油菜河水庫發電引水隧洞工程地質評價

張 斌，任興隆

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550001)

0 引言

油菜河水庫位于貴州省安順市龍宮風境區上游9 km，距安順市約13 km，是一座集灌溉、發電、防洪、供水、養殖、旅游為一體的多功能綜合利用的龍頭水庫。該水庫是在強巖溶地帶堵洞筑壩建庫。以下主要對該水庫發電引水隧洞的地質條件進行了分析和評價。

1 工程概況

油菜河水庫正常高水位1 290 m，總庫容5 960萬m3，壩高41 m，壩型為漿砌石單曲拱壩。發電引水隧洞是油菜河水庫配套工程的控制性工程，主要包括閘門井、引水隧洞、調壓井、豎井及壓力鋼管段，隧洞埋深32～167 m。

隧洞進口底板高程1 265.0 m，水力坡降5‰，經調壓井段后接壓力鋼管，出口底板高程1 208.25 m，發電引水隧洞為有壓圓型隧洞，開挖斷面為r=1.3 m，設計引水流量 Q=8.13 m3/s。隧洞總長為1 437 m。

由于發電引水隧洞內已出現了大量的涌水、涌泥及造成了茨菜沖巖溶洼地附近地表塌陷，基于隧洞的水文及工程地質條件特別復雜，且存在安全隱患的前提下，安順市西秀區水利局組織參建各方及有關專家綜合分析、討論研究決定初步采用改線方案，即在樁號0+720 m處往左側繞行原隧洞軸線，接樁號0+320。

為查明發電引水隧洞的水文及工程地質條件，改線后的方案是否可行，及改線后引水隧洞是否再次遭遇較大規模的涌水、涌泥現象等，必須加強勘查，進行工程地質評價[1]。

2 引水隧洞地質條件分析

2.1 基本地址條件

基本地址條件包括:地形地貌、地層巖性和地質構造。

2.1.1 地形地貌

0+320～0+620段以N51°W方向橫穿茨菜沖洼地底部，茨菜沖洼地底部高程在1 295～1 297 m，兩岸山頂高程一般在1 435～1 459 m，相對高差140～160 m。

引水隧洞穿行區周圍洼地星羅棋布，巖溶較發育。隧洞沿線附近無大的江河分布，在隧洞經過區分布于油菜河及石頭寨小河之間，隧洞底板高于河床，詳見圖1。

2.1.2 地層巖性

依據地表地質測繪結合施工開挖揭露，本段引水隧洞區主要穿越三迭系關嶺組第三段(T2g3)的地層。

第三段(T2g3)為灰至灰白色中厚層白云巖及白云質灰巖，分布于該段隧洞的地表及洞內。第四系(Q)主要為殘坡積的黏土及黏土夾碎石層，主要分布于隧洞穿越區的緩坡及低洼地帶。

2.1.3 地質構造

工程區位于揚子準地臺，黔北臺隆遵義斷拱貴陽復雜構造變形區(I1A3)西側，與黔南臺陷西北和六盤水斷陷東南相比鄰。測區節理裂隙較為發育，主要方向呈北東向，其特點是延伸長，發育較密集。隧洞穿越區無大的斷裂構造發育，總體表現為單斜構造，巖層較為平緩、傾角多在10°～15°。

圖1 引水隧洞地貌圖

2.2 隧洞區巖溶水文地質條件

2.2.1 巖溶

據地表地質調查，工程區可溶巖巖溶發育程度較高，主要以溶溝、溶槽、溶洞、巖溶天窗、落水洞、巖溶管道等形式存在[2]。

2.2.2 水文地質條件

工程區主要的水文地質條件如下:

1)工程區大部分為關嶺組(T2g3)的白云巖及白云質灰巖，巖溶發育，無隔水層分布。

2)地下水主要靠大氣降水補給，地下水和地表水有明顯的聯通關系，枯季地表水因補給地下水而干涸，洪季地下河因排水不暢溢出地表洼地而形成地表河(湖)。

3)地下水位一般埋藏較淺，變幅不大，隧洞基本位于地下水位以下。

4)地下水的出露和排泄條件主要受地貌和所處的地層巖性及構造控制，一般出露與洼地和相變帶附近，明流與白云巖分布地段，暗流與灰巖地段，其水流坡降明流較緩，暗流陡，地下水力縱向坡降一般為1%～1.3%。最大坡降高達2.56%。

3 隧洞涌水涌泥原因分析

鑒于目前施工方提出的清渣難度較大，且有安全隱患的前提下，我院組織專家及相關工作人員深入現場開展工程地質測繪及相關勘探及物探工作，認為引水隧洞大量涌水、涌泥的原因如下:

1)馬園沖巖溶管道是引水隧洞區內主要發育的巖溶管道，當隧洞開挖至掌字面(0+620 m)時，巖溶管道瞬間被擊穿，導致該管道內長期淤積的充填物順水沖擊而下，瞬間封堵引水隧洞至樁號0+730 m。

