水演水電站地質(zhì)探析

黃盼

（中山市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 中山 528400）

靳家河干流總落差超過300 m，多年平均流量1.06 m3/s，水能理論蘊(yùn)藏量0.94萬kW。為了充分利用水能資源，規(guī)劃在靳家河中游左岸支流水演溝左岸建設(shè)水演水電站。這就需對(duì)水電站地質(zhì)情況進(jìn)行探討。

1 概況

水演溝上游有一處較大泉水，其枯水流量0.3 m3/s。泉水出露處距溝口溝長5.1 km，落差250 m，泉水流量穩(wěn)定，具有修建小水電站的有利條件，規(guī)劃在水演溝上游泉水出露處溝道狹窄處修建擋水壩1座，經(jīng)過2316.5 m渠道引水，利用地形落差選擇適宜地形修建有壩引水徑流式發(fā)電站，總裝機(jī)容量2×250 kW，年平均發(fā)電量268.7萬kW·h。引水樞紐由攔河壩、進(jìn)水閘、沖沙閘組成，引水流量Q＝0.76 m3/s。

2 區(qū)域地質(zhì)分析

2.1 地形地貌

工程區(qū)河谷峽窄，河流經(jīng)歷了長期構(gòu)造作用和強(qiáng)烈侵蝕、切割，形成河谷深切的山地地貌[1，2]。測(cè)區(qū)河床海拔高程430～700 m，工程區(qū)上游水演溝右岸安家槽山脊高程1206 m，水演溝左岸西溝山脊高程1358 m，相對(duì)高差500～900 m，屬中低山地形地貌。巖溶地貌位于引水壩址以上和工程區(qū)以南地段，具有河谷狹窄、山體高大、懸崖峭壁等特點(diǎn)。

2.2 地層巖性

根據(jù)《中華人民共和國地質(zhì)部1∶20萬地質(zhì)圖》，測(cè)區(qū)內(nèi)出露的地層巖性由老到新有：古生界地層、新生界、第四系（Q）松散地層[3]。

2.2.1 古生界地層

奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）灰～灰白色中厚～厚層白云質(zhì)灰?guī)r分布于攔河壩上游8～15 m和工程區(qū)以南，出露地段具有巖溶地貌特征，并呈近東西向分布。志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層分布于整個(gè)工程區(qū)及工程區(qū)以外大面積范圍內(nèi)。

2.2.2 新生界、第四系（Q）松散地層

第四系松散地層主要由人工堆積、沖積、沖洪積、坡殘積等砂卵漂石、碎石砂質(zhì)黏土、碎礫石砂質(zhì)黏土等組成，主要分布于河床、階地、斜坡和溝谷出口等地段，厚度因地而異。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

2.3.1 斷層

主要斷裂有鐵爐子～三要斷裂、金陵寺～三條嶺斷裂、金陵寺～大廟溝斷裂、楊斜～商南斷裂、兩河～鳳鎮(zhèn)～山陽～竹林關(guān)斷裂。這些斷裂均呈近東西向延伸，寬度大，延伸遠(yuǎn)，多有復(fù)活性，是劃分構(gòu)造帶的分界線。工程區(qū)位于兩河～鳳鎮(zhèn)～山陽～竹林關(guān)斷裂以南，陜鄂邊界以北地段。

2.3.2 褶皺

工程區(qū)附近主要褶皺有王莊背斜、申家垤背斜、冷水溝向斜、南寬坪背斜等。工程區(qū)位于南寬坪背斜的南翼部位。

2.4 區(qū)域穩(wěn)定性與地震烈度

由于活動(dòng)的差異性，形成一系列小型山間盆地。第四紀(jì)初已先后結(jié)束了沉積，表現(xiàn)為整體性、間歇性上升；與前期比較，活動(dòng)性逐漸趨于和緩，地殼相對(duì)穩(wěn)定。本區(qū)有地震歷史記載以來，沒有發(fā)生過大于5級(jí)以上的地震，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)特征周期為0.45 s，工程區(qū)基本地震烈度為Ⅵ度。

2.5 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水賦存條件，區(qū)域地下水可分為松散層孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水3種類型。

