吉沙水電站低壓引水隧洞圍巖地質(zhì)條件分析

鄭德學(xué)，吳喜江，黃耀祖

（中國水電顧問集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院，北京 100024）

1 工程地質(zhì)條件

引水隧洞布置于碩多崗河左岸，隧洞長約14.467 km。引水隧洞區(qū)地面高程均在3 150 m以上，最高達(dá)3 500 m，無橫向深切溝谷，地形較完整。

根據(jù)地層巖性分布的總體特征，引水隧洞劃分為北、中、南3個區(qū)段。北段 （樁號S0+000～S5+200）：全長約5 200 m，穿越的地層為石炭系中下統(tǒng)結(jié)晶灰?guī)r、砂質(zhì)板巖、片理化安山巖。中段 （樁號S5+200～S8+500）：全長約3 300 m，穿越的地層為石炭系上統(tǒng)結(jié)晶灰?guī)r、片理化安山巖、砂質(zhì)板巖。南段 （樁號S8+500～S14+467.39）： 全長約5 967.39 m，穿越的地層為三疊系安山玢巖、石炭系上統(tǒng)結(jié)晶灰?guī)r。

引水隧洞區(qū)主要斷裂構(gòu)造有：北段在樁號1+905處與林場斷裂 （F3）斜交，交角為15°。中段在樁號5+095左右近于垂直通過冷都斷裂 （F1）。F1為一多期活動斷裂，規(guī)模較大，破碎帶寬70～80 m，并形成巖層錯動。洞線在樁號8+356處，以夾角25°通過山神廟斷裂 （F2-1）。南段沿線地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，洞線方向與巖層走向近似平行，巖體完整性較好。

2 圍巖工程地質(zhì)條件分析

2.1 進(jìn)口段

進(jìn)口段長16 m。其中，樁號0+00～0+005為明挖段；樁號0+005～0+16為漸變段。開挖洞徑為3.9 m×4.75 m的方形。上覆巖體厚20 m左右。圍巖為石炭系中下統(tǒng)結(jié)晶灰?guī)r，巖層走向與洞線呈70°左右斜交。圍巖類別為Ⅲ類。

2.2 洞身段

（1）S0+016～S3+438.5段。巖性為灰?guī)r，巖層走向NW310°NE∠60°～70°， 與洞軸線呈 60°斜交。弱風(fēng)化，巖質(zhì)較堅硬，完整性差。該段發(fā)育7條小斷層， 產(chǎn)狀 NE25°～26°NW 或 SE∠60°～78°， 寬 40～50 cm，由斷層泥、碎裂巖組成。本段共發(fā)育小溶洞60個。其中，洞徑小于1的溶洞有7個；1～5 m溶洞有39個；5～10 m溶洞有11個；大于10 m的有3個即R28、R58和R59。溶洞內(nèi)均充填黃色粘土，大部分滴水，R58呈線狀流水，R10涌水。本段Ⅱ類圍巖段長746.55 m，占22%；Ⅲ類圍巖段長1 981.65 m，占58%；Ⅳ類圍巖段長498.3 m，占15%；Ⅴ類圍巖段長198 m，占6%。

（2）S3+438.5～S3+585.5段。巖性為安山巖，與灰?guī)r呈裂隙或斷層接觸，弱風(fēng)化，巖質(zhì)較堅硬，但完整性差。S3+522～S3+585.5段與灰?guī)r呈斷層 （f12）接觸，f12寬100～120 cm，主要由斷層泥、碎裂巖等組成。本段Ⅳ類圍巖段長84 m，占57%；Ⅴ類圍巖段長63 m，占43%。

（3） S3+585.5～S4+707段。 巖性為深灰色～灰黑色灰?guī)r， 巖層產(chǎn)狀 NW330°NE∠75°～80°， 與洞軸線呈33°斜交。該段出露15條小斷層，受構(gòu)造影響巖質(zhì)軟弱，完整性差。該段圍巖主要以Ⅳ、Ⅴ類為主，少部分為Ⅲ類。其中，Ⅲ圍巖段長43.1 m，占3.8%；Ⅳ類圍巖段長299.7 m，占26.7%；Ⅴ類圍巖段長778.7 m，占69.5%。

（4）S4+707～S4+931段。巖性為泥質(zhì)板巖夾灰?guī)r， 產(chǎn)狀 NW310°～330°SW∠50°， 與洞軸線呈 13°～33°斜交。強～弱風(fēng)化，巖質(zhì)較軟弱，完整性差。該段發(fā)育一斷層 （f45），寬40～50 cm，由斷層泥夾碎裂巖等組成。本段共發(fā)育3個溶洞 （R115、R116和R117），洞內(nèi)充填黃泥。該段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主。Ⅳ類圍巖段長75.5 m，占33.7%；Ⅴ類圍巖段長148.5 m，占66.3%。

（5）S4+931～S5+035段。巖性為泥質(zhì)板巖，巖層產(chǎn)狀為NW310°SW∠70°，與洞軸線呈13°斜交。強～弱風(fēng)化，巖質(zhì)軟弱，完整性差。段內(nèi)出露一條斷層f43，寬1～2 m，由灰白色斷層泥與碎裂巖組成。施工中曾發(fā)生塌方，體積約160 m3。該段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主。其中，Ⅳ類圍巖段長83 m，占80%；Ⅴ類圍巖段長21 m，占20%。

