浙江景寧抽水蓄能電站工程地質(zhì)調(diào)查及評價

摘 要：【目的】對浙江景寧抽水蓄能電站進行工程地質(zhì)調(diào)查及評價，以查明是否存在工程地質(zhì)問題?！痉椒ā炕诘刭|(zhì)測繪、鉆探、物探、室內(nèi)試驗測試等工程手段對水庫區(qū)、壩址區(qū)開展了詳細的工程地質(zhì)調(diào)查和分析?！窘Y(jié)果】研究結(jié)果表明，景寧抽水蓄能電站工程地質(zhì)條件較好，不存在較為嚴重的工程地質(zhì)問題?！窘Y(jié)論】研究結(jié)果對景寧抽水蓄能電站下一步工程設(shè)計、施工方案確定等方面具有重要指導意義。

關(guān)鍵詞：浙江景寧；抽水蓄能電站；工程地質(zhì)

中圖分類號：TV743" " "文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2024）23-0042-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.23.009

Engineering Geological Investigation and Evaluation of Jingning Pumped Storage Power Station in Zhejiang Province

LI Dezhou

（Zhejiang Huadong Geotechnical Investigation and Design Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China）

Abstract： [Purposes] The engineering geological investigation and evaluation of Jingning Pumped Storage Power Station in Zhejiang Province are carried out to find out whether there are engineering geological problems. [Methods] Based on geological mapping， drilling， geophysical exploration， indoor test and other engineering methods， detailed engineering geological survey and analysis were carried out in the reservoir area and dam site area. [Findings] The results showed that the engineering geological conditions of Jingning Pumped Storage Power Station were good， and there were no serious engineering geological problems. [Conclusions] The research results had important guiding significance for the next engineering design and construction scheme determination of Jingning Pumped Storage Power Station.

Keywords： Jingning of Zhejiang Province; pumped storage power station; engineering geological

0 引言

隨著可再生能源的發(fā)展及“雙碳”目標的提出，加快建設(shè)抽水蓄能電站成為構(gòu)建新型清潔電力系統(tǒng)的迫切需要［1］。根據(jù)國家能源局大壩安全監(jiān)察中心提供的數(shù)據(jù)，目前我國已投產(chǎn)裝機容量1 200 MW及以上的抽水蓄能電站共36個，國內(nèi)五大發(fā)電集團項目總裝機容量達1.08×108" W［2］（圖1）。抽水蓄能電站建設(shè)中往往存在滲漏、庫岸不穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題，電站的建設(shè)必須綜合考慮場址地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土性質(zhì)及庫岸穩(wěn)定性等工程地質(zhì)條件［3-5］。因此，本研究通過地質(zhì)測繪、鉆探、物探、室內(nèi)力學試驗等手段，查明了浙江景寧抽水蓄能電站上下水庫及附屬建筑物區(qū)的主要工程地質(zhì)問題，為電站下一步工程設(shè)計和施工提供保障。

1 工程概況

浙江景寧抽水蓄能電站位于景寧畬族自治縣沙灣鎮(zhèn)，地處浙南山區(qū)，距縣城約20 km。上水庫位于沙灣鎮(zhèn)蔡湖村，小溪左岸為金絲坑源頭；下水庫位于梧桐鄉(xiāng)梧桐坑村，為金絲坑溝口。工程樞紐由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(guān)站等主要建筑物組成，總裝機容量為1 400 MW，為一等大Ⅰ型工程。上水庫壩址以上集水面積為1.75 km2，設(shè)計正常蓄水位為1 030.0 m，死水位為998.0 m，調(diào)節(jié)庫容為660萬m3。上水庫大壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 034.5 m，最大壩高90.5 m，壩頂長為360.0 m。輸水系統(tǒng)總長約4 708.5 m，其中引水系統(tǒng)全長約3 166.9 m，尾水系統(tǒng)全長約1 541.6 m，電站距高比（L/H）為6.8，輸水系統(tǒng)主要包括上水庫進/出水口、引水隧洞、引水調(diào)壓室、壓力管道、尾水隧洞、下水庫進/出水口等。下水庫壩址以上集水面積為12.09 km2，設(shè)計正常蓄水位為387.0 m，死水位為353.0 m，調(diào)節(jié)庫容為641萬m3。下水庫大壩采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程391.00 m，最大壩高122.0 m，壩頂長326.6 m。電站建成后主要承擔浙江電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、儲能、調(diào)頻、調(diào)相和備用等任務(wù)。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

