碩曲河洞松水電站引水隧洞圍巖分類

陳利友

(四川省水利水電勘測設(shè)計研究院 勘察分院,四川成都 611731)

1 工程概況

洞松水電站位于四川省甘孜州鄉(xiāng)城縣境內(nèi),是金沙江左岸二級支流碩曲河規(guī)劃梯級開發(fā)方案中的第四個梯級電站,為低閘長引水式,正常蓄水位高程 2 754 m,總庫容 154萬 m3,引 用 流 量103.5 m3/s,利用最大落差 221.9 m,電站裝機180 M W。電站以有壓隧洞引水,引水隧洞沿碩曲河右岸傍山布置,全長 18.084 k m,設(shè)計斷面為馬蹄形,底寬 4.5 m,高 6.36 m。

2 引水線路基本地質(zhì)條件

引水線路沿線為近南北向的條形山,除零星分布有Ⅰ級河流階地外,大多岸坡陡峻。引水線路沿線分布三疊系上統(tǒng)圖姆溝組和第四系地層。三疊系上統(tǒng)圖姆溝組(T3t)地層為以深灰色薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂巖與板巖互層,局部夾有流紋巖和中基性火山巖及灰?guī)r透鏡體,屬淺-中等變質(zhì)巖系。引水線路位于區(qū)域性斷層——鄉(xiāng)城斷層和索讓斷層之間,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,穿越規(guī)模較大的斷層9條。巖層陡傾右岸,層面裂隙極其發(fā)育,巖層走向與引水隧洞軸線大多呈小角度相交。引水線路沿線物理地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育,僅局部見崩塌和滑坡且遠(yuǎn)離洞軸線,對引水隧洞影響不大。

引水線路區(qū)地下水分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型,松散巖類孔隙水主要賦存于第四系松散堆積層中,基巖裂隙水賦存于變質(zhì)砂巖與板巖裂隙中。由于引水線路沿線順坡分布多層板巖相對隔水層,因此,引水線路沿線很少有泉點出露。

3 引水隧洞采用的勘察方法及圍巖分類原則

(1)勘察方法。

洞松水電站為典型的川西高山高原變質(zhì)巖地區(qū)的長引水式電站。電站引水隧洞沿線以陡傾角,軟、硬相間的薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂、板巖為主,洞軸線與巖層走向多呈小角度相交或近于平行。此類工程引水隧洞與平原、丘陵地區(qū)近水平的沉積巖地層的引水隧洞勘察方法有所不同。

水平沉積巖地區(qū)中的引水隧洞穿過的巖性層位一般不多,在適當(dāng)位置布置一個勘探鉆孔即可揭示整個工區(qū)的所有巖層,再通過隧洞進(jìn)、出口及沿線洞底高程附近的基巖露頭進(jìn)行調(diào)查,即可對整個隧洞圍巖有一個較為清晰的把握。而類似洞松水電站工程引水隧洞的勘察,由于其巖層陡傾,河流為縱向谷,隧洞沿線地層順河分布,隧洞穿過的巖性層位較多,機動鉆探有明顯的局限性,其揭示的巖性層位非常有限;且因其洞線多位于山頂或陡峻的岸坡上部,地形險峻,勘察人員幾乎無法沿布置的洞線進(jìn)行調(diào)查,主要采用沿線路岸坡進(jìn)行調(diào)查,但沿線岸坡露頭地層界線也無法延伸至洞線上,可見以上常用的線路勘察方法對此類引水隧洞圍巖調(diào)查均有明顯的局限性。根據(jù)實踐經(jīng)驗,對此類隧洞圍巖的調(diào)查比較行之有效的方法是硐探。但該工程由于洞線靠山體內(nèi)較多,要求勘察平硐的深度較大,勘察成本高,工期長,故在工程勘察中未采用。最后主要通過對隧洞沿線幾條橫切洞線的沖溝進(jìn)行測繪、調(diào)查,以洞線穿越?jīng)_溝所在部位露頭的巖性及其結(jié)構(gòu)特征推測其控制洞段的圍巖特征。此外,考慮工區(qū)大的構(gòu)造環(huán)境,結(jié)合沿線地表調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的大量次級小斷層、擠壓破碎帶、揉皺、褶曲等小構(gòu)造,預(yù)見了沿線隧洞內(nèi)可能遇到的同樣問題,在隧洞圍巖分類時考慮了其對圍巖穩(wěn)定的影響。

(2)圍巖分類原則。

圍巖分類綜合考慮到巖石強度、結(jié)構(gòu)、巖體完整程度、結(jié)構(gòu)面特征及其與洞軸線的組合關(guān)系、地下水影響和地應(yīng)力等因素,采用《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中有關(guān)圍巖工程地質(zhì)分類的標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》G B 50287-99對洞身圍巖進(jìn)行了詳細(xì)分類。根據(jù)引水隧洞的巖性和結(jié)構(gòu)面組合特征,所采用的圍巖分類原則如下:中厚層狀新鮮變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖和灰?guī)r為Ⅲ類;薄層狀結(jié)構(gòu)的巖體及弱風(fēng)化中厚層狀巖體為Ⅳ1類;極薄層狀及碎裂相嵌結(jié)構(gòu)巖體為Ⅳ2類;散體結(jié)構(gòu)巖體為Ⅴ類。

