騰龍橋二級水電站導流隧洞工程地質比選

唐運剛

((云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650021)

騰龍橋二級水電站導流隧洞工程地質比選

唐運剛

((云南省水利水電勘測設計研究院,云南 昆明 650021)

通過騰龍橋二級水電站樞紐區工程地質勘察,區內工程地質條件極為復雜。龍江大斷裂緊靠右岸通過,受其影響,巖體風化強烈,較破碎;左岸為順向坡,大壩下游發育規模較大滑坡體,山坡不穩定。左、右岸導流隧洞選擇極為困難,直接關系工程的安全和決策。通過大量的工程地質勘探、分析,比較了兩岸導流隧洞的有利因素、缺點及風險和需要采取的工程處理措施,綜合考慮工程地質條件推薦了右岸導流隧洞。

騰龍橋二級水電站;龍江大斷裂;滑坡;導流隧洞

1 研究區概況

1.1 工程概況

騰龍橋二級水電站位于云南省保山市龍陵、騰沖兩縣交界處,處于高黎貢山西麓,伊洛瓦底江一級支流龍江上。地理位置:北緯24°40′00″～24°54′00″、東經98°37′30″～98°41′30″。

騰龍橋二級水電站采用攔河壩抬高水頭,壩后布置電站廠房的布置方案。電站裝機規模81 MW,最大壩高57.5 m,電站樞紐主要由取水樞紐、廠區發電樞紐等建筑物組成,壩型采用混凝土重力壩。電站廠房及導流隧洞布置于右岸。

1.2 基本地質條件

工程區壩址河段河流流向NNE向,呈直線延伸,河谷主要呈不對稱的“U”型谷,谷底無階地,也無高漫灘;谷底與河床寬一致,河床寬度一般50～100 m,河流縱比降約10‰～15‰。第四系洪沖積層(Qpal)厚度0.5～15.0 m,為雜色砂卵礫石夾漂石,局部上部為灰色、灰白色細—粗砂及粉砂,分布在工程區龍江河谷及兩岸沖溝內;崩塌堆積物(Qcol)厚度1.0～15.0 m,為雜色孤石、塊石、碎石夾礫質土、砂土、壤土等,分布在陡巖、陡壁下方;地滑堆積物(Qdel)厚度5.0～70.0 m,為雜色碎石土、礫質土、砂土、壤土、粘土夾孤石、塊石等,主要分布在工程區左岸滑坡體上;殘坡積層(Qedl)厚度0.5～5.0 m,為黃褐色、紅褐色碎石土、礫質土、壤土、粘土,局部夾塊石、孤石,分布在工程區兩岸山頂、山坡位置。上第三系上新統芒棒組下段(N2m1)為灰色、灰白色礫巖、砂礫巖、砂巖夾粘土巖、褐煤、凝灰巖等,分布在工程區右岸。下元古界高黎貢山群上段(Pz1gl2)為灰白色、灰色、灰黑色石英片巖、石英巖、微晶片巖夾變粒巖,含石墨片巖、硅質巖、大理巖及變質砂巖、板巖等,分布在工程區左、右兩岸。

工程區為單斜構造,主構造線方向為SN或N-NE向。巖層走向N0°～35°E,傾向NW-W,傾角30°～50°,其中左岸及河床巖層傾角較陡,傾角40°～50°;右岸巖層傾角相對較緩,傾角30°～40°。

工程區斷裂主要有走向SN或N-NE的F18斷裂(龍江深大斷裂)與走向NW的F46斷裂(團田斷裂)。其中,F18斷裂從右岸通過,F46斷裂斜跨工程區下游河床,這兩條斷裂為工程區的控制性斷裂(圖1)。

工程區滑坡主要分布在左岸順向坡地段,為基巖滑坡,對工程區有影響的主要是左岸的HP1、HP6規模較大的滑坡及右岸的HP4滑坡。工程區崩塌現象主要分布在左岸壩址上游沖溝及右岸壩址下游,堆積物為碎石、塊石、孤石及土,厚度不大[1-2]。

