兩河口水電站陡傾橫向河谷工程地質問題淺析

吳章雷

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上,為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫。壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河的匯合口下游約2km河段。壩址處多年平均流量 670m3/s,水庫正常蓄水位 2865m,相應庫容 101.54億m3,具有多年調節能力。樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、泄洪、放空、地下廠房等建筑物組成。礫石土心墻堆石壩最大壩高 295.00m,電站裝機容量 300萬kW,多年平均發電量 114.91億kW·h。

2 壩址區基本條件

2.1 地形地貌

壩址區位于雅礱江與鮮水河匯合口(即兩河口)以下慶大河口以下約 1.8km河段上。枯水期水面高程約 2600m。壩址為橫向谷,兩岸山體雄厚,谷坡陡峻。左岸呈弧形凸向右岸,地形平均坡度30°～45°,局部溝梁相間,發育數條小沖溝 ;右岸為凹岸,平均坡度 25°～45°,壩址下游有阿農溝切割,其余為淺表沖溝。

2.2 地層巖性

壩址區基巖為兩河口組中、下段 (T3lh2、T3lh1)。兩河口組下段(T3lh1)總體特征以變質砂巖夾粉砂質板巖為主,據巖性組合特征可進一步分為五層,總厚度約 769m。兩河口組中段(T3lh2)巖性為粉砂質板巖,向上漸變為粉砂質板巖夾絹云母板巖及粉砂質板巖與絹云母板巖互層,可細分為五個層次,總厚度大于 725m。壩址區巖層總體產狀N60°～ 70°W/SW∠60°～70°。

2.3 地質構造

壩址區處于瓦多復背斜南翼次級的兩河口背斜的南翼,宏觀上為一單斜地層,地層層序正常。壩區的結構面分為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級,Ⅲ級結構面主要為壩區發育的規模較大的斷層,斷層破碎帶寬者可達 1m,充填物以糜棱巖、斷層泥等為主,糜棱化強烈,為壓性結構面;Ⅳ級結構面為小斷層。

Ⅴ級結構面為節理裂隙,在壩區發育的節理裂隙分為九組:①N60°～ 90°W/SW(NE)∠60°～ 85°(層面、板理 );② -1N0°～ 30°E/SE∠40°～60°,②-2N0°～30°E/NW∠40°～60°;③ -1N40°～ 60°E/NW∠10°～ 45°;③ -2N40°～ 60°E/SE∠10°～ 45°;④N0°～ 30°E/SE(NW)∠70°～ 85°;⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～85°;⑥ -1N0°～30°E/SE∠5°～ 35°,⑥ -2 N 0°～ 30°E/NW∠5°～ 35°;⑦ -1N30°～ 50°W/SW∠5°～ 30°,⑦ -2N30°～50°W/NE∠5°～30°;⑧近 EW/N(S)∠5°～ 45°;⑨N45°～50°W/NE(SW)∠60°～ 75°。

據節理裂隙力學的成因分析,壩區主要經歷了四期構造應力,σ1方向分別為 N0°～30°E、N75°W、N40°W、N50°E。在 N 0°～ 30°Eσ1的擠壓下 ,形成了壓性結構面(①組)、早期的平面“X”(②組),早期的張裂(④組)、早期的剖面“X”(⑧組);在 N75°Wσ1的作用下,晚期的平面“X”(⑤、⑨組)、晚期剖面“X”(⑥組 )形成 ;在 N40°Wσ1的作用下 ,形成了晚期剖面 “X”(③組 );在 N50°Eσ1的作用下,形成了晚期剖面“X”(⑦組)。見表1。

表1 結構面的分期配套

據壩區結構面的空間分布形態,結構面的構造組合型式為“米”字形。

3 工程地質問題分析

兩河口水電站地層產狀為 N60°～70°W/SW∠60°～70°,河流流向近 SN,為一典型陡傾橫向谷。壩區壓性結構面、早晚期的平面“X”及剖面“X”發育,構造組合型式為“米”字形。在該地質條件下有以下工程地質問題。

