包括:地形地貌、地層巖性和地質構造。

2.1.1 地形地貌

0+320～0+620段以N51°W方向橫穿茨菜沖洼地底部，茨菜沖洼地底部高程在1 295～1 297 m，兩岸山頂高程一般在1 435～1 459 m，相對高差140～160 m。

引水隧洞穿行區(qū)周圍洼地星羅棋布，巖溶較發(fā)育。隧洞沿線附近無大的江河分布，在隧洞經過區(qū)分布于油菜河及石頭寨小河之間，隧洞底板高于河床，詳見圖1。

2.1.2 地層巖性

依據(jù)地表地質測繪結合施工開挖揭露，本段引水隧洞區(qū)主要穿越三迭系關嶺組第三段(T2g3)的地層。

第三段(T2g3)為灰至灰白色中厚層白云巖及白云質灰?guī)r，分布于該段隧洞的地表及洞內。第四系(Q)主要為殘坡積的黏土及黏土夾碎石層，主要分布于隧洞穿越區(qū)的緩坡及低洼地帶。

2.1.3 地質構造

工程區(qū)位于揚子準地臺，黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區(qū)(I1A3)西側，與黔南臺陷西北和六盤水斷陷東南相比鄰。測區(qū)節(jié)理裂隙較為發(fā)育，主要方向呈北東向，其特點是延伸長，發(fā)育較密集。隧洞穿越區(qū)無大的斷裂構造發(fā)育，總體表現(xiàn)為單斜構造，巖層較為平緩、傾角多在10°～15°。

圖1 引水隧洞地貌圖

2.2 隧洞區(qū)巖溶水文地質條件

2.2.1 巖溶

據(jù)地表地質調查，工程區(qū)可溶巖巖溶發(fā)育程度較高，主要以溶溝、溶槽、溶洞、巖溶天窗、落水洞、巖溶管道等形式存在[2]。

2.2.2 水文地質條件

工程區(qū)主要的水文地質條件如下:

1)工程區(qū)大部分為關嶺組(T2g3)的白云巖及白云質灰?guī)r，巖溶發(fā)育，無隔水層分布。

2)地下水主要靠大氣降水補給，地下水和地表水有明顯的聯(lián)通關系，枯季地表水因補給地下水而干涸，洪季地下河因排水不暢溢出地表洼地而形成地表河(湖)。

3)地下水位一般埋藏較淺，變幅不大，隧洞基本位于地下水位以下。

4)地下水的出露和排泄條件主要受地貌和所處的地層巖性及構造控制，一般出露與洼地和相變帶附近，明流與白云巖分布地段，暗流與灰?guī)r地段，其水流坡降明流較緩，暗流陡，地下水力縱向坡降一般為1%～1.3%。最大坡降高達2.56%。

3 隧洞涌水涌泥原因分析

鑒于目前施工方提出的清渣難度較大，且有安全隱患的前提下，我院組織專家及相關工作人員深入現(xiàn)場開展工程地質測繪及相關勘探及物探工作，認為引水隧洞大量涌水、涌泥的原因如下:

1)馬園沖巖溶管道是引水隧洞區(qū)內主要發(fā)育的巖溶管道，當隧洞開挖至掌字面(0+620 m)時，巖溶管道瞬間被擊穿，導致該管道內長期淤積的充填物順水沖擊而下，瞬間封堵引水隧洞至樁號0+730 m。

2)據(jù)地表地質測繪及鉆探、物探資料顯示，茨菜沖洼地內巖溶不甚發(fā)育，僅表層局部有巖溶現(xiàn)象，一般集中在10～20 m，高于引水隧洞頂板高程，但由于茨菜沖洼地內裂隙縱橫交錯，且延伸較長，導致該洼地與馬園沖巖溶管道產生水力聯(lián)系，當引水隧洞產生大規(guī)模的涌水、涌泥情況后，茨菜沖洼地內的覆蓋層及充填物順裂隙被帶入馬園沖巖溶管道，因而導致洼地內發(fā)生地表塌陷及地表裂縫情況。

鑒于上述原因，院組織專家研究決定采用改線方案，即在樁號0+720 m處往左側繞行原隧洞軸線，接樁號0+320 m。

4 隧洞改線后工程地質條件評價

4.1 樁號0+320～0+357.68 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，據(jù)物探及鉆探資料顯示，巖體完整性較好，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，成洞條件較好。