景寧縣位于中國東南沿海地震帶和海豐地震亞帶中，有NE向麗水—余姚弱活動性殼型深斷裂帶通過［6］。近場區(qū)斷裂主要有北東走向的麗水—余姚斷裂（F7）、溫州—泰順斷裂（F9），以及規(guī)模較小的龍泉—查田斷裂（f1）、南溪—沙灣斷裂（f2）、毛垟—長壟斷裂（f3）、雁溪—岱陽斷裂（f4）。場址區(qū)無區(qū)域斷裂構(gòu)造通過，共發(fā)育3條小型斷裂，工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

2.2 地形地貌

工程區(qū)處于浙南中山區(qū)，主要山脈為從福建伸入浙江省南部的洞宮山系，地勢由西南向東北漸傾，山脈多呈北西向延伸，海拔為220～1 300 m，屬中山地貌，最高峰位于上庫庫區(qū)東北側(cè)水巢峴（高程1 301.4 m），區(qū)內(nèi)溝谷縱橫，谷坡形態(tài)多表現(xiàn)為峽谷，坡度多為20°～45°，覆蓋層淺薄，山坡基巖多裸露。上水庫庫區(qū)主溝較順直，整體呈SSE流向，溝內(nèi)常年有水流，庫周地形坡度一般為25°～45°，庫區(qū)溝底高程為950～1 100 m，縱坡降約6%，出壩址后坡降漸陡。下水庫位于金絲坑下游，庫區(qū)金絲坑溝蜿蜒曲折，在趾板線附近沖溝整體流向由NE向折向SE。溝谷呈V形，庫周地形坡度為25°～45°，左岸多見基巖陡崖，右岸則多分布廢棄臺階狀耕地，地形相對較緩。

2.3 地層巖性

以江山—紹興斷裂為界，浙西北區(qū)屬江南地層區(qū)，浙東南區(qū)屬華南地層區(qū)。工程區(qū)屬華南地層區(qū)，區(qū)內(nèi)除三疊系地層缺失外，其余時代的地層均有發(fā)育。

3 工程區(qū)地質(zhì)條件

3.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

工程區(qū)主要地層為第四系覆蓋層和白堊系下統(tǒng)西山頭組（K1x）火山碎屑巖。根據(jù)巖土成因類型、巖性特征和埋藏條件，工程區(qū)地層由老至新分述如下。

白堊系下統(tǒng)西山頭組（K1x）自下而上共劃分為4段，第一段為含礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)含礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r，局部夾沉凝灰?guī)r；第二段為含礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r夾沉凝灰?guī)r，局部互層發(fā)育；第三段為流紋質(zhì)含礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r；第四段為火山角礫巖與流紋質(zhì)含礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r互層。

第四系主要包括殘坡積層，分布有灰褐、灰黃色粉土質(zhì)砂夾碎礫石，主要分布于山脊、緩坡及埡口一帶，厚度一般為0.5～4.0 m；崩坡積層分布有灰褐色、灰黃色塊石、碎塊石夾黏土、黏土夾碎塊石，厚度一般為1～5 m；坡洪積層，分布有灰黃、灰褐色卵（碎）礫石夾砂、黏土，漂（塊）石含量高，厚度一般為0.5～3.0 m；人工堆積層，分布有灰褐色、黃褐色粉土質(zhì)砂夾碎礫石、碎礫石夾粉土質(zhì)砂。

