軒萊水電站導流方案選擇和適宜性分析

王捷

（福建省水利水電工程局有限公司福建泉州362000）

軒萊水電站導流方案選擇和適宜性分析

王捷

（福建省水利水電工程局有限公司福建泉州362000）

本文結合軒萊水電站工程施工導流方式比選，詳細分析了左岸導流泄洪遂洞方案、左岸導流明渠方案，并對兩種導流方案進行了工程地質分析和適宜性等因素分析比較，最后從施工難度、工期、質量、投資成本等角度選擇了隧洞導流設計方案。

軒萊水電站；導流方式；隧洞；明渠；適宜性

1 工程概述

鎮康縣軒萊水電站是利用南捧河上游軒干河段進行開發的水電站項目。南捧河屬怒江流域南汀河水系，是南汀河干流中下游右岸加入的一條一級支流。軒萊水電站裝機16MW，電站最大引用流量37m3/s，為引水式小（I）型水力發電站。電站取水口位于鎮康縣勐堆鄉與鳳尾鎮相聯的軒干河上，取水壩地理位置東經98°58′7″，北緯23°53′49″，廠址位于軒干河與鳳尾河匯口上游約100m軒干河右岸，左岸為匯華硅廠廠區，廠址距軒萊大橋約200m，橋右岸公路可至南傘，左岸公路可至鳳尾壩（原縣城）交通條件較好。電站廠址距南傘縣城公路里程35km，至昆明公路里程為805km，廠址距壩址公路里程4.2km。

2 導流泄洪隧洞方案選擇

導流泄洪隧洞位于左岸山體。導流洞全長約466.65m(其中隧洞段約為347.28m)，進口底板高程967.00m，城門洞型，洞徑規模(寬×高)7m×8m。

2.1 基本地質條件

隧洞橫穿法郎組上段上部第二層（T2fb-2）、第三層（T2fb-2-3）及第四層（T2fb-2-4）地層，巖性灰褐、青灰色薄層粉砂巖及灰黃色厚層狀細砂巖。巖層產狀變化大，隧洞軸線與巖層走向夾角65°左右，巖層傾角45°～62°。

穿越樞紐區褶皺構造，斷裂構造不發育。除層間裂隙發育外，其余構造裂隙不發育。大部巖體完整性為中等，滲透性為弱—中等，地下水主要位于洞身附近，對隧洞圍巖穩定性影響小。

隧洞主要處在強～弱風化巖體之中，進口段和出口段為強風化巖體。出口段明渠位于河床堆積層中。

2.2 遂洞工程地質評價

（1）洞臉穩定性

進口215.6m～245.3m段：明挖段，洞臉岸坡表層為殘坡積碎石土，覆蓋層厚度小于3m，現處于穩定狀態。下伏基巖巖層傾向山內偏下游，地形坡度35°～40°，隧洞軸線與巖層傾向基本一致，對穩定有利，進口洞臉自然邊坡基本穩定；

出口592.7m～683.0m段：明渠段，洞臉山內側岸坡表層為第四系殘坡積碎石土，厚度小于3m，底板部位為河床砂卵礫石層。山內側岸坡穩定性差，巖層總體陡立傾向下游，自然邊坡穩定性差。開挖邊坡穩定性差。進、出口開挖邊坡需采取工程措施處理。

（2）圍巖分類

導流泄洪隧洞圍巖主要以強～弱風化巖體薄層粉砂巖及厚層細砂巖為主，隧洞洞徑跨度較大，總體對圍巖的穩定不利。

①進口段215.6m～245.3m

該段圍巖主要為強風化細砂巖夾粉砂巖，巖體層理發育，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，存在軟弱結構面及不利結構面組合，巖體整體呈層狀碎裂結構夾層狀裂隙結構，地下水處于洞身以下，隧洞圍巖自身自穩能力差，開挖中易產生坍落破壞。總體上該段隧洞圍巖主要屬“Ⅴ”類圍巖。

②245.3m～300.3m段

該段圍巖主要為弱風化細砂巖夾粉砂巖，巖體層理發育，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，存在軟弱結構面及不利結構面組合，巖體整體呈層狀碎裂結構夾層狀裂隙結構，地下水處于洞身以下，隧洞圍巖自身自穩能力較差，開挖中易產生坍落破壞。該段隧洞總體屬Ⅲ類夾30%～40%Ⅳ類、Ⅴ類圍巖。

