淺析抽水蓄能電站預(yù)可研和可研階段地勘工作

曹 暢，柴建峰，趙 強(qiáng)，李明陽，凌 超，馬傳寶

（1.中國(guó)電力財(cái)務(wù)有限公司，北京市 100005；2.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京市 100161）

0 引言

抽水蓄能電站與常規(guī)水電工程相比，工程地質(zhì)勘察有如下特點(diǎn)[1，2，3，4]：

（1）就水庫、壩而言，要考慮上庫庫盆滲漏及其防滲問題，水庫水位驟升驟降引起的庫內(nèi)、庫外岸坡穩(wěn)定問題，水庫庫盆開挖與筑壩材料的挖填平衡問題，位于較強(qiáng)地震區(qū)的高山水庫的地震效應(yīng)問題等；尤其是大氣降雨偏少的中國(guó)北方地區(qū)，上庫的防滲標(biāo)準(zhǔn)要求更高，防滲投資大。

（2）輸水系統(tǒng)、廠房而言，要考慮深埋地下洞室群的圍巖穩(wěn)定性與地應(yīng)力場(chǎng)問題，地下洞室的圍巖與襯砌承受高外水壓力問題，大直徑壓力水道圍巖分擔(dān)高內(nèi)水壓力等問題。

鑒于抽水蓄能電站具有上述特點(diǎn)，其預(yù)可研、可研階段的勘測(cè)工作顯得尤為重要?！端Πl(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》和《水力發(fā)電工程地質(zhì)手冊(cè)》對(duì)抽水蓄能電站不同工程部位的勘測(cè)工作均有詳細(xì)的規(guī)定，是抽水蓄能電站勘測(cè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工作指南，指導(dǎo)性和可操作性強(qiáng)。

以下通過收集已運(yùn)行、在建和擬建抽水蓄能電站預(yù)可研和可研階段勘察工作量等數(shù)據(jù)，探討現(xiàn)今抽水蓄能電站地勘工作現(xiàn)狀及存在問題，對(duì)于了解抽水蓄能電站勘察工作現(xiàn)狀具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。最后希望能起到拋磚引玉之作用，引起大家對(duì)勘察工作的重視。

1 部分抽水蓄能電站勘察情況

足夠的地勘和測(cè)繪工作，是精細(xì)化設(shè)計(jì)和施工的前提和基礎(chǔ)。

圖1為國(guó)內(nèi)部分抽水蓄能電站預(yù)可研階段的主要勘察工作量統(tǒng)計(jì)情況，包括洛寧、赤峰、縉云、垣曲等15個(gè)電站。

圖2為國(guó)內(nèi)部分抽水蓄能電站可研階段的主要勘察工作量統(tǒng)計(jì)情況，包括為西龍池、張河灣、瑯琊山、呼和浩特、文登等28個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目，主要統(tǒng)計(jì)了鉆孔數(shù)量和進(jìn)尺[4]。由于不同抽水蓄能電站可能采用首部、中部或者尾部廠房方案，所以勘探平洞長(zhǎng)度本次不做統(tǒng)計(jì)比較。由圖1和圖2不難發(fā)現(xiàn)：

（1）預(yù)可研階段，鉆孔數(shù)量一般在20～40個(gè)，進(jìn)尺位于2000～4000m這個(gè)區(qū)間。

（2）可研階段鉆孔數(shù)量多在60～160個(gè)之間，進(jìn)尺多位于6000～10000m之間。

當(dāng)然上述勘察工作量與項(xiàng)目所處地質(zhì)環(huán)境有關(guān)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境相對(duì)差，往往勘察工作量較大，如在引水隧洞和地下廠房、庫盆或壩基等區(qū)域出現(xiàn)規(guī)模較大的斷層等破碎帶時(shí)，為了追索其空間分布和研究其對(duì)工程的影響，往往會(huì)增加勘測(cè)工作投入。但就類似工程調(diào)研和統(tǒng)計(jì)成果而言，預(yù)可研階段鉆孔進(jìn)尺宜在3000m左右（約30個(gè)鉆孔）；可研階段鉆孔進(jìn)尺宜在7000m左右（約90個(gè)鉆孔），此外在上述總量基礎(chǔ)上也可再預(yù)留約10%的機(jī)動(dòng)勘察工作量，用于應(yīng)對(duì)地質(zhì)異常情況和關(guān)鍵部位的精細(xì)化勘察。

