旭龍水電站重大地質(zhì)問題勘察與論證

劉沖平 譚朝爽 鐘華 王正波

摘要：旭龍水電站位于金沙江上游高山峽谷地區(qū)，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，需要開展重大地質(zhì)問題勘察。為合理進(jìn)行旭龍水電站壩址選擇、壩線比選、樞紐布置，采用傳統(tǒng)與創(chuàng)新思路相結(jié)合的方法，進(jìn)行深入、系統(tǒng)的地質(zhì)勘查與科學(xué)論證，分析了特高陡環(huán)境自然邊坡穩(wěn)定、高拱壩拱座抗滑穩(wěn)定、大型洞室變形穩(wěn)定等關(guān)鍵或重大地質(zhì)問題。該勘察方法可供其他類似工程參考。

關(guān) 鍵 詞：

重大地質(zhì)問題； 地質(zhì)勘察； 環(huán)境自然邊坡； 高拱壩； 大型洞室； 旭龍水電站

中圖法分類號(hào)： TV221.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.035

0 引 言

旭龍水電站為金沙江上游第12個(gè)梯級(jí)，所處河段位于四川省、云南省、西藏自治區(qū)交界，以發(fā)電為主要開發(fā)任務(wù)，是西電東送骨干電源點(diǎn)之一。電站正常蓄水位2 302 m，死水位2 294 m，裝機(jī)容量2 400 MW（4×600 MW），保證出力609 MW，多年平均發(fā)電量105.14億kW·h，水庫總庫容8.47億m3，調(diào)節(jié)庫容1.26億m3，為Ⅰ等大（1）型工程。主要由高213 m的混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物、右岸地下廠房、左岸導(dǎo)流洞等組成。

西南地區(qū)巨型水電站所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，需開展重大地質(zhì)問題勘察專題研究，厘清系統(tǒng)與重點(diǎn)結(jié)合的勘察思路，采取傳統(tǒng)與創(chuàng)新結(jié)合的方法，進(jìn)行系統(tǒng)勘察與論證。

1 基本地質(zhì)條件

壩址河段金沙江河勢(shì)較順直，河谷橫斷面為“V”形，兩岸對(duì)稱性較好，見圖1。河谷寬高比為1.82。壩址區(qū)主要為印支期侵入花崗巖（γ15）、中元古界雄松群三段（Pt32X）混合巖與斜長角閃片巖，均為堅(jiān)硬巖石。高程2 500 m以下全強(qiáng)風(fēng)化帶缺失，巖體多呈弱風(fēng)化至微新狀。壩址區(qū)斷層較發(fā)育，規(guī)模多較小，斷層走向以與河流近正交為主，地應(yīng)力總體屬中等地應(yīng)力水平。高程2 300 m以下兩岸邊坡除淺表部、孤立山嘴及地形突出部位見強(qiáng)卸荷現(xiàn)象外，岸坡巖體主要表現(xiàn)為弱卸荷，其水平卸荷深度為15～35 m；高程2 300 m以上陡崖發(fā)育有強(qiáng)卸荷帶，強(qiáng)卸帶寬度一般小于30 m。地應(yīng)力以中等水平為主，局部高地應(yīng)力。壩址區(qū)主要工程地質(zhì)問題為高邊坡穩(wěn)定問題、拱座抗滑穩(wěn)定問題、洞室圍巖穩(wěn)定問題［1］。

2 特高陡環(huán)境自然邊坡穩(wěn)定勘察與論證

2.1 勘察思路

旭龍水電站特高陡環(huán)境自然邊坡穩(wěn)定問題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問題之一，事關(guān)樞紐建筑物施工期和運(yùn)行期安全，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了專題研究，勘察思路與研究路徑見圖2。

特高陡環(huán)境自然邊坡穩(wěn)定性包括整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性，整體穩(wěn)定性通過地質(zhì)宏觀分析與數(shù)值分析結(jié)合進(jìn)行研究，局部穩(wěn)定問題進(jìn)行分類研究，不同類型地質(zhì)問題采取針對(duì)性勘察手段與分析方法。對(duì)大型危巖體，采取平洞鉆孔、三維實(shí)景影像查明地質(zhì)特征、變形失穩(wěn)模式、成因機(jī)制等，評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性［2］；對(duì)中小型危巖體，采取高清三維影像獲取技術(shù)、三維影像危巖體識(shí)別技術(shù)等［3］，對(duì)危巖體進(jìn)行搜索定位，并結(jié)合定性與定量方法評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性［4］；對(duì)堆積體，除常規(guī)手段外，進(jìn)行堆積體物質(zhì)原位剪切試驗(yàn)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)提出抗剪強(qiáng)度，并分析評(píng)價(jià)切腳對(duì)穩(wěn)定性的影響；對(duì)強(qiáng)烈卸荷松弛區(qū)［5］，按照松動(dòng)區(qū)、強(qiáng)卸荷區(qū)、危巖體集中發(fā)育區(qū)等進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2.2 主要成果

