某水電站廠房位置及軸線選擇

摘 要：根據(jù)地質(zhì)條件及水工布置特點，通過比較確定地下廠房位置，結(jié)合斷層、裂隙、地應(yīng)力、樞紐布置確定其軸線方向。

關(guān)鍵詞：廠房；位置；軸線

中圖分類號：TV731.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0170-03

1 概 述

工程場址位于四川省甘孜藏族自治州康定、雅江兩縣交界處，地處雅礱江干流河段。工程采用混合式開發(fā)，廠址位于壩址下游的雅礱江左岸，引水系統(tǒng)跨力丘河，穿宋玉溝、木托村溝后，至蒙古山大河灣尾部、雅礱江左岸金字寺溝上游側(cè)山體內(nèi)建地下廠房發(fā)電。電站初選裝機(jī)容量2475MW；首部攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，2條引水隧洞，尾水與孟底溝水電站庫尾相接（見圖1）。

2 廠區(qū)基本地質(zhì)條件

廠址區(qū)位于蒙古山“Ω”大河灣尾部的金字寺溝上游側(cè)雅礱江左岸，岸坡地形坡度較陡，一般40～45°，2700m高程以上地形坡度相對較緩，一般30～35°，地形完整性較差。

廠址區(qū)無區(qū)域性斷裂或較大規(guī)模的斷層通過，但距牙依河斷層、瑪提斷層較近，距離分別為600m、1000m。次級斷層、擠壓破碎帶發(fā)育，走向以NW向為主。巖體內(nèi)主要發(fā)育2組裂隙：①N30-50°W/SW（NE）∠50～70°；②N30～40°E/SE∠60～80°。裂隙發(fā)育程度主要受構(gòu)造控制，具有區(qū)段性特征。

岸坡巖體風(fēng)化、卸荷作用強(qiáng)烈，局部發(fā)育松動變形巖體，巖體強(qiáng)卸荷水平深為20～150m，弱卸荷水平深66.5～150m，弱下風(fēng)化水平深66.5～150m，無弱上風(fēng)化。

廠址區(qū)河谷深切，地表無泉水出露，地下水位2289m。地下廠房地下水活動不強(qiáng)烈，以滲滴水～線狀流水為主，局部見股狀涌水。

廠址區(qū)最大主應(yīng)力（σ1）最大值18.17MPa，最小值13.25MPa，主應(yīng)力方向N30～50°E，屬中等地應(yīng)力區(qū)。

3 廠房位置方案擬定

3.1 廠房位置及尾水出口位置初選

根據(jù)工程地質(zhì)條件及樞紐布置要求，地下廠房位于蒙古山大河灣尾部、雅礱江左岸金字寺溝上游側(cè)。

廠區(qū)4#干溝上游岸坡表面沖溝發(fā)育，地形完整性較差，岸坡基巖裸露，局部被崩坡積碎石土覆蓋，厚約1～3m。岸坡巖體破碎。巖體最大松動水平深度122m，松動帶內(nèi)巖體呈碎塊結(jié)構(gòu)，局部碎裂結(jié)構(gòu)，傾倒變形明顯，各方向結(jié)構(gòu)面普遍張開、錯位，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育密集、混亂，巖體蠕動變形明顯，多見巖塊轉(zhuǎn)動變形現(xiàn)象，巖體自穩(wěn)能力差。該部位邊坡局部存在蠕動變形現(xiàn)象。

4#～5#沖溝之間（推薦廠址位置），坡表多被崩坡積碎石土覆蓋，厚約3～7m。下伏基巖構(gòu)造發(fā)育，巖體完整性差，松弛、卸荷較強(qiáng)烈。岸坡松動巖體水平深度20m，強(qiáng)卸荷水平深度43～53m；弱卸荷水平深度100～140m，邊坡前緣基巖較完整，對邊坡起到阻滑作用，邊坡整體基本穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性差。

金子寺溝下游側(cè)發(fā)育兩個變形體，且間距較小，變形體方量均約20萬方，圍巖條件與推薦廠址部位基本相當(dāng)。

在推薦廠址上游側(cè)建廠發(fā)電，廠區(qū)主洞室距牙依河斷層、瑪提斷層更近，且邊坡穩(wěn)定性差，樞紐布置無推薦方案順暢；在金子寺溝下游建廠發(fā)電，引水隧洞需穿過切割較深的金子寺溝；引水隧洞長度增加；水頭損失增加；且該部位邊坡分布滑坡體；金子寺溝為泥石流溝，將直接影響尾水出口建筑物安全。推薦廠址較其他兩個部位地質(zhì)條件相對較好，引水線路相對較短，綜上所述，綜合考慮地質(zhì)條件、樞紐布置等因素，廠房位置確定為3#沖溝下游、金子寺溝上游側(cè)。