該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類。建議巖體物理力學 參 數(shù):Ⅲ 類 圍 巖 fk =4－5，K0=20～30 mPa/cm。

4.2 樁號0+357.68～0+377.68 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。據(jù)物探及鉆探資料顯示，隧洞底板附近巖體完整性較差，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中可能遇見溶蝕洞穴、溶隙等，初部估計遭遇溶洞率為20%，隧洞埋深一般為30～36 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數(shù):Ⅴ類圍巖 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.3 樁號0+377.68～0+449.07 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據(jù)物探及鉆探資料顯示，巖體完整性較好，溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，成洞條件較好。隧洞埋深一般為32～37 m。

該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類。建議巖體物理力學參數(shù):Ⅲ類圍巖 fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm。

4.4 樁號0+449.07～0+469.07 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°，據(jù)物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中可能遇見溶蝕洞穴、溶隙等，初步估計遭遇溶洞率為20－25%，隧洞埋深一般為33～36 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數(shù):Ⅴ類圍巖fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.5 樁號0+469.07～0+618.50 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

根據(jù)相關地址勘查資料顯示，得出的該樁號的巖體是比較完整的，并且溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，具有良好的成洞條件?？梢缘贸鲈摌短柖嗡矶吹膰鷰r類型為Ⅲ類。

4.6 樁號0+618.50～0+638.50 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據(jù)物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中遭遇馬園沖巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性大，隧洞埋深一般為90～106 m。該段隧洞建議考慮為特殊地質段。

4.7 樁號0+638.50～0+738.70 m

該段出露地層巖性為三疊系中統(tǒng)關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據(jù)物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，隧洞開挖過程中遭遇巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性較大，初步估計遭遇溶洞率為10%，隧洞埋深一般為94～144 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類，局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育段為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數(shù):Ⅲ類圍巖fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm;Ⅴ類圍巖 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa;

5 結論及建議

1)工程區(qū)節(jié)理裂隙較為發(fā)育，縱橫交錯，主要方向呈北東向，其特點是延伸長，發(fā)育較密集。

2)引水隧洞穿行區(qū)周圍洼地星羅棋布，巖溶較發(fā)育。

3)根據(jù)工程區(qū)巖溶發(fā)育特征及巖溶地下水的補給排泄徑流條件以及系統(tǒng)之間的相互關系，隧洞區(qū)主要發(fā)育馬園沖及爛壩沖巖溶管道系統(tǒng)。

4)馬園沖巖溶管道是引水隧洞區(qū)內主要發(fā)育的巖溶管道，當隧洞開挖至掌字面(0+620 m)時，巖溶管道瞬間被擊穿，導致該管道內長期淤積的充填物順水沖擊而下，瞬間封堵引水隧洞至樁號0+730 m。

5)工程區(qū)區(qū)巖溶及節(jié)理裂隙發(fā)育，大部分巖溶破碎帶異常均在孔深20 m以上，對隧道施工影響較小，少部分巖溶破碎帶異常在隧道附近，對隧道施工有一定影響，但可采取工程措施進行處理。鑒于原隧洞施工難度較大，存在較大的安全隱患，因此建議對該段隧洞進行改線處理。

6)經改線后發(fā)電引水隧洞增加長度約18 m，其中0+320～0+618.5 m成洞條件較好，巖溶不甚發(fā)育，初步估計遭遇溶洞率為10% ～25%，施工期間遇見地下滲水、涌水的幾率很大，隧洞施工時特別是雨季施工，應加強超前地質預報及地下水的引排處理及應急方案預設等措施，樁號0+618.50～0+638.50 m段，溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中遭遇馬園沖巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性大，該段隧洞建議考慮為特殊地質段;0+638.50～0+738.70 m段主要為Ⅲ類，局部溶蝕現(xiàn)象發(fā)育段為Ⅴ類，應加強超前地質預報及地下水的引排處理及應急方案預設等措施。

7)由于該隧洞段工程地質及水文地質條件特別復雜，施工難度及安全隱患較大，建議加強施工地質配合工作。

[1]徐峻嶺.引硫濟金引水隧洞主要工程地質問題研究[J].西北水電，1997(01):45－47.

[2]楊德軍，蒙玉霖.格魯吉亞卡杜里水電站引水隧洞巖體工程地質分析[J].四川水力發(fā)電，2004(04):23－24.