4 引水隧洞主要工程地質(zhì)問題評價

(1)引水隧洞全長 18.084 k m,隧洞圍巖以軟質(zhì)巖和中硬巖為主,大部分洞段洞線與巖層走向交角較小,并分布有斷層破碎帶、擠壓破碎帶等且穿過向斜軸部,因此,圍巖類別較低,以Ⅳ1、Ⅲ類圍巖為主,次為Ⅳ2類,少量為Ⅴ類。Ⅲ類圍巖占隧洞總長度的 17.4%,Ⅳ1類圍巖占 53.8%,Ⅳ2類圍巖占 22.7%,Ⅴ類圍巖占 6.1%。Ⅲ、Ⅳ1類圍巖成洞條件較好,Ⅳ2、Ⅴ類圍巖成洞條件差。由于巖體受鄉(xiāng)城斷裂(F 50)和索讓斷裂(F 48)兩斷層的影響,次級小斷層和層間擠壓錯動破碎帶較發(fā)育,施工中遇到了此類問題,其圍巖類別相應(yīng)降低至Ⅴ類。

(2)洞線穿越館溝、拉洼雄溝等洞段,溝底高程較低,地表覆蓋層較厚,巖體風(fēng)化破碎,地表水活動強烈,地下水位較高,對施工和隧洞成洞和成形影響較大,施工中應(yīng)引起足夠重視并采取相應(yīng)的工程處理措施。

(3)隧洞主要傍山通過,側(cè)向埋深 180～600 m,垂直埋深 150～500 m,以板巖和變質(zhì)砂巖為主,巖層陡傾,存在緩傾角結(jié)構(gòu)面,預(yù)測洞頂和洞壁巖體存在沿結(jié)構(gòu)面垮塌的機率較大,施工中應(yīng)采取相應(yīng)的防范措施。

(4)隧洞穿過 f54和 f56等斷層帶洞段,地下水活動可能較強烈,存在涌水和坍塌的可能;在隧洞穿越龍門色松向斜軸部時,其巖體完整性差,為匯水構(gòu)造,存在突發(fā)性涌水、坍塌的可能,施工中應(yīng)引起足夠重視并采取相應(yīng)的工程處理措施。

5 前期地質(zhì)勘察中隧洞圍巖分類的得失

目前,該工程已開工兩年多時間,其施工支洞大多已貫通,主洞施工已完成過半。將隧洞施工開挖揭示的情況與前期勘察中的圍巖分類進(jìn)行對比,證明前期勘察中引水隧洞圍巖的分類能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)實際圍巖情況(以Ⅳ類圍巖為主,Ⅲ、Ⅴ類次之),能完全滿足設(shè)計使用,在施工過程中能預(yù)判圍巖變化,對施工具有較好的指導(dǎo)意義;同時,由于客觀條件的限制,使得個別地段施工揭示的實際圍巖類別有所下降,其原因主要是Ⅲ類圍巖略微減少,而Ⅴ類圍巖略微增多。通過分析、總結(jié)后得知,造成前期勘察中的圍巖分類與實際圍巖類別差異的主要原因是:(1)局部地段存在地下水影響,使得相應(yīng)洞段實際圍巖類別下降。工區(qū)巖層為陡傾角板巖與變質(zhì)砂巖互層,順河向分布。由于板巖為相對隔水層,沿河兩岸均分布有多層相對隔水的板巖層,故在兩岸坡未見有泉水點出露。在進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查時,據(jù)此認(rèn)為兩岸地下水位較低,隧洞內(nèi)地下水活動較弱,實則依據(jù)不足。實際上,該工程引水隧洞沿岸未見泉點出露正好說明順河多層相對隔水層的存在,從而導(dǎo)致兩岸山體內(nèi)地下水向河流排泄不暢,地下水易匯集,水位反而可能較高。(2)前期勘察揭示引水隧洞圍巖主要涉及變質(zhì)砂巖、碳質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖,而施工開挖揭示引水隧洞局部地段還有千枚巖存在,千枚巖與泥質(zhì)板巖質(zhì)地、結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為相似,巖質(zhì)軟弱,呈薄板或薄片狀,但千枚巖的實際工程性狀較板巖還差,其圍巖分類多屬Ⅴ類。本次在區(qū)域性大斷層附近的 4、5號施工支洞揭示了較多的灰綠色千枚巖是造成該段實際Ⅴ類圍巖增多的主要原因。

6 結(jié) 語

該電站引水隧洞沿線以陡傾角,軟、硬相間的薄 ～極薄層狀變質(zhì)砂、板巖為主,洞軸線與巖層走向多呈近于平行或呈小角度相交,此類引水隧洞與平原、丘陵地區(qū)近水平沉積巖地層的引水隧洞勘察方法有所不同。引水隧洞的地質(zhì)情況主要通過對隧洞沿線幾條橫切洞線的沖溝進(jìn)行測繪、調(diào)查,并以洞線穿越?jīng)_溝所在部位露頭的巖性及其結(jié)構(gòu)特征推測其控制洞段的圍巖特征;此外,考慮工區(qū)大的構(gòu)造環(huán)境,結(jié)合沿線地表調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造形跡,分析其對圍巖穩(wěn)定的影響,從而對隧洞圍巖類別作出了較為準(zhǔn)確的劃分。經(jīng)施工驗證,上述圍巖類別劃分方法對該工程圍巖類別的劃分能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)實際圍巖情況,完全能滿足設(shè)計使用,在施工過程中能預(yù)判圍巖變化,對隧洞施工具有較好的指導(dǎo)意義。