考慮上下游梯級銜接，尾水出口宜布置在金子寺溝上游0.8km～金子寺溝下游1.0km范圍類，故尾水出口位置宜布置在地質(zhì)條件相對較好，且樞紐布置順暢的4#溝下游緊鄰金子寺溝部位。

3.2 廠房位置方案

根據(jù)CPD01及CPD05平硐揭示地質(zhì)條件，地下廠房區(qū)巖性單一，均為中厚～厚層狀變質(zhì)砂巖；構(gòu)造較發(fā)育，但未見II級以上結(jié)構(gòu)面；地下水較發(fā)育，以滴水～線狀流水為主，局部呈股狀涌水；地應(yīng)力水平中等，未見高地應(yīng)力現(xiàn)象。因此廠房位置選擇主要受小斷層及裂隙發(fā)育程度的影響。CPD01探洞樁號0+0～0+200m，CPD05探洞樁號0+0～0+156m，為IV～V類圍不滿足《地下廠房設(shè)計導(dǎo)則》要求“地下廠區(qū)主洞室III類及以上圍巖比例宜高于60%，否則應(yīng)進(jìn)行專門論證”，故該段不宜布置地下廠房；CPD01探洞樁號0+200～0+360m，CPD05探洞樁號0+156～0+530m，該段大部分為III類圍巖，基本具備布置地下廠房的條件；CPD01探洞樁號0+360～0+420m，CPD05探洞樁號0+530～0+550m，該段為IV圍巖，不宜布置地下廠房；CPD01探洞樁號0+420～0+758m，該段洞室圍巖均為III類，具備修建大跨度地下洞室群的地質(zhì)條件。

CPD01探洞樁號0+420～0+758m段，上游側(cè)Fc2、Fc3、Fc4、Fc9斷層分布密集，廠房位置以山體內(nèi)側(cè)Fc9斷層為界，下游側(cè)有Fc10斷層通過，在Fc9斷層、Fc4斷層、Fc10斷層、廠房CPD01探洞0+420m以里有一區(qū)域為III2類圍巖為主，僅有較大斷層f103通過，具備布置地下廠房條件，初擬該部位為深埋方案；CPD01探洞樁號0+200～0+360m，CPD05探洞樁號0+156～0+530m段，該段大部分為III類圍巖，局部出現(xiàn)3塊IV類區(qū)（分別沿探洞軸線長度約7m、7m、3m），基本具備布置地下廠房的條件，初擬該部位為淺埋方案。

3.3 深埋方案

3.3.1 廠房地質(zhì)條件

地下廠房由主廠房、主變室、尾水閘門室、母線、尾水連接洞等組成。主廠房、主變室平行布置，軸線方向初擬N10°E，最小垂直埋深約370m，最小水平埋深約420m。主廠房尺寸長寬高為277.9m×29.6m×65.78m，與主變室間預(yù)留50m厚巖柱。

地下洞室置于中厚層砂巖內(nèi)，巖性均一，巖質(zhì)堅硬，微新，無卸荷，主要發(fā)育f01-97、f01-98、f01-100、f01-103、f01-105、f01-107、f01-108、f01-119共8條III級結(jié)構(gòu)面。斷層f01-103、f01-105、f01-107、f01-108、f01-119主要發(fā)育于主機(jī)間，產(chǎn)狀以NW向為主，個別NNE，均為中陡傾角，主要由碎粒巖、碎粉巖組成，泥化、軟化，結(jié)構(gòu)較松散，兩壁擦痕明顯，見炭化現(xiàn)象。其中，斷層f01-103帶寬50～90cm，其余3條帶寬一般10～30cm；除斷層f01-108下盤影響帶寬2～5m，呈碎裂結(jié)構(gòu)外，其余斷層影響帶不明顯。其中，斷層f01-119走向與地下廠房軸線夾角較小，對地下洞室邊墻圍巖穩(wěn)定影響較大。斷層f01-97、f01-98、f01-100主要發(fā)育于副廠房，產(chǎn)狀以NW向為主，中陡傾角，帶寬一般10～30cm，主要由粗角礫、角礫組成，局部由碎粒巖、碎粉巖組成，結(jié)構(gòu)較松散，與地下廠房軸線夾角較大，對邊墻穩(wěn)定性影響不大，對端墻穩(wěn)定有一定影響。此外，在CPD01平硐0+600m處發(fā)育兩條緩傾結(jié)構(gòu)面，產(chǎn)狀N50～70°W/SW∠3～5°，帶寬1～3cm，局部寬15cm，主要由碎粒巖、碎粉巖夾角礫組成，結(jié)構(gòu)較松散，炭化現(xiàn)象明顯，見擦痕，與第②、第③組裂隙組合，易在頂拱形成不穩(wěn)定塊體，對地下廠房頂拱圍巖穩(wěn)定影響較大。