2 工程地質問題

圖1 樞紐區工程地質平面圖Fig.1 Engineering geological plane of the junction area

2.1 左岸HP1滑坡特征

左岸存在HP1滑坡,位于壩址左岸下游。HP1滑坡整體為一基巖順層滑動形成的不穩定體,根據平硐PD1、PD13、PD14、PD15與鉆孔ZK1及探槽揭露情況看,滑坡體分布范圍較大,寬度180～300 m,長度190 m,厚度20～40 m,屬于厚層的中型滑坡。根據HP1在不同部位的物質組成、應力作用、堆積體變形特征,可將整個不穩定體分為三部分:下部傾倒蠕動變形體(HP1-1)和順層蠕動變形體(HP1-2),上部卸荷崩塌堆積體(HP1-3)。

2.1.1 HP1-1:傾倒蠕動變形體

分布在HP1上游部分,根據PD1、PD14與鉆孔ZK1及探槽揭露情況,在其上游邊緣部位淺層存在松動堆積層,堆積物為塊石、碎石混砂土,結構松散,厚度約5～6 m。傾倒蠕動變形體長180 m,寬110～150 m,平均深40 m,滑坡體方量估計可達93.6×104m3。傾倒蠕動變形體主要由陡傾及傾倒變形的石英片巖組成,裂隙夾泥和土(約10%),變形體內巖石以強—弱風化為主,局部夾全風化(約12%)。片理呈陡傾角,角度70°～85°。巖石卸荷現象明顯,拉裂縫普遍分布,拉裂縫寬2～12 cm。靠近變形體與基巖接觸帶巖石擠壓褶皺強烈,巖石破碎,有滴水及線狀流水現象。在變形體與基巖接觸部位,為一層厚度約3.2 m粉質粘土混巖屑軟弱層,其產狀:走向N20°E,傾向NW,傾角59°。接觸帶約3 m地段,都有滴水及線狀流水,呈雨淋狀,流量約2～3 L/s。在接觸帶經取樣實驗,γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c殘余=9.8～29.4 kPa,φ殘余=14.3°～14.7°。該變形體是由于巖石上部傾倒,下部存在局部臨空面,在應力作用下引起巖體整體順層蠕動變形、拉裂,直至目前已無臨空面。變形程度基本未造成位移或位移很小,僅沿粘土混巖屑帶的蠕動變形。目前處于極限相對穩定狀態。

2.1.2 HP1-2:順層蠕動變形體

分布在HP1靠下游部分,根據PD4、PD13、PD15勘探及地表情況,在其下游邊緣部位存在松動、架空堆積層,堆積物為塊石、碎石混砂土,厚度約8～10 m。順層蠕動變形體長140 m,寬90～120 m,平均深20 m,滑坡體方量估計可達30.8×104m3。順層蠕動變形體由變形石英片巖組成,局部裂隙夾泥(約5%),巖石以弱風化為主。巖石片理呈陡傾角,角度50°～70°,巖石卸荷現象明顯,拉裂縫較多,多為順片理拉裂,拉裂縫寬2～10 cm。靠近變形體與基巖接觸帶長約3 m地段巖石擠壓褶皺強烈,巖體揉皺破碎。未見地下水。在變形體與基巖接觸部位,為一層厚度約0.4 m粉質粘土,產狀:走向N20°E,傾向NW,傾角43°。經取樣實驗,γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c殘余=9.8～29.4 kPa,φ殘余=14.3°～14.7°。該變形體是由于山坡下部存在局部臨空,巖石在應力作用下,整體順層蠕動變形、拉裂,滑動帶底部巖體有輕微變形,未完全產生剪切破壞,變形程度基本未造成位移或位移很小,僅沿粘土帶的順層蠕動變形。目前處于相對穩定狀態。