（6）S5+035～S5+673段。巖性為薄層灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀 NW310°NE∠75°～80°， 與洞軸線呈 13°斜交。微風(fēng)化，巖質(zhì)堅硬，完整性差。S5+235～S5+290段發(fā)育斷層 F1（冷都斷裂）， 產(chǎn)狀 NW50°NW∠70°，與洞軸線呈 70°斜交。F1寬30～35 m，由斷層泥夾碎裂巖等組成，斷層影響帶寬65～70 m。本段共發(fā)育溶洞29個，洞內(nèi)均充填黃色粘土，呈軟塑狀，夾少量灰?guī)r碎塊石，有滴水或滲水現(xiàn)象。該段圍巖以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類為主，少部分為Ⅱ圍巖。其中，Ⅱ圍巖段長23 m，占3.6%；Ⅲ圍巖段長260.5 m，占41%；Ⅳ類圍巖段長245.4 m，占38.4%；Ⅴ類圍巖段長109 m，占17%。

（7）S5+673～S6+350段。巖性為板巖，巖層產(chǎn)狀NW323°SW∠79°，與洞軸線呈26°斜交。強～弱風(fēng)化，巖質(zhì)較軟弱，完整性差。發(fā)育3條小斷層，寬1.40 m，主要由黃色粘土和碎裂巖組成。該段Ⅲ類圍巖段長239 m，占35%；Ⅳ類圍巖段長309.5 m，占45%；Ⅴ類圍巖段長128.5 m，占20%。

（8）S6+350～S7+161段。巖性為灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NW313°SW∠79°，與洞軸線呈15°斜交。弱風(fēng)化，巖質(zhì)堅硬，完整性較差。段內(nèi)發(fā)育8條小斷層，寬1.50～2.0 m，主要由黃色粘土和碎裂巖組成。本段共發(fā)育溶洞23個。其中，洞徑小于1 m的溶洞有2個，其他溶洞洞徑為1～5 m，洞內(nèi)充填黃色粘土。該段Ⅱ類圍巖長99 m，占12%；Ⅲ類圍巖長693 m，占78%；Ⅳ類圍巖長73 m，占9%。

（9）樁號S7+161～S7+339.5段。巖性為板巖，巖層產(chǎn)狀NW320°SW∠65°，與洞軸線近于平行。強～弱風(fēng)化，巖質(zhì)較軟弱，完整性差。S7+310～S7+366段發(fā)育一斷層f31，產(chǎn)狀NW315°，NE∠60°，寬1 m，在頂拱延伸50 m左右充填斷層泥和碎裂巖。S7+158～S7+168是灰?guī)r與板巖的接觸帶，在接觸帶附近處發(fā)育一溶洞R79，洞徑2 m×2.5 m，充填泥夾碎石。在施工中曾發(fā)生過塌方，塌落高度約4.5 m。本段Ⅳ類圍巖段長108.1 m，占60.5%；Ⅴ類圍巖段長70.4 m，占39.5%。

（10）S7+339.5～S8+124段。巖性為灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NW320°SW∠65°，與洞軸線近于平行。巖質(zhì)較堅硬，巖體完整性差，弱風(fēng)化。發(fā)育7條斷層，寬0.5～1.5 m，由斷層泥和碎裂巖組成。本段共發(fā)育 3 個溶洞 （R82、 R83、 R84）， 洞徑 2 m×2.5 m， 充填泥夾碎石，有少量滲水。 施工過程中，在S8+011～S8+124段曾發(fā)生塌方，塌落高度2.0～4.0 m。本段Ⅲ圍巖段長12 m，占1.5%；Ⅳ類圍巖段長490 m，占62.5%；Ⅴ類圍巖段長282.5 m，占36.%。

（11）S8+124～S8+354段。巖性為灰?guī)r夾板巖，產(chǎn)狀NW340°NE∠40°， 與洞軸線呈20°斜交。 巖質(zhì)較軟弱，巖體完整性差，呈強風(fēng)化狀態(tài)。主要發(fā)育5條斷層 （即f53～56、F2-1）。 其中，F(xiàn)2-1（山神廟斷裂）產(chǎn)狀 NW305°～323°NW∠30°～32°， 寬 3 m， 由斷層泥和碎裂巖組成。本段Ⅳ類圍巖段長174.5 m，占76%；Ⅴ類圍巖段長55.5 m，占24%。

（12）S8+354～S8+605段。巖性為板巖夾少量灰?guī)r，S8+574～S8+600為巖性變化帶，從S8+574向上游為板巖， 產(chǎn)狀為 NW300°SW∠50°～60°， 與洞軸線呈20°斜交。巖質(zhì)軟弱、破碎，全～強風(fēng)化，遇水易泥化。段內(nèi)發(fā)育2條斷層，寬30～50 cm，由斷層泥、碎裂巖組成。S8+468和S8+438.8處發(fā)生塌方。在S8+575左邊墻上部有地下水出露，呈線狀流水。該段均為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。其中，Ⅳ類圍巖段長5 m，占2%；Ⅴ類圍巖段長246 m，占98%。