圖1 部分電站預(yù)可研階段勘察工作量統(tǒng)計(jì)Figure 1 Investigation work statistics of some pumped storage projects during the pre-feasibility studies stage

圖2 部分電站可研階段勘察工作量統(tǒng)計(jì)Figure 2 Investigation work statistics of some pumped storage projects during the feasibility studies stage

2 現(xiàn)狀及問題探討

勘探工作量是確?？辈斐晒|(zhì)量的基本條件，預(yù)可研和可研階段的勘察成果，直接決定工程是否可行、方案是否合理可靠，進(jìn)而影響投資和工期。

抽水蓄能電站，主要由行業(yè)內(nèi)幾家勘測(cè)設(shè)計(jì)院完成，上述設(shè)計(jì)院均為建院歷史悠久、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的大型設(shè)計(jì)院。但由于工期緊張等原因，難免有時(shí)會(huì)出現(xiàn)如下問題，如：

（1）有的項(xiàng)目縱橫剖面圖在繪制時(shí)，推測(cè)所占比例過大。地層風(fēng)化界限是否準(zhǔn)確，不僅控制工程開挖填筑量，還影響壩型方案選擇等。

（2）有的工程地質(zhì)剖面圖上鉆孔信息相對(duì)偏少，有的物探剖面上缺少鉆孔驗(yàn)證信息。鑒于地球物理勘探的多解性，缺少地質(zhì)鉆孔揭示的物探剖面，可靠性較低。

（3）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)編錄和描述有待于加強(qiáng)，如在探洞和鉆孔斷層/破碎帶的描述中多處出現(xiàn)“糜棱巖”這樣論述。糜棱巖一般完整致密強(qiáng)度高，是地殼深部高溫高壓構(gòu)造作用形成的堅(jiān)硬巖石。

（4）勘察工作量布設(shè)和工程地質(zhì)評(píng)價(jià)宜充分考慮區(qū)域地理環(huán)境等因素。

圖3為7個(gè)不同地域的運(yùn)行、在建或擬建抽水蓄能電站，降雨量和蒸發(fā)量對(duì)比情況。

一些規(guī)劃或擬建抽水蓄能電站所處地域?yàn)槲鞅被蛉A北區(qū)域，由于年降雨量相對(duì)偏少，且蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，加之巖體完整性較差，其上庫必然采用全庫盆防滲且引水系統(tǒng)采用鋼襯。此時(shí)上庫及引水線路段的壓水試驗(yàn)數(shù)量可大量減少，只選擇有代表性的地層做適量即可，這樣一來不僅可降低勘察工作難度，而且有助于縮短勘察工作周期。

章鵬等（2017年）通過研究南網(wǎng)系統(tǒng)抽水蓄能電站，認(rèn)為鋼筋混凝土襯砌的高壓水道必然發(fā)生內(nèi)水外滲，尤其是東南沿海地區(qū)，由于降雨量充沛，加之電站的地形地質(zhì)條件優(yōu)越，山體內(nèi)有相對(duì)穩(wěn)定的地下水位，充沛的地下水補(bǔ)給來源。雖然基建期，隧洞開挖時(shí)，由于排水等工程措施導(dǎo)致天然地下水位的大幅度降低；但在水道充水運(yùn)行后，在大氣降雨，甚至是上庫地表徑流，和內(nèi)水外滲的共同影響下，沿線山體中的地下水位一般會(huì)有所回升，形成一定相對(duì)穩(wěn)定的地下水位，內(nèi)外水壓的抵消效應(yīng)使得內(nèi)水外滲趨于收斂可控，并有利于襯砌受力。