2.5.1 松散層孔隙水

松散層孔隙水主要分布于河床、漫灘、階地和沖溝等地段[4]，尤其是砂卵漂石層含水層厚度（0.5～5.0 m）穩(wěn)定，透水性相對(duì)較好，補(bǔ)給條件充分，地下水位埋深0.2～1.2 m。

2.5.2 基巖裂隙水

含水層主要為下古生界奧陶系和志留系碎屑巖和碳酸鹽類巖石，裂隙水主要賦存于白云質(zhì)灰?guī)r、千枚巖、灰?guī)r與板巖互層中，季節(jié)性明顯，一般水量比較貧乏[5]。

2.5.3 巖溶水

攔河壩以上和工程區(qū)以南，巖石為奧陶系下、中統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r。攔河壩以上約10～15 m處有5個(gè)溶洞，其中一個(gè)溶洞水流常年不斷，流量可達(dá)0.3 m3/s以上，流量相對(duì)穩(wěn)定。其他4個(gè)溶洞多雨期同時(shí)出水，流量較大，具有季節(jié)性。

2.5.4 水質(zhì)

區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型主要為重碳酸鈣+鎂型水。工程區(qū)上游河段無工廠、礦山，也沒有污水排放點(diǎn)，水質(zhì)無污染，能夠滿足施工用水對(duì)水質(zhì)的要求。

3 物理地質(zhì)現(xiàn)象

3.1 滑坡

羅家溝口上游115～230 m有一處滑坡，滑坡后壁高8～10 m，坡腳向前推移12～18 m，滑動(dòng)方向?yàn)?35°?；w表層為第四系坡殘積碎石砂質(zhì)黏土坡臺(tái)地，層厚0.5～3.0 m，呈松散～稍密狀。覆蓋層以下基巖為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層傾向與坡向基本一致。由于水流沖刷坡腳，加上人類活動(dòng)、大氣降水和地下水活動(dòng)等綜合因素，形成該次順層深部滑坡?；麦w長度120～180 m，厚度3～8 m，總體積可達(dá)8萬余m3。近年來，在多雨期地表局部仍有輕微活動(dòng)，但整體比較穩(wěn)定，因而認(rèn)為目前該滑坡處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 崩塌

在工程區(qū)壩址上游，水演溝左岸山脊巖石均為奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）灰～灰白色厚～中厚層白云質(zhì)灰?guī)r。該巖層通過地段，地形陡峻，山勢(shì)險(xiǎn)要，易產(chǎn)生崩塌體。在水演溝河床和左岸斜坡，隨處可見崩塌堆積的白云質(zhì)灰?guī)r塊體，體積大小懸殊，最大的可達(dá)20 m3。

4 主要樞紐工程地質(zhì)條件與評(píng)價(jià)

4.1 攔河壩

攔河壩位于水演村三組，龍洞口溝道峽谷段。擬定壩型為漿砌石重力壩，壩頂長25.0 m，壩高9.0 m，壩頂高程699.50 m。

右壩肩基巖裸露，左壩肩為河流一級(jí)階地，高出現(xiàn)代河床5～12 m，自然坡角18°～30°，表層為第四系（Q4aL+pL）碎礫石砂質(zhì)黏土，黏粒含量約占5%～10%，表層黏粒含量高，而下部礫石含量高，推測(cè)厚度1.2～2.5 m，呈松散～中密狀，該層具有一定的透水性。

壩址處河床為第四系沖積（Q4al）砂卵漂石層，覆蓋厚度推測(cè)0.5～3.0 m，呈松散～中密狀，透水性強(qiáng)。沿壩軸線基巖裸露段和覆蓋層以下巖石為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖石中硬，裂隙發(fā)育～較發(fā)育，基巖面表層強(qiáng)風(fēng)化厚度0.8～1.50 m。壩軸線上游8～15 m處，為奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）與志留系中統(tǒng)（S2）兩套地層分界線。壩軸線下游志留系巖石出露段山體相對(duì)矮小，巖石破碎；而壩軸線上游奧陶系巖石出露段山體高大，巖石完整堅(jiān)硬。