（13）S8+605～S12+256.8段。巖性為結(jié)晶灰?guī)r，產(chǎn)狀為 NW300°SW∠50°～60°， 與洞軸線呈 20°斜交。巖質(zhì)較堅硬，巖體破碎，弱風(fēng)化。段內(nèi)共發(fā)育5條斷層，寬度0.2～1.0 m，由斷層泥、碎裂巖組成。本段共發(fā)育22個溶洞。其中，洞徑小于1 m的溶洞有7個；1～5 m溶洞有14個；大于5 m溶洞有1個；均充填黃色粘土和碎石。該段圍巖以Ⅲ、Ⅳ類為主，部分為Ⅱ、Ⅴ類。其中，Ⅱ類圍巖段長462 m，占12.5%；Ⅲ類圍巖段長2 175.8 m，占59.5%；Ⅳ類圍巖段長741 m，占20.5%；Ⅴ類圍巖段長273 m，占7.5%。

（14）S12+256.8～S12+572段。巖性為安山巖，深灰色，巖質(zhì)較硬，完整性較差，弱風(fēng)化。段內(nèi)發(fā)育8條斷層，寬20～30 cm，由斷層泥夾碎裂巖組成，局部呈線狀流水。施工中曾發(fā)生塌方，塌落高度大于5 m。該段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，少部分為Ⅲ類。其中，Ⅲ類圍巖段長35.9 m，占16.8%；Ⅳ類圍巖段長108 m，占50.8%；Ⅴ類圍巖段長69.2 m，占32.4%。

（15） S12+572～S12+585段。 巖性為深灰色～灰黑色灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NW337°NE∠82°，與洞軸線呈17°斜交。巖質(zhì)較堅硬，巖體完整性差。層內(nèi)主要一組節(jié)理，產(chǎn)狀NE51°NW∠18°，間距20～30 cm，充填泥和巖屑。該段受節(jié)理切割，巖體破碎，圍巖不穩(wěn)定，屬于Ⅳ類圍巖。

（16） S12+585～S13+181.5段。 巖性為灰綠～深灰色安山巖，強～弱風(fēng)化，巖質(zhì)軟弱，巖體破碎。段內(nèi)共發(fā)育7條小斷層，寬0.3～1.0 m，由斷層泥和碎裂巖組成，f62為安山巖和灰?guī)r的分界線。在S12+636～S12+642段有灰?guī)r和安山巖的接觸帶。該段節(jié)理發(fā)育，巖體破碎，并發(fā)育一溶洞 （R139)，洞徑0.4 m×2 m，充填泥夾碎石。該段主要為Ⅴ類圍巖，少部分Ⅲ、Ⅳ類圍巖。其中，Ⅲ類圍巖段長20 m，占3.3%；Ⅳ類圍巖段長13 m，占2.2%；Ⅴ類圍巖段長563.5 m，占94.4%。

（17） S13+181.5～S14+467.39段。 巖性為深灰色～灰色灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NW330°NE∠78°，與洞軸線呈 10°斜交。巖質(zhì)較軟弱，完整性差。發(fā)育1條斷層f63， 產(chǎn)狀 NE60°NW∠25°， 寬 1～2 m， 由斷層泥和碎裂巖組成。段內(nèi)發(fā)育小溶洞23個，最大洞徑高4 m，充填黃色粉質(zhì)粘土夾少量碎石。該段地下水不豐富，僅局部滴水現(xiàn)象。該段主要為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ圍巖，少部分Ⅴ類。其中，Ⅱ類圍巖段長325.4 m，占25%；Ⅲ類圍巖段長5 983.7 m，占47%；Ⅳ類圍巖段長302.3 m，占24%；Ⅴ類圍巖段長59.3 m，占5%。

3 結(jié)語

（1）吉沙水電站工程區(qū)處于青藏高原南東緣的橫斷山區(qū)，三江印支褶皺系弧形轉(zhuǎn)彎急劇擠壓而變窄部位，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，受區(qū)域構(gòu)造影響較大，圍巖地質(zhì)條件較差。由于地質(zhì)人員對引水隧洞的圍巖地質(zhì)條件進(jìn)行了客觀的分析判斷，并及時對圍巖分類進(jìn)行調(diào)整，提供了可靠的地質(zhì)資料，確保了隧洞安全施工。

（2）圍巖分類及圍巖地質(zhì)參數(shù)是優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。對Ⅱ～Ⅲ類圍巖洞段進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，由原來的鋼筋混凝土襯砌改為噴錨支護(hù)。這樣，不僅節(jié)省了資金，更重要的是縮短了工期，為吉沙水電站工程按期發(fā)電爭取了時間。

（3）吉沙水電站引水隧洞已投入運行多年，經(jīng)過多次放空檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，運行良好。這說明對該隧洞的工程地質(zhì)條件分析評價是客觀的，符合實際的，對圍巖類別的劃分及提供的地質(zhì)參數(shù)的建議值是合理的。