文獻(xiàn)[5]還指出在干旱和山體地下水位極低的條件下，即便滿足挪威準(zhǔn)則、最小主應(yīng)力準(zhǔn)則和具備優(yōu)良地質(zhì)的地質(zhì)條件三個(gè)原則的基礎(chǔ)上，高壓引水隧道也不適宜采用鋼筋混凝土襯砌。

建議從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益出發(fā)，在引水系統(tǒng)襯砌方式論證和經(jīng)濟(jì)比選時(shí)，綜合考慮項(xiàng)目所在地的降雨量和水文地質(zhì)條件等諸多因素。干旱少雨、圍巖類較差地區(qū)，若高壓引水隧洞采用鋼筋混凝土襯砌，必然存在內(nèi)水外滲現(xiàn)象，評(píng)價(jià)其影響時(shí)，至少應(yīng)包含以下幾個(gè)方面[5]：①內(nèi)水外滲是否影響廠房的正常運(yùn)行？②是否可以產(chǎn)生有害的水力劈裂？③是否可能出現(xiàn)集中的大量滲漏？④上庫天然降雨量（來水量）減去蒸發(fā)量后，是否可抵消內(nèi)水外滲量？相應(yīng)地勘工作應(yīng)圍繞上述四點(diǎn)問題布設(shè)，工程地質(zhì)評(píng)價(jià)應(yīng)和區(qū)域降雨等地理因素、水文地質(zhì)條件相結(jié)合。

圖3 不同抽水蓄能電站降雨量和蒸發(fā)量Figure 3 The Column Graph of rainfall and evaporation according to different pumped storage projects

（5）專用公路的勘測(cè)工作。

抽水蓄能電站上庫、下庫多在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下筑壩與成庫，加之電站多位于電力負(fù)荷中心，人類活動(dòng)頻繁，對(duì)外交通專用公路的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維顯得尤為重要。根據(jù)《水電工程對(duì)外交通專用公路設(shè)計(jì)規(guī)范》（NB/T 35012—2013）中2.0.1對(duì)外交通專用公路的定義，抽水蓄能電站上庫與下庫之間的公路也屬于對(duì)外交通專用公路。

抽水蓄能電站對(duì)外交通專用公路具有運(yùn)輸量大、運(yùn)輸強(qiáng)度高、荷載大、重大件超限超標(biāo)準(zhǔn)等顯著特點(diǎn)，還體現(xiàn)在線路長(zhǎng)，穿越的工程地質(zhì)單元較多，受地貌和地形條件影響較大等。勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)既要把握全線路地質(zhì)情況，又要有重點(diǎn)突出，如線形、隧道進(jìn)出口、高陡邊坡和橋址區(qū)等為工程地質(zhì)勘測(cè)和評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。

目前不少在建抽水蓄能電站的交通工程，尤其是上下庫連接公路等先期開工點(diǎn)的勘測(cè)深度和精度滿足不了設(shè)計(jì)和施工需求。如某在建項(xiàng)目，開工后發(fā)現(xiàn)隧洞進(jìn)口段地層為穩(wěn)定性較差的土體，而設(shè)計(jì)文件卻標(biāo)為巖體，這樣一來不僅影響工程進(jìn)度，也會(huì)帶來施工單位索賠等一系列后續(xù)問題，顯而易見勘測(cè)工作量不足，甚至欠缺。

考慮到抽水蓄能工程從可研階段到招標(biāo)階段時(shí)間比較緊湊。可研階段，當(dāng)樞紐布置方案確定后，宜盡快開展相關(guān)連接道路的勘測(cè)工作，將原本在招標(biāo)階段實(shí)施的勘測(cè)工作，納入可研階段的地勘工作之中，提前實(shí)施，且勘測(cè)深度達(dá)到公路勘察規(guī)范要求的初步設(shè)計(jì)深度，一般公路系統(tǒng)初勘工作量占總勘察工作量的三分之一左右。