3.1 變 形

壩區壓性結構面(斷層)發育,破碎帶較寬,帶內充填物強度、變模低,可壓縮性好。順層擠壓帶與砂、板巖互層,軟硬相間。因此壩基、塔基等建筑物基礎置于其上時,會引起地基的不均勻沉降,導致建筑物變形。壩肩的作用力方向垂直于該壓性結構面時,也會引起壓縮變形。因此在陡傾橫向河谷要注意壓性結構面,主要是斷層對建筑物變形的影響。

3.2 壩基及壩肩抗滑穩定性

對于重力壩,壩區發育的早期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°),能構成壩基抗滑的底滑面,壩區發育的壓性結構面(①N60°～90°W/SW(NE)∠60°～85°)、早晚期的平面“X”(②組及⑤、⑨組)及張裂(④組)都可以構成側裂面,對重力壩壩基的抗滑穩定不利。拱壩壩基抗滑的地質構造條件與重力壩相同。對于拱壩壩肩抗滑,壩區發育的早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～ 45°、③N 40°～ 60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),能構成壩肩抗滑的底滑面,壓性結構面、平面“X”及張裂也都可以構成側裂面,從而影響壩肩的抗滑穩定。

由此可見,壩區發育的早期剖面“X”對重力壩抗滑穩定不利;壩區發育的早、晚期剖面“X”對拱壩的抗滑穩定不利。

3.3 洞室穩定

洞室的穩定性受軸線選擇的影響較大,早、晚期剖面“X”(⑧EW/N(S)∠5°～45°、③N40°～60°E/NW(SE)∠10°～ 45°、⑦N30°～ 50°W/SW(NE)∠5°～30°),如在洞室的頂拱發育,會引起塌頂、掉塊等工程問題。平面“X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°、⑤N50°～ 80°E/SE(NW)∠65°～ 85°、⑨N45°～ 50°W/NE(SW)∠60°～75°)及早、晚期剖面“X”如在洞室的邊墻發育,會構成低滑面,對邊墻的穩定不利。

可見,壩區發育的平面“X”及早、晚期剖面“X”,對洞室的頂拱及邊墻穩定不利。

3.4 邊坡穩定

壩區發育的早期平面 “X”(②N0°～30°E/SE(NW)∠40°～60°)構成邊坡的底滑面,壓性結構面、平面“X”及張裂都可以構成側裂面,影響邊坡的局部穩定,表現為塊體失穩。因此,壩區發育的平面“X”影響邊坡的局部穩定。

3.5 滲漏問題

壩區發育的早期張裂④N0°～30°E/SE(NW)∠70°～85°,對壩基滲漏及繞壩滲漏影響較大。

4 工程處理措施

鑒于陡傾橫向河谷的以上工程地質問題,工程上一般采取以下處理措施:

對于變形問題,采用混凝土置換,加強地基的強度,減小變形。對于壩基(肩)抗滑問題,淺層的開挖清除,深層的回填固結或錨固巖體。對于洞室及邊坡的穩定問題,工程上采取錨固處理措施。對于壩基或壩肩的的滲漏,工程上采取帷幕灌漿處理措施(見表2)。

表2 陡傾橫向河谷工程地質問題及處理措施一覽表

5 結 論

分析表明,陡傾橫向河谷發育的壓性結構面(斷層)對變形不利;早期剖面“X”對重力壩抗滑穩定不利;剖面“X”對拱壩的抗滑穩定不利;早期平面“X”及剖面“X”,對洞室的頂拱及邊墻穩定不利;早期平面“X”影響邊坡的局部穩定;早期張裂對壩基及繞壩滲漏不利。

因此,對于陡傾橫向河谷需注意的主要工程地質問題是:早期平面“X”對邊坡工程的影響,早期剖面“X”對抗滑穩定的影響。因早期的張裂與河谷平行為主要的導水結構面,故需采取灌漿處理措施。

[1]張倬元,王士天,王蘭生.工程地質分析原理[M].北京:地質出版社出版,1994.

[2]徐開禮,朱志澄.構造地質學[M].北京:地質出版社出版,1989.