青龍水電站引水隧洞工程地質條件及洞線優化

李劍鋒 江國勇

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川成都 610072)

1 工程概況

青龍水電站位于四川省阿壩州九寨溝縣境內，是白水江干流九寨溝縣河段水電規劃“一庫七級”開發方案的第7級電站。首部樞紐閘址位于九寨溝縣雙河鄉下游1.2 km的下馬崖，地面廠房位于青龍橋上游約50 m的一級階地上，左岸引水隧洞長約13.7 km，利用落差110 m，裝機容量102 MW，隧洞斷面形式為馬蹄形，開挖底寬6.7 m ～7.75 m，高 8.85 m ～9.9 m。隧洞垂直埋深一般130 m～430 m，最大達560 m，最小埋深約為50 m。隧洞區共設6個施工支洞。

2 隧址區工程地質條件

引水隧洞布置于白水江左岸，隧洞穿越區山體雄厚，地形陡峻，沿線發育5條沖溝，除抹地溝切割深度較大外，木正溝、大壩溝、牧馬溝、梨兒溝切割深度較小、縱坡降較大，抹地溝、木正溝、梨兒溝常年流水。

工程區出露地層為二迭系下統黑河組(P1h)淺變質巖系，巖性為一套濱、淺海交互相沉積的碳酸巖和部分碎屑巖，按巖性組成、沉積韻律及巖相的不同，劃分為上、下兩段。上段(P1h2)巖性為薄層灰巖、中厚層角礫灰巖、中厚層硅質條帶灰巖，夾變質砂巖、炭質千枚巖、板巖等;下段(P1h1)巖性以薄層～薄板狀灰巖與中厚層(角礫)灰巖、結晶灰巖相間出露，中厚層灰巖局部夾變質砂巖、板巖，以及花崗斑巖巖脈。其中2號施工支洞～3號施工支洞間的調整洞段(P3～P5)地層為下段第三～七亞層

隧址區在構造上位于玉瓦～南坪地塊內的陵江～青龍背斜西南翼近背斜軸部，宏觀上屬單斜構造，地層總體產狀為N25°～40°W/SW(NE)∠60°～80°，與河流近平行。

3 施工支洞揭示的工程地質條件

3.1 施工支洞圍巖地質條件

1)2號施工支洞原設計長度516 m。開挖至樁號0+447.5 m掌子面巖性為厚層狀灰巖，巖體堅硬新鮮完整，部分滲滴水，為Ⅲ級圍巖。

2)3號施工支洞設計長度486.3 m。開挖揭示0+264 m～0+486.3 m段為中厚～厚層狀灰巖，其中0+264 m ～0+374 m段圍巖裂隙發育，巖體較破碎，呈塊裂結構，滲滴水，為Ⅳ級圍巖;0+374 m～0+486.3 m巖體新鮮堅硬，較完整，局部滲滴水，為Ⅲ類圍巖。開挖至0+486.3 m處，巖性為薄層～薄板狀灰巖夾少量板巖、千枚巖，層面裂隙發育，層間結合力差，為Ⅳ級～Ⅴ級圍巖。

3.2 洞線設計原則及原設計洞線隧洞圍巖條件

隧址區地層巖性復雜，各層位巖石力學性質差異較大。其中中厚層狀角礫灰巖、中厚層狀硅質條帶灰巖、中厚層狀結晶灰巖的圍巖穩定性較好，除少量破碎巖體屬Ⅳ級圍巖外，一般屬Ⅲ級圍巖。而薄層～薄板狀灰巖、板巖、千枚巖因層間結合力差，尤其是巖層陡傾與洞壁小角度相交時，圍巖穩定性差，圍巖類別為Ⅳ級～Ⅴ級。因此，引水隧洞洞線的設計原則上位于圍巖級別較高的中厚層狀角礫灰巖、硅質條帶灰巖及結晶灰巖等層位中，主洞與支洞交匯段應力較集中，應盡量選擇圍巖較穩定的中厚層狀灰巖中。

但因隧洞埋深較大，隧址區變質巖巖性組合復雜，巖層產狀變化大，且斜坡淺表部巖層傾倒變形強烈，受勘察工作量等的限制，設計階段對地層層位的確定存在較大的不確定性。根據上述支洞揭示地質條件，修正完善了引水隧洞1 245 m平切面工程地質圖(見圖1)。

1)若2號施工支洞按原設計方案開挖，在主支交匯段地層巖性將由中厚層狀灰巖漸變為薄層～薄板狀灰巖夾板巖、千枚巖，且受木正溝溝水影響，從0+350 m地下水逐漸增大，位于木正溝越近地下水將越豐富，不利于圍巖的穩定;支洞樁號0+447.5 m處為厚層狀灰巖，巖體新鮮堅硬，較完整，部分滲滴水，為Ⅲ級圍巖，該處垂直埋深大于300 m，基本滿足主支交匯處圍巖條件。

2)若按原設計方案，隧洞P4～P5段(段長2 150 m)在薄層～薄板狀灰巖夾少量板巖、千枚巖中穿行，且洞向與巖層走向近于平行，圍巖以Ⅳ級～Ⅴ級為主。

圖1 青龍水電站引水隧洞高程1 245 m平切地質圖（P3～P5段）（1： 5 000）

表1 隧洞P3-1～P5-1段圍巖成果表

4 洞線優化及隧洞圍巖級別

上述分析表明，原設計洞線方案不利于隧洞圍巖的穩定。根據上述洞線設計原則，P3～P5洞段洞線調整如下:

1)確定2號支洞樁號0+447.5 m、3號支洞樁號0+412 m為主洞與支洞的交匯處，均位于圍巖條件較好的中厚層狀灰巖中。

2)將P3，P4分別調整至P3-1和P4-1點，使該段洞線與巖層走向交角由47°增大為52°，有利于圍巖穩定;該段開挖后，Ⅳ類圍巖洞段初期支護以噴錨掛網支護為主，Ⅲ類圍巖洞段以噴混凝土封閉圍巖為主。

3)將P5調整至P5-1，并與P4-1點相連，使該洞段位于圍巖條件較好的中厚層狀灰巖中。

調整后P3-1～P5-1間洞段圍巖巖性及圍巖級別見表1，調整洞段長4 060 m，其中Ⅲ級圍巖洞段長3 603 m，Ⅳ級圍巖洞段長457 m。

5 結語

1)對于巖性復雜且產狀變化大的深埋引水隧洞，因受勘察工作量的限制，設計階段根據地表地層界線推測深部隧洞地層層位存在較大的不確定性，隧洞圍巖的地質條件可與實際存在較大差異。因此在施工階段應尤其重視施工支洞的地質工作，對前期地質資料進行修正完善，進而論證洞線布置的合理性。

2)在與河流小角度展布的陡傾巖層區修建隧洞，在確保引水線路總長變化不大的前提下，應充分利用圍巖穩定條件較好的厚～中厚層狀地層，且應盡可能呈大角度穿越圍巖穩定條件差的薄～薄板狀地層(如板巖、千枚巖)，使之有利于圍巖穩定，減小施工難度，加快施工進度，節省初期支護量。