2.1.3 HP1-3:卸荷崩塌堆積體

分布于上部,根據PD15勘探及地表勘查,堆積體地表為孤塊石,架空堆積,分布寬約110 m,長30～50 m。平硐0～8 m為粘土與孤塊石膠結,8～18 m受崩塌應力作用巖層變陡角60°～74°,卸荷裂隙發育,有明顯架空、坍塌現象,有順層滑動跡象,無明顯滑動面。目前,崩塌體后緣呈陡壁,高約5～6 m。崩塌體地形平滑,坡度約20°,處于穩定狀態。

2.2 右岸龍江斷裂影響帶特征

F18斷裂沿右岸坡分布,根據鉆孔、平硐揭露,按物質組成、巖體結構分析,靠近岸坡為F18斷裂的影響帶。斷裂影響帶由碎塊巖、透鏡體彼此鑲嵌而成或者是節理密集發育成節理密集帶,裂隙間多充填碎裂物、泥質物。斷裂影響帶內巖石極破碎,見斷層泥、角礫巖、壓碎巖等,巖石存在一定的膠結,產狀變得更緩,約20°～30°,巖層也見破碎的薄層狀。砂泥質物質分布不均勻,有的地段占30%左右,膠結石英壓碎巖或石英角礫巖,石英角礫巖沿片理分布,一般塊徑約20 cm×40 cm;有的地段主要分布薄層(1～2 cm)石英巖,較破碎,可見傾向山內的片理,依稀可見原巖結構。在正常巖石與斷裂影響帶接觸部位分布一層寬0.5～2 m的黑色斷層泥。地下水位較高[3]。

3 導流隧洞分析

3.1 左岸導流隧洞

通過以上分析,左岸存在HP1滑坡,分布范圍大,滑面較深。隧洞軸線向山內偏移可避開了HP1滑坡的影響,左岸導流隧洞長約719 m,比右岸導流隧洞長約193 m,大部分為Ⅲ類圍巖(圖2)。其中,Ⅲ類為75.5%,Ⅳ類為10.2%,Ⅴ類為14.3%。

3.1.1 優點

由于隧洞向山內偏移,布置于滑動帶下部,隧洞中段可避開HP1滑坡的影響,圍巖主要為弱風化石英片巖,圍巖類別以Ⅲ-Ⅳ類圍巖為主。

3.1.2 缺點

比右岸導流隧洞長約193 m,隧洞出口段接近滑坡地帶長度約103 m。不利因素主要有3點:①根據對HP1滑坡的分析,其滑動安全系數為1.1左右,目前處于極限穩定狀態。②由于HP1-2目前仍在發生蠕動變形,將影響隧洞在施工期和運行期的穩定性;③出口段位于HP1的抗力段,施工期不利因素及不可預見性因素較多,影響HP1滑坡的穩定。

3.1.3 措施

針對目前HP1滑坡狀況,隧洞選擇從該處出來,出口段必然會穿越滑坡底部,隧洞施工前必須對滑坡進行工程處理。處理措施可采取錨索、抗滑樁及重力式擋墻等,并做好排水,再進行開挖,控制好爆破。

3.1.4 風險

出口洞臉不穩定,對滑坡處理后能否保證山坡不會滑動,不是完全肯定。隧洞在滑坡內通過地段卸荷裂隙很發育,不能肯定施工完全順利進行。

3.2 右岸導流隧洞

右岸龍江斷裂影響帶分布范圍寬,隧洞選擇無法避免。右岸導流隧洞長約526 m(圖3),右岸導流隧洞比左岸導流隧洞短約193 m。其中,Ⅲ類為21.9%,Ⅳ類為20.1%,Ⅴ類為58%。

3.2.1 優點

比左岸導流隧洞短約193 m,隧洞進、出口條件好,為Ⅲ-Ⅳ類圍巖。

3.2.2 缺點

中間段0+079～0+384長約305 m為Ⅴ類圍巖,達58%,埋深35～62 m。為龍江斷裂影響帶,巖體完整性差,主要為碎裂結構。地下水活動中等,沿裂隙面或軟弱結構面存在滴水或線流。施工隧洞大約8 m×9 m,洞徑較大。圍巖自穩能力較差,邊墻、拱頂極易坍塌變形,可能出現邊挖邊塌現象,變形破壞嚴重。但不會向河床方向發生位移。