可研階段專用公路的勘察工作達(dá)到一般公路工程初勘深度，關(guān)鍵要在招、投標(biāo)的商務(wù)文件中給予明確。相應(yīng)的勘測(cè)工作量、費(fèi)用和工期要求等，盡可能在合同中給予約定。

同時(shí)重視項(xiàng)目所在地區(qū)類似公路建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，尤其是山區(qū)公路。在建和擬建的抽水蓄能電站多位于火成巖地層，加之地形險(xiǎn)峻，地貌條件復(fù)雜，如花崗巖地層修建山區(qū)公路，孤石疊石等地貌不僅增加道路建設(shè)難度，也制約工期和造成不必要的費(fèi)用。在專用公路選線過程中，也可邀請(qǐng)水電系統(tǒng)之外、當(dāng)?shù)毓方煌ㄔO(shè)計(jì)院地勘、測(cè)量和路線等相關(guān)專家參與方案咨詢。

（6）地勘報(bào)告中盡量引用權(quán)威資料，規(guī)避模棱兩可的論述和表達(dá)，確保工程地質(zhì)勘察報(bào)告中引用的資料可靠。工程地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)小斷層和局部巖體斷裂，地勘單位切勿盲目和區(qū)域活動(dòng)斷裂牽扯在一起，甚至代替地震局給斷層的活動(dòng)性下結(jié)論。這樣一來，往往在后續(xù)評(píng)審時(shí)候給自己造成不必要的麻煩。

3 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

（1）在“誰投資，誰決策；誰承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，誰收益”這一大環(huán)境下，優(yōu)化和控制前期勘測(cè)工作的深度和質(zhì)量，顯得尤為重要。

預(yù)可研和可研階段，可根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度安排勘測(cè)工作，并在合同中給予約定。當(dāng)然開展上述工作，除了招投標(biāo)文件相關(guān)約定之外，更重要的是在費(fèi)用支付方面給予支撐和明確。

（2）專用公路等線狀工程，穿越的工程地質(zhì)單元較多，工點(diǎn)多。可研階段，當(dāng)樞紐方案確定后，重視公路沿線的工程地質(zhì)調(diào)繪工作，尤其是高精度帶狀工程地質(zhì)圖。高邊坡等區(qū)域應(yīng)通過鉆孔揭示巖層地質(zhì)特征，對(duì)于前期開工進(jìn)出場(chǎng)隧道，應(yīng)增加有關(guān)洞口勘察精度，在物探和槽探等基礎(chǔ)上，洞口地層分布通過探洞、鉆孔等直接勘探手段來查清。

（3）切實(shí)保證料場(chǎng)勘察工作深度，確保料源儲(chǔ)量滿足工程建設(shè)需求。

（4）高壓水道的勘察工作除了重視地形地貌和地質(zhì)條件外，還應(yīng)重視降雨量和地表徑流等因素。

（5）重視“勘察設(shè)計(jì)大綱”的咨詢工作，盡可能組織行業(yè)內(nèi)外、具有類似經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)設(shè)計(jì)院提供的勘察工作大綱進(jìn)行咨詢。此外，若地形和地質(zhì)條件較為復(fù)雜，比選業(yè)主營(yíng)地時(shí)，也可邀請(qǐng)具有豐富地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的當(dāng)?shù)貙＜覅⑴c咨詢和論證。

本文不足之處，主要討論了總勘察工作量，而關(guān)鍵工程部位缺少統(tǒng)計(jì)分析。下一步將針對(duì)場(chǎng)內(nèi)道路沿線（含橋梁、隧洞洞口）、庫盆、庫岸、水道、廠房的勘察情況分別進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，希望能對(duì)后續(xù)類似工程有借鑒意義。