壩軸線上游奧陶系白云質(zhì)灰?guī)r段，沿601～605 m高程分布有5處巖溶泉水出露點(diǎn)，其中一處溶洞水流常年不斷，流量可達(dá)0.3 m3/s以上，流量相對(duì)穩(wěn)定，該電站的修建主要利用了該泉水。

4.2 輸水渠線

輸水渠線從水演溝上游龍洞口峽谷段攔河壩左端引水，沿水演溝左岸環(huán)山延伸，經(jīng)過2段明渠、3條隧洞進(jìn)入前池，渠線總長2316.5 m。輸水線路各段工程地質(zhì)條件記述如下。

4.2.1 明渠段（0+000—0+364.5）

其中，0+000—0+064段為水演河流一級(jí)階地，表層為第四系（Q4al+pl）碎礫石砂質(zhì)黏土，層厚1.0～3.0 m，呈松散～中密狀；渠線0+171—0+364.5段天然坡角35°～70°，地表為第四系（Q4eL+dL）坡殘積碎石砂質(zhì)黏土，多為耕地，層厚0.5～3.0 m，呈松散～密實(shí)狀，可塑，地基承載力差；除此之外，基巖裸露段和覆蓋層以下巖石均為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層產(chǎn)狀NW280°～305°/NE∠68°～83°，巖石中硬，裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化厚度不大，僅為0.5～0.8 m。邊坡穩(wěn)定，地基承載力高，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象的存在，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。

4.2.2 1#隧洞（0+364.5—0+964.6）

隧洞長600.1 m，進(jìn)口位于水演村三組徐有智家房后斜坡洼地與陡巖交匯地段，自然坡角35°～72°。隧洞進(jìn)口至0+610間巖石為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖石中硬，洞口基巖裂隙發(fā)育～較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化厚度小（0.5～0.8 m），邊坡穩(wěn)定。巖層走向與洞線方向夾角22°，夾角較小。洞線通過地段斜坡有沖溝分布，有地表水下滲的可能，洞室圍巖厚度大，未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造斷裂帶。洞室圍巖分類為Ⅲ～Ⅳ類圍巖。

隧洞出口位于西溝右岸坡腳，坡角80°～85°，洞口基巖裸露，洞線0+610至隧洞出口段巖石均為奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）灰～灰白色厚～中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬，地表呈弱風(fēng)化。局部有溶蝕現(xiàn)象，直徑0.3～1.5 m，深0.8～4.0 m，但多被黏土充填，而且較密實(shí)。洞線上部地表有沖溝，巖溶水和裂隙水依然存在。洞室圍巖分類為Ⅲ類圍巖。

4.2.3 過溝涵洞（0+964.6—0+978.6）

位于西溝處，溝心覆蓋層為第四系洪積（Q4pL）碎塊石層，粒徑最大可達(dá)2.5 m，層厚1～3.0 m；松散空隙極大，不能作為橋基礎(chǔ)。覆蓋層以下巖石為奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）灰～灰白色厚～中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，巖石完整堅(jiān)硬，表層呈弱風(fēng)化。

4.2.4 2#隧洞（0+978.6—1+041.5）

隧洞長62.9 m，隧洞進(jìn)口位于西溝左岸坡腳，而出口位于西溝左岸斜坡處，該段斜坡山勢(shì)陡峻險(xiǎn)要，坡角大于80°。洞線所通過的巖石為奧陶系下、中統(tǒng)（O1+2）灰～灰白色厚～中厚層白云質(zhì)灰?guī)r，巖石完整堅(jiān)硬，表層呈弱風(fēng)化，裂隙較發(fā)育。巖層走向與洞線方向夾角63°，夾角大，無地下水影響。洞室圍巖分類為Ⅲ類圍巖。

4.2.5 明渠段（1+041.5—1+260.2）

明渠除1+140—1+260.2段地表有厚0.2～0.4 m第四系（Q4eL+dL）坡殘積碎石砂質(zhì)黏土外，其余均為基巖裸露段，巖石中硬，裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化厚度0.8～1.2 m，地基承載力高，工程地質(zhì)條件較好，可滿足渠基對(duì)地基的要求。