3.2 構(gòu)造發(fā)育情況

工程區(qū)主要出露白堊系下統(tǒng)西山頭組一套火山碎屑巖地層，局部可見流紋、流面及層面發(fā)育，上水庫壩址區(qū)流面產(chǎn)狀為N5°～15°E，NW∠20°～30°。地下廠房、尾水隧洞一帶，流面總體不發(fā)育。沉凝灰?guī)r在山前村一帶分布，巖層產(chǎn)狀約N10°～30°E，SE∠8°～15°；地下廠房長探洞沉凝灰?guī)r主要產(chǎn)狀為N65°～75°E，NW∠15°～20°，N80°～85°W，NE∠25°～30°。

工程區(qū)以斷裂構(gòu)造為主，形跡以規(guī)模不大的斷層和節(jié)理為主，斷層規(guī)模較小，Ⅱ級結(jié)構(gòu)面主要發(fā)育FⅠ、FⅡ、F102等斷層，寬度一般1～3 m。其他斷層規(guī)模較小，為Ⅲ級、Ⅳ級結(jié)構(gòu)面。節(jié)理（裂隙）較發(fā)育～輕度發(fā)育，部分區(qū)域發(fā)育或密集發(fā)育，以NW和NE陡傾角為主。地震波測試及鉆孔孔內(nèi)攝像成果表明，工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，巖體波速高，完整性較好。

3.3 水文地質(zhì)和物理地質(zhì)現(xiàn)象

抽水蓄能電站水文地質(zhì)及不良物理地質(zhì)現(xiàn)象調(diào)查是工程地質(zhì)勘察的重要工作之一［7］，調(diào)查顯示工程區(qū)地下水賦存條件可分為基巖裂隙水和孔隙性潛水，大氣降水是地下水主要補給來源，水量受季節(jié)性控制?；鶐r裂隙水賦存于基巖裂隙、斷層破碎帶中，以潛水類型為主；孔隙性潛水分布于第四系覆蓋層及全風化巖（土）層內(nèi)。上水庫壩址區(qū)左岸地下水位埋深4.95～57.50 m，右岸地下水位埋深13.60～50.10 m，溝底地下水位埋深0～1.40 m；下水庫壩址區(qū)左岸地下水位埋深19.50～90.20 m，右岸地下水位埋深7.30～56.80 m，溝底地下水位埋深0.80～1.50 m。根據(jù)鉆孔壓水試驗成果，工程區(qū)弱風化巖體主要呈弱～微透水性，微風化巖體以微透水性為主，局部破碎巖體或節(jié)理發(fā)育段呈弱透水～中等透水。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，地下水類型主要為SO42-·HCO3-·Cl-Na+·Mg2+～ SO42-·HCO3--Na+·Ca2+型，腐蝕性弱，滿足拌和與養(yǎng)護混凝土用水的相關(guān)指標要求。

下水庫（壩）區(qū)的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風化、卸荷和局部危巖體，其中下水庫右壩頭發(fā)育一塌滑體，塌滑體主要由塊石、碎石等組成。采用極限平衡法對塌滑體整體穩(wěn)定性進行定量評價，結(jié)果表明，現(xiàn)狀條件下塌滑體在天然工況的穩(wěn)定性系數(shù)K=1.305，處于穩(wěn)定狀態(tài)；塌滑體在暴雨工況的穩(wěn)定性系數(shù)K=1.079，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下，塌滑體穩(wěn)定性系數(shù)K=1.279，處于穩(wěn)定狀態(tài)（圖2）。

3.4 巖土物理力學性質(zhì)

本研究為查明巖土物理力學性質(zhì)，針對工程區(qū)不同巖土層開展了相應室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗，土工試驗結(jié)果表明工程區(qū)殘坡積土、全風化層以粉土質(zhì)砂為主。取不同巖性弱風化及微風化巖石共162組進行室內(nèi)物理力學性質(zhì)試驗，試驗結(jié)果顯示上/下水庫壩基、進/出水口及石料場、輸水發(fā)電系統(tǒng)巖石單軸抗壓強度較高，強風化、弱風化、微風化均為不軟化巖石。