③300.3m～405.9m段

該段圍巖主要為弱風化薄層粉砂巖，巖體層理發育，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，存在軟弱結構面及不利結構面組合，地下水處于洞身以下，隧洞圍巖自身自穩能力差，開挖中易產生坍落破壞。該段隧洞總體屬Ⅳ類夾10%～20%Ⅲ類、20%～30%Ⅴ類。

④405.9m～497.0m段

該段圍巖主要為弱風化細砂巖夾粉砂巖，巖體層理發育，穿越斷層f4，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，存在軟弱結構面及不利結構面組合，巖體整體呈層狀碎裂結構夾層狀裂隙結構，隧洞圍巖自身自穩能力較差，開挖中局部產生坍落破壞。該段隧洞總體屬Ⅲ類夾30%～40%Ⅳ類、Ⅴ類圍巖。

⑤497.0m～563.0m段

該段圍巖主要為弱風化薄層粉砂巖，巖體層理發育，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，存在軟弱結構面及不利結構面組合，巖體整體呈層狀碎裂結構夾層狀裂隙結構，隧洞圍巖自身自穩能力差，開挖中易產生坍落破壞。該段隧洞總體屬Ⅳ類夾30%～40%Ⅴ類圍巖。

⑥563.0m～592.7m段

該段圍巖主要為弱風化薄層粉砂巖，巖體層理發育，巖層傾角較陡，巖體完整性差，呈破碎～較破碎狀態，沖溝處上部覆蓋厚度小于7m，隧洞開挖中易產生坍塌及淺層滑動破壞，隧洞圍巖自身自穩能力差，易產生坍塌。該段隧洞總體屬Ⅴ類圍巖。

2.3 導流遂洞施工處理措施

明挖段建議開挖坡比：覆蓋層1：1.25，基巖1：0.75。洞臉邊坡應進行專門錨固護坡處理。“Ⅴ”類圍巖段隧洞采取導洞方式開挖，小炮爆破，并有超前臨時支護措施，及時進行排水和鋼筋混凝土襯砌。“Ⅳ”類圍巖段隧洞采取導洞方式開挖，小炮爆破，及時進行鋼筋混凝土襯砌。“Ⅲ”類圍巖段隧洞采取全斷面一次性開挖，光面爆破，進行噴錨，局部不穩定位置進行掛網噴錨或系統錨桿加固，并進行鋼筋混凝土襯砌處理。

3 導流明渠方案工程

導流明渠布置于左岸，全長約443m，進口底板高程968.0m，出口底板高程966.0m，明渠底寬約20m，高約17m。

3.1 基本地質條件

左岸坡面產狀57°∠35°～39°，山坡微向右岸突出，為陡坡地形。明渠橫穿法郎組上段上部第二層（T2fb-2）、第三層（T2fb-2-3）及第四層（T2fb-2-4）地層，巖性灰褐、青灰色薄層粉砂巖及灰黃色厚層狀細砂巖。巖層產狀變化大，明渠軸線與巖層走向夾角65°左右，巖層傾角45°～62°。

穿越樞紐區褶皺構造，斷裂構造不發育。除層間裂隙發育外，其余構造裂隙不發育。大部巖體完整性為中等，滲透性為弱—中等，地下水主要位于底板附近或略高于底板，對邊坡穩定性影響較小。明渠主要處在強～弱風化巖體之中，出口段明渠位于殘坡堆積層中。

3.2 明渠工程地質評價

（1）58.8m～108.3m段—邊坡較穩定段

地形坡度35°～39°，地表殘坡堆積層厚約2m～4m，為橫向坡，巖體呈層狀裂隙結構，巖體強風化下限深12m～16m。設計明渠底板在強至弱風化巖體內，地下水位在底板附近，內邊坡開挖高25m～70m，外邊坡開挖高5m～15m。除局部卸荷裂隙發育外，無其它不良物理地質體發育。該段邊坡主要呈橫向坡結構，主要結構面組合未形成傾向山外的軟弱滑動面，自然岸坡及開挖邊坡均較穩定。巖體強度滿足明渠承載力要求，透水性中等，底板巖體抗沖刷能力中等。