2)據地表地質測繪及鉆探、物探資料顯示，茨菜沖洼地內巖溶不甚發育，僅表層局部有巖溶現象，一般集中在10～20 m，高于引水隧洞頂板高程，但由于茨菜沖洼地內裂隙縱橫交錯，且延伸較長，導致該洼地與馬園沖巖溶管道產生水力聯系，當引水隧洞產生大規模的涌水、涌泥情況后，茨菜沖洼地內的覆蓋層及充填物順裂隙被帶入馬園沖巖溶管道，因而導致洼地內發生地表塌陷及地表裂縫情況。

鑒于上述原因，院組織專家研究決定采用改線方案，即在樁號0+720 m處往左側繞行原隧洞軸線，接樁號0+320 m。

4 隧洞改線后工程地質條件評價

4.1 樁號0+320～0+357.68 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，據物探及鉆探資料顯示，巖體完整性較好，溶蝕現象不發育，成洞條件較好。

該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類。建議巖體物理力學 參 數:Ⅲ 類 圍 巖 fk =4－5，K0=20～30 mPa/cm。

4.2 樁號0+357.68～0+377.68 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。據物探及鉆探資料顯示，隧洞底板附近巖體完整性較差，溶蝕現象發育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中可能遇見溶蝕洞穴、溶隙等，初部估計遭遇溶洞率為20%，隧洞埋深一般為30～36 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數:Ⅴ類圍巖 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.3 樁號0+377.68～0+449.07 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據物探及鉆探資料顯示，巖體完整性較好，溶蝕現象不發育，成洞條件較好。隧洞埋深一般為32～37 m。

該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類。建議巖體物理力學參數:Ⅲ類圍巖 fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm。

4.4 樁號0+449.07～0+469.07 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°，據物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，溶蝕現象發育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中可能遇見溶蝕洞穴、溶隙等，初步估計遭遇溶洞率為20－25%，隧洞埋深一般為33～36 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數:Ⅴ類圍巖fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.5 樁號0+469.07～0+618.50 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

根據相關地址勘查資料顯示，得出的該樁號的巖體是比較完整的，并且溶蝕現象不發育，具有良好的成洞條件。可以得出該樁號段隧洞的圍巖類型為Ⅲ類。

4.6 樁號0+618.50～0+638.50 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，溶蝕現象發育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中遭遇馬園沖巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性大，隧洞埋深一般為90～106 m。該段隧洞建議考慮為特殊地質段。

4.7 樁號0+638.50～0+738.70 m

該段出露地層巖性為三疊系中統關嶺組第三段(T2g3)灰色中至厚層灰質白云巖，巖層產狀126∠35°。

據物探及鉆探資料顯示，隧洞頂板附近巖體完整性較差，局部溶蝕現象發育，隧洞開挖過程中遭遇巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性較大，初步估計遭遇溶洞率為10%，隧洞埋深一般為94～144 m。該段隧洞圍巖類別主要為Ⅲ類，局部溶蝕現象發育段為Ⅴ類。建議巖體物理力學參數:Ⅲ類圍巖fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm;Ⅴ類圍巖 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa;

5 結論及建議

1)工程區節理裂隙較為發育，縱橫交錯，主要方向呈北東向，其特點是延伸長，發育較密集。

2)引水隧洞穿行區周圍洼地星羅棋布，巖溶較發育。

3)根據工程區巖溶發育特征及巖溶地下水的補給排泄徑流條件以及系統之間的相互關系，隧洞區主要發育馬園沖及爛壩沖巖溶管道系統。

4)馬園沖巖溶管道是引水隧洞區內主要發育的巖溶管道，當隧洞開挖至掌字面(0+620 m)時，巖溶管道瞬間被擊穿，導致該管道內長期淤積的充填物順水沖擊而下，瞬間封堵引水隧洞至樁號0+730 m。

5)工程區區巖溶及節理裂隙發育，大部分巖溶破碎帶異常均在孔深20 m以上，對隧道施工影響較小，少部分巖溶破碎帶異常在隧道附近，對隧道施工有一定影響，但可采取工程措施進行處理。鑒于原隧洞施工難度較大，存在較大的安全隱患，因此建議對該段隧洞進行改線處理。

6)經改線后發電引水隧洞增加長度約18 m，其中0+320～0+618.5 m成洞條件較好，巖溶不甚發育，初步估計遭遇溶洞率為10% ～25%，施工期間遇見地下滲水、涌水的幾率很大，隧洞施工時特別是雨季施工，應加強超前地質預報及地下水的引排處理及應急方案預設等措施，樁號0+618.50～0+638.50 m段，溶蝕現象發育，成洞條件較差，隧洞開挖過程中遭遇馬園沖巖溶管道及溶蝕洞穴、溶隙等可能性大，該段隧洞建議考慮為特殊地質段;0+638.50～0+738.70 m段主要為Ⅲ類，局部溶蝕現象發育段為Ⅴ類，應加強超前地質預報及地下水的引排處理及應急方案預設等措施。

7)由于該隧洞段工程地質及水文地質條件特別復雜，施工難度及安全隱患較大，建議加強施工地質配合工作。

[1]徐峻嶺.引硫濟金引水隧洞主要工程地質問題研究[J].西北水電，1997(01):45－47.

[2]楊德軍，蒙玉霖.格魯吉亞卡杜里水電站引水隧洞巖體工程地質分析[J].四川水力發電，2004(04):23－24.