3.2.3 措施

中間Ⅴ類圍巖地段成洞條件差,而施工斷面達8 m×9 m,施工存在一定難度,必須采取相應的施工措施(如超前錨桿、管棚、排水、灌漿),及時進行鋼支撐掛網噴錨等。

3.2.4 風險

中間Ⅴ類圍巖地段存在坍塌、冒頂的風險,但提前采取有效的工程施工措施可以控制一定的風險。

4 結論

左—右方案導流隧洞地質條件都很復雜,存在一定風險。

左岸方案的主要工程地質問題是施工使HP1滑坡不穩定,處理難度較大,存在施工和運行安全風險;右岸方案的主要工程地質問題是Ⅴ類圍巖較多,可通過施工和設計措施保證隧洞施工和運行安全。如采用左岸方案,施工前,需對HP1滑坡進行工程處理,穩定性得到保證后,方能進行施工。但是滑坡處理難度較大、處理工程量也較大,在技術上、施工上都很復雜,需要專題研究。

圖2 左岸導流隧洞工程地質剖面圖Fig.2 Engineering geological section of the left diversion tunnel

圖3 右岸導流隧洞工程地質剖面圖Fig.3 Engineering geological section of the right diversion tunnel

右岸方案雖然有近58%的Ⅴ類圍巖,但是施工方法和措施得當的話,該方案技術上是可行的。

根據比選,最終采用了右岸導流隧洞方案。目前,右岸導流隧洞已經順利貫通并正常運行,隧洞施工過程中基本上在原來勘探位置進入Ⅴ類圍巖,施工中給予高度重視,使用了超前錨桿、鋼支撐、噴錨、及時排水等措施。對于左岸滑坡設計,建議施工中不能對其進行擾動的情況下采取必要的處理,但施工中為了工程施工便利,在中部和下部修建二個平臺公路,影響了滑坡的穩定性,后來對滑坡采取了錨索處理,效果良好。該電站已經于2010年6月正式發電。

通過對該工程左、右岸導流隧洞的工程地質勘察,認真分析研究不同地質條件可能發生的工程地質問題,兩個方案不同的優缺點、工程措施以及風險,最終為設計正確選擇最優方案提供了可靠的工程地質依據。

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質勘察規范:GB 50487—2008[S].北京:中國計劃出版社,2008.

[2] 中華人民共和國水利部.中小型水利水電工程地質勘察規范:SL 55—2005[S].北京:中國水利水電出版社,2005.

[3] 陳南祥.工程地質及水文地質[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

(責任編輯：陳文寶)

Engineering Geological Comparison of TenglongqiaoII Hydropower Station Diversion Tunnel

TANG Yungang

(YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation，DesignandResearch，Kunming，Yunnan650021)

According to the investigation of Tenglongqiao II hydropower station，it shows that the engineering geological conditions in this junction area is very complex.Longjiang fault closing to the right bank，the rock mass has been strong weathered，and rock has been broken under the influence of the station.Besides，on the left along the slope and the dam downstream developed a large scale of landslide，the slope is instable.Choosing the left or right bank diversion tunnel is very difficult，which directly related to the safety of engineering and decision making. Through a lot of engineering geological prospecting and analysis，comparing the diversion tunnel of the favorable factors，disadvantages and risks on both sides，the engineering measures need to be taken. Considering all of these engineering geological conditions，the right bank diversion tunnel has been recommended.

Tenglongqiao II hydropower station； Longjiang fault； landslide； diversion tunnel

2016-01-14;改回日期:2016-02-17

唐運剛(1965-),男,高級工程師,礦產普查與勘探專業,從事水利水電工程地質工作。E-mail:360037869@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)05-0748-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.018

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0822.012.html 數字出版日期:2016-08-11 08:22