（2）108.3m～374.7m段—邊坡較穩定至邊坡穩定較差段

地形坡度35°～39°，地表殘坡堆積層厚約2m～5m，局部基巖裸露，為橫向坡，巖體呈層狀裂隙結構，巖體強風化下限深8m～ 16m。設計明渠底板在弱風化巖體內，地下水位在底板附近或略高于底板4m～9m，內邊坡開挖高60m～90m，外邊坡開挖高15m～30m。除局部卸荷裂隙發育外，無其它不良物理地質體發育。該段邊坡主要呈橫向坡結構，主要結構面組合未形成傾向山外的軟弱滑動面，自然岸坡較穩定，但由于開挖邊坡屬高邊坡，開挖邊坡均較穩定（108.3m～153.8m、215.8m～267.7m）至邊坡穩定較差（153.8m～215.8m、267.7m～374.7m）。巖體強度滿足明渠承載力要求，透水性中等。底板巖體抗沖刷能力中等。

（3）374.7m～417.0m段—邊坡不穩定段

橫穿左壩肩下游小山脊，地形坡度36°～39°，地表殘坡堆積層厚約5m～8m，為橫向坡，巖體呈層狀裂隙結構，巖體強風化下限深8m～15m。設計明渠底板在弱風化巖體內，地下水位高于底板6m～8m，內邊坡開挖高50m～65m，外邊坡開挖高15m～20m。卸荷裂隙較發育，地表有崩坡積層分布。該段邊坡主要呈橫向坡結構，主要結構面組合有形成傾向上游偏山外的軟弱滑動面，自然岸坡較不穩定，開挖邊坡不穩定。巖體強度滿足明渠承載力要求，透水性中等，底板巖體抗沖刷能力中等。

（4）417.0m～466.9m段—邊坡穩定較差段段

地形坡度32°～35°，地表殘坡堆積層厚約2m～3m，局部基巖裸露，為橫向坡，巖體呈層狀裂隙結構，巖體強風化下限深7m～11m。設計明渠底板在強風化巖體內，地下水位高于底板3m～6m，內邊坡開挖高25m～50m，外邊坡開挖高5m～15m。除局部卸荷裂隙發育外，無其它不良物理地質體發育。該段邊坡主要呈橫向坡結構，主要結構面組合未形成傾向山外的軟弱滑動面，自然岸坡較穩定，由于開挖都在強風化巖體中，故開挖邊坡穩定較差。巖體強度滿足明渠承載力要求，透水性中等，基礎部分在第四系松散層中，底板巖體抗沖刷能力弱。

3.3 導流明渠施工處理措施

建議梯形斷面分臺開挖，開挖坡比：第四系堆積體1∶1～1∶1.25，內側強風化巖體1∶0.75，弱風化巖體1：0.3～1∶0.5，過水段三面光鋼筋混凝土永久襯砌，內邊坡底部設擋墻，上部邊坡采用錨固處理，基礎抗滑穩定較差段及基礎抗滑不穩定段的基礎需采取抗滑措施。

4 結語

軒萊水電站導流方式初步選定導流泄洪隧洞、導流明渠兩種方案，通過以上分析，考慮導流明渠方案由于開挖方量較大、開挖邊坡較高，大部分地段為高邊坡，邊坡處理難度及工程量較大。隧洞設計斷面較大，圍巖穩定性較差。從工程地質角度，兩方案地質條件較差，應綜合比較。經地質、水工、施工、投資等專業綜合比較，最終確定采用泄洪隧洞導流方式。

兩個方案施工難度比對發現導流明渠開挖方量較大、開挖邊坡較高，大部分地段為高邊坡，邊坡處理難度及工程量較大，而泄洪隧洞導流方式施工難度相對較小；由于導流明渠布置在江心灘左邊緣靠近主河槽位置，水深及流速較大，臨時航道大部分為水下開挖，開挖施工處于洪水高峰期難以施工，開挖期時間較短；因導流明渠邊坡圍巖穩定性較差，邊坡加固處理工程量較大，工程投資遠遠超出工程投資概算，工程投資方未通過；泄洪洞導流方式建筑物布置和運行管理均較簡單，且考慮發電工期因素采用泄洪洞導流方式施工工期明顯縮短，有利于早日實現發電目標。陜西水利

[1]《水力發電工程地質勘察規范》（GB 50287-2006）.

[2]《水電水利工程壩址工程地質勘察技術規程》（DL/T 5414-2009）.

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[4]梁日新，蔣建林.枕頭壩一級水電站導流明渠防滲方式的對比選擇[J].水力發電，2011（05）：84-87.

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（責任編輯：暢妮）

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