3.3.2 廠房軸線

廠址區(qū)斷層、結(jié)構(gòu)面均較發(fā)育，產(chǎn)狀以NW向為主，個別NNE，均為中陡傾角。最大主應(yīng)力大小及方向分別為18.17MP、N48.7°E，屬中等級地應(yīng)力區(qū)，巖石強(qiáng)度應(yīng)力比=4～7，對廠房洞室群穩(wěn)定影響最大的斷層走向主要為N30～50°W/SW∠60～80°，均為陡傾角，同時主要考慮f103斷層對廠房的影響，并兼顧優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面、地應(yīng)力和樞紐布置，選擇廠房洞室軸線為。

N10°E，與大部分?jǐn)鄬?、?yōu)勢結(jié)構(gòu)面能大角度相交，與主地應(yīng)力小角度相交，并能同時兼顧樞紐布置。廠房軸線與廠區(qū)主要斷層夾角在40～80°、與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面夾角在40～90°、與主地應(yīng)力夾角咋20～38.7°。

3.4 淺埋方案

該方案地下廠房位于CPD01平硐200～420m段，CPD05平硐180～305m段，布置與深埋方案基本相同。該部位III類圍巖區(qū)僅約190m寬，廠房總長度約278m，寬度約105m在充分考慮斷層、裂隙、樞紐布置等情況下，廠房軸線初擬N16°E，主機(jī)間布置在III內(nèi)圍巖中，副廠房、安裝間均布置在IV類圍巖區(qū)，洞室布置在IV圍巖區(qū)對洞室圍巖穩(wěn)定影響非常突出，如圖5。

地下洞室置于中厚層砂巖內(nèi)，巖性均一，巖質(zhì)堅硬，微新，無卸荷，巖體完整性差，以鑲嵌結(jié)構(gòu)為主，少量碎裂、次塊狀結(jié)構(gòu)，地下洞室圍巖類別以Ⅲ2類為主，Ⅳ類次之，少量Ⅲ1類。

地下廠房區(qū)域主要發(fā)育f01-35、f01-37、f01-38、f01-46、f01-66、f01-70、f05-30共7條III級結(jié)構(gòu)面。斷層f01-35、f01-37、f01-38主要發(fā)育于主機(jī)間，產(chǎn)狀以NW向為主，中陡傾角，帶寬一般10～40cm，主要由碎粒巖、碎粉巖及少量角礫組成，結(jié)構(gòu)松散。與地下廠房軸線夾角較大。斷層f05-30主要發(fā)育于副廠房。斷層f01-46、f01-66、f01-70主要發(fā)育于安裝間。上述斷層與巖體內(nèi)優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面同向，布置主要建筑物時應(yīng)考慮斷層的影響。在CPD05平硐0+253～0+305m段，巖體被第①組裂隙切割成5～10cm薄板，呈薄層狀結(jié)構(gòu)，成洞條件差，需采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)處理措施。在CPD01平硐0+320～0+360m段，產(chǎn)狀N45°W/SW∠60°的小斷層在該段較發(fā)育，間距一般1～3m，寬度一般3～5cm，主要由碎粒巖、碎粉巖組成，結(jié)構(gòu)較松散，成洞條件差。

廠房軸線與廠區(qū)主要斷層夾角在56～81°、與優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面夾角在29～90°、與主地應(yīng)力夾角咋14～32.7°。

4 廠房位置比較

綜合以上對比情況，本工程從洞室圍巖穩(wěn)定、樞紐布置、施工及工程安全方面考慮，選用深埋廠房方案。

5 結(jié) 語

地下廠房位置及軸線選擇應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、樞紐布置順暢、斷層及結(jié)構(gòu)面走向，分析各因素對樞紐安全運行、地下洞室圍巖穩(wěn)定的影響，進(jìn)而選擇最優(yōu)地下廠房位置及軸線。

收稿日期：2018-9-23

作者簡介：林起明（1979-），男，漢族，四川綿陽人，高級工程師，本科，主要從事水利水電設(shè)計等相關(guān)工作。