4.2.6 渡槽（1+260.2—1+280.2）

渡槽位于陰坡溝，該溝常年有地表水流，流量較小。溝底堆積物為第四系洪積（Q4pL）碎石砂質(zhì)黏土覆蓋層，厚1.5～2.5 m，碎石含量大于50%，松散空隙大，地基承載力低，工程地質(zhì)條件差。兩岸基巖裸露段和覆蓋層以下巖石均為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖石中硬，裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化厚度0.8～1.2 m，地基承載力相對(duì)較高。

4.2.7 3#隧洞（1+280.2—2+316.5）

隧洞長1036.3 m，隧洞進(jìn)口位于陰坡溝左岸，高出溝底5.0～6.0 m。隧洞出口位于羅家溝右岸山脊墳園上側(cè)，坡角60°～75°，基巖裸露。洞線所經(jīng)過的巖石均為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層產(chǎn)狀NW283°～285°/NE∠62°～67°，巖石中硬，洞口裂隙發(fā)育～較發(fā)育，隧洞進(jìn)出口均有不利于穩(wěn)定的裂隙組，尤其隧洞出口巖層傾向與坡向一致，穩(wěn)定性差，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。洞口強(qiáng)風(fēng)化厚度0.6～1.2 m，巖層走向與洞線方向夾角大（81°～83°）。洞線通過地段斜坡有沖溝通過，地表水沿裂隙下滲，對(duì)隧洞施工有一定影響。

4.3 廠區(qū)

4.3.1 前池

前池位于水演溝左岸斜坡，巖石為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層傾向與坡面方向大體一致，對(duì)邊坡穩(wěn)定有輕微影響，強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.8～1.5 m，裂隙發(fā)育～較發(fā)育，無地下水影響，地基承載力高，工程地質(zhì)條件相對(duì)較好。

4.3.2 管床

管床位于水演溝左岸羅家溝右岸山脊斜坡處，坡角25°～50°，基巖裸露，巖石為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層傾向雖與坡向大體相同，但對(duì)邊坡穩(wěn)定影響不大，裂隙發(fā)育，以卸荷、風(fēng)化裂隙為主，局部有巖石松動(dòng)體，厚度小。強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.5～1.5 m，巖石可滿足管床對(duì)地基的要求，工程地質(zhì)條件相對(duì)優(yōu)越。

4.3.3 廠房

廠房位于羅家溝口上游25～30 m的水演河左岸坡腳地段，廠房前部為水演河床第四系沖積（Q4aL）砂卵漂石層，厚度0.5～5.0 m，呈稍密～中密狀，細(xì)粒含量低，透水性強(qiáng)，河床局部有白云質(zhì)灰?guī)r孤石，粒徑1.0～2.5 m。廠房后坡角基巖裸露，覆蓋層以下和基巖裸露段巖石均為志留系中統(tǒng)（S2）灰色薄層千枚巖夾薄～中厚層灰?guī)r與板巖互層，巖層產(chǎn)狀NW285°/NE∠62°，巖石中硬，裂隙發(fā)育～較發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚度0.6～1.2 m，有地下水影響，地基承載力高，覆蓋層厚度小，易清除，工程地質(zhì)條件好。

4.4 工程區(qū)巖、土物理力學(xué)指標(biāo)建議值

工程區(qū)巖、土物理力學(xué)指標(biāo)，根據(jù)工程地質(zhì)類比法，其物理力學(xué)指標(biāo)建議值詳見表1和表2。

表1 松散層物理力學(xué)指標(biāo)建議值

表2 巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值

5 結(jié)語

通過分析探討可知，工程區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，巖石中硬，地基承載力高，具有修建低壩、隧洞、電站的工程地質(zhì)條件。各重要建筑物基礎(chǔ)建議放在強(qiáng)風(fēng)化層以下基巖上。邊坡開挖坡比按1∶0.5～1∶0.75選用，隧洞進(jìn)出口段有集中滲水或崩塌掉塊現(xiàn)象，應(yīng)注意排水和支護(hù)，這為工程建設(shè)提供了科學(xué)依據(jù)。