上水庫壩基強風化巖石飽和單軸抗壓強度平均值為40.0 MPa，弱風化、微風化飽和單軸抗壓強度平均值分別為73.8 MPa、95.8 MPa，軟化系數(shù)分別為0.82、0.84，為不軟化巖石。上水庫進/出水口及石料場大部弱風化、微風化基巖飽和單軸抗壓強度平均值分別為54.2 MPa、80.1 MPa，軟化系數(shù)分別為0.77、0.80，為不軟化巖石。下水庫壩基巖石強風化飽和單軸抗壓強度平均值為17.4 MPa，軟化系數(shù)為0.58，為軟化巖石。弱風化、微風化飽和單軸抗壓強度平均值分別為95.5MPa、117.4 MPa，軟化系數(shù)分別為0.82、0.85，為不軟化巖石。輸水發(fā)電系統(tǒng)巖石微風化～新鮮飽和單軸抗壓強度平均值為93.4 MPa，軟化系數(shù)為0.85，為不軟化巖石。

4 主要工程地質(zhì)問題及措施建議

4.1 水庫區(qū)

4.1.1 庫岸穩(wěn)定。上水庫以巖質(zhì)岸坡為主，斷層不發(fā)育，節(jié)理以陡傾角為主，未發(fā)現(xiàn)大的滑坡、崩塌等，現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定。蓄水后，庫岸邊坡整體穩(wěn)定，局部土質(zhì)岸坡段、風化破碎巖體段岸坡穩(wěn)定性差，可結(jié)合庫盆清理進行處理。下水庫岸邊坡庫周以巖質(zhì)岸坡為主，局部可見小型危巖體等，自然邊坡穩(wěn)定，蓄水后庫岸邊坡整體穩(wěn)定，右?guī)彀洞嬖谛》秶吰禄鷨栴}，需進行工程處理。

4.1.2 水庫滲漏。上水庫庫周封閉性好，巖體呈弱～微透水性，橫切庫岸斷層不發(fā)育，兩岸近壩埡口鉆孔地下水位和相對隔水層頂板高程均高于正常蓄水位，不存在向庫外鄰谷滲漏的問題。下水庫庫周地形封閉性好，庫岸山體雄厚，庫區(qū)內(nèi)地下水出露點均高于設(shè)計正常蓄水位，水庫區(qū)同樣不存在向庫外鄰谷滲漏的問題。

4.1.3 水庫浸沒。上下水庫區(qū)為天然庫盆，設(shè)計正常蓄水位以下分布有農(nóng)田、少量民房，水庫蓄水后大部分將被淹沒，庫尾沖溝右岸為農(nóng)田，設(shè)計規(guī)劃為施工場地，后期將進行改造，因此水庫區(qū)無民房、田地浸沒的問題。下水庫少量沖溝底部或坡面分布有農(nóng)田，可結(jié)合環(huán)庫公路及清庫予以處理，水庫蓄水后不存在浸沒問題。

4.1.4 固體徑流。上庫尾段附近地形平緩，覆蓋層較厚，大部分位于設(shè)計正常蓄水位以下，可結(jié)合清庫予以處理，蓄水后，庫區(qū)固體徑流問題不突出，對水庫淤積影響不大。汛期工程區(qū)降水量大且集中，部分沖溝洪水仍會攜帶泥沙及少量碎塊石進入庫內(nèi)，建議沿環(huán)庫公路在主要沖溝內(nèi)設(shè)置攔渣措施。下庫山后寨附近土質(zhì)岸坡蓄水后小規(guī)模塌滑會造成少量固體物質(zhì)進入庫內(nèi)，應沿環(huán)庫公路在主要沖溝內(nèi)設(shè)置攔渣措施、局部覆蓋層邊坡進行清除或支護處理。

4.2 壩址區(qū)

4.2.1 壩基變形。壩基巖體以弱風化含礫晶屑玻屑熔結(jié)凝灰?guī)r為主，飽和抗壓強度平均值在70 MPa以上，斷層不發(fā)育，陡傾角節(jié)理較發(fā)育～發(fā)育，弱風化巖石質(zhì)量指標RQD平均值一般為39%～57%，巖體較破碎～完整性差，局部破碎，巖體以Ⅲ1A類、Ⅲ2A類為主，各類巖體變形模量一般大于6～8 GPa，應對斷層破碎帶進行槽挖和混凝土回填處理工作。壩體填筑后，壩基壓縮變形及不均勻沉降問題不突出。

4.2.2 壩基抗滑穩(wěn)定。壩址區(qū)兩岸地形平順，坡度一般為30°～50°，局部為基巖陡壁，沖溝溝底坡降小。壩址區(qū)斷層不發(fā)育，節(jié)理（裂隙）較發(fā)育～輕度發(fā)育，以陡傾角順溝向節(jié)理為主，緩傾下游的長大節(jié)理不發(fā)育，節(jié)理面少有泥質(zhì)、巖屑充填，且連通性差，壩基巖體質(zhì)量較好，不存在向下游滑移的軟弱結(jié)構(gòu)面組合，抗滑穩(wěn)定性較好。局部受斷層影響為Ⅳ類，可通過適當?shù)墓こ檀胧┮员ＷC其滿足堆石壩抗滑要求。

4.2.3 邊坡穩(wěn)定性評價。左壩肩為巖質(zhì)邊坡，無較大不利結(jié)構(gòu)面組合及不良地質(zhì)發(fā)育，自然邊坡穩(wěn)定性較好。左壩基開挖僅清除覆蓋層、全強風化層，并與上下游自然邊坡平順銜接，開挖深度小，不影響邊坡整體穩(wěn)定。右壩肩邊坡為巖質(zhì)結(jié)構(gòu)邊坡，無較大不利結(jié)構(gòu)面組合及不良地質(zhì)發(fā)育，自然邊坡整體穩(wěn)定，其中右壩頭塌滑體現(xiàn)狀處于穩(wěn)定～穩(wěn)定性差狀態(tài)，塌滑體清除處理后，開挖邊坡整體穩(wěn)定，坡頂邊坡開挖后應及時采取支護措施，做好坡頂、坡面截（排）水措施，可沿坡高每10～15 m設(shè)一級馬道，邊坡頂設(shè)截（排）水系統(tǒng)。趾板地基建議開挖至弱風化較完整的巖體上，并對趾板地基進行固結(jié)灌漿處理。

5 結(jié)語

本研究對浙江景寧抽水蓄能電站工程地質(zhì)條件進行了綜合評價，分析結(jié)果顯示該電站工程地質(zhì)條件整體良好，工程區(qū)庫岸及邊坡穩(wěn)定，不存在滲漏、浸沒以及固體徑流、壩基變形等工程地質(zhì)問題，存在的不良地質(zhì)現(xiàn)象在電站建設(shè)過程中易于處理。研究結(jié)果可為該電站下一步工程建設(shè)提供借鑒和指導，并為同類型抽水蓄能電站工程地質(zhì)勘察提供參考。

參考文獻：

［1］柴建峰，閆賓，王玨.“雙碳”目標下抽水蓄能電站的地勘工作［J］.水電與抽水蓄能，2022，8 （5）： 11-13， 29.

［2］王雪林，鐘海旺.新型電力系統(tǒng)背景下抽水蓄能和新型儲能協(xié)同發(fā)展研究［J］.全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2024，7（4）：363-371.

［3］周淑貞.西黑山電站工程地質(zhì)條件分析與研究［J］.海河水利，2024（7）： 91-93， 128.

［4］陳德建.仙游西苑抽水蓄能電站工程區(qū)主要工程地質(zhì)問題分析［J］.水利科技， 2008 （4）： 26-29.

［5］蘇仁庚.貴州省貴陽抽水蓄能電站工程地質(zhì)分析［J］.水電站機電技術(shù)， 2023， 46 （9）： 132-136.

［6］耿文輝，張芳，趙力強.浙江省景寧縣地質(zhì)災害評價［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)， 2000 （6）： 392-396.

［7］林金洪. 抽水蓄能電站主要工程地質(zhì)問題探討［J］.水力發(fā)電， 2013， 39 （5）： 24-26.