壩址區(qū)自然邊坡大部分基巖裸露，山勢(shì)雄厚、構(gòu)造穩(wěn)定，巖石堅(jiān)硬，岸坡巖體風(fēng)化弱，中下部卸荷總體較弱，上部淺表卸荷較強(qiáng)，未發(fā)現(xiàn)大型傾向坡外的軟弱帶（面），河谷自然岸坡總體穩(wěn)定。

環(huán)境自然邊坡發(fā)育的6處大型危巖體（體積164萬m3）、270個(gè)危巖體（單個(gè)方量數(shù)十至數(shù)千m3）、6處大型堆積體（體積648萬m3）、4處強(qiáng)烈卸荷松弛區(qū)

（面積40萬m2），使環(huán)境自然邊坡的局部穩(wěn)定問題突

出（見圖3～4），需要對(duì)自然高邊坡進(jìn)行綜合防治。其中，①號(hào)危巖區(qū)Ⅱ區(qū)受長大張開滑移面及側(cè)邊界控制，可能整體滑移破壞，穩(wěn)定性差，且受泄洪霧雨影響較大，可采取系統(tǒng)錨索+抗剪洞+壓坡措施；1號(hào)堆積體Ⅲ區(qū)與6號(hào)堆積體天然狀態(tài)下整體穩(wěn)定，但6號(hào)堆積體前緣受纜機(jī)平臺(tái)邊坡開挖切腳影響，可采取錨索支護(hù)；4處強(qiáng)烈卸荷松弛區(qū)巖體松動(dòng)、危巖體集中發(fā)育，可采取噴錨支護(hù)。

3 高拱壩拱座抗滑穩(wěn)定勘察與論證

3.1 勘察思路

旭龍水電站高拱壩拱座抗滑問題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問題之一，關(guān)系到大壩安全運(yùn)行，對(duì)拱座抗滑穩(wěn)定與變形穩(wěn)定進(jìn)行了專題研究，勘察思路與研究路徑見圖5。

采取4層勘探平洞、勘探路及鉆孔，根據(jù)“嵌巖勘探路分層布置、上下勘探平洞交錯(cuò)布置、同層勘探洞網(wǎng)狀布置、鉛直鉆孔跨層布置、水平（斜）孔適時(shí)布置、控制邊界加密布置”的勘探布置思路，形成立體勘探控制網(wǎng)，控制大壩地質(zhì)邊界條件。搜索拱座抗滑穩(wěn)定塊體［6］，對(duì)底滑面（緩傾角裂隙）進(jìn)行裂隙統(tǒng)計(jì)，對(duì)關(guān)鍵塊體的控制性結(jié)構(gòu)面進(jìn)行連通分析，進(jìn)行側(cè)滑面（f57斷層等）原位剪切試驗(yàn)、下游壓縮面（f75斷層等）變模試驗(yàn)，為抗滑塊體計(jì)算提供地質(zhì)依據(jù)［7］。分析拱端云母條帶、片巖條帶、斷層帶等變模較低帶對(duì)拱座變形穩(wěn)定的影響。

3.2 主要成果

以f57斷層、花崗巖/片巖接觸帶為側(cè)滑面，以f75、f3斷層、自然岸坡為臨空面，以緩傾角裂隙為底滑面，據(jù)此進(jìn)行組合，左岸塊體共有5大類，17個(gè)亞類，各種荷載組合下塊體抗滑穩(wěn)定控制指標(biāo)均滿足要求，且多數(shù)塊體仍有較大安全余度。僅左岸L5-1號(hào)塊體（以緩傾角裂隙為底滑面，以f57為側(cè)滑面，以f75為下游壓縮臨空面，見圖6～7）結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)比值為0.87，不滿足設(shè)計(jì)要求，通過f57斷層設(shè)置抗剪洞、f75斷層設(shè)置傳立柱，能夠明顯提升塊體的抗滑穩(wěn)定性，滿足設(shè)計(jì)要求。

拱座巖體絕大部分為ⅡA類，總體變形模量高，抗壓縮變形總體較好。左岸SC3斜長角閃片巖條帶為Ⅲ2A類，在壩基出露，除f57斷層外無其他軟弱面，于建基面出露部位采取了固結(jié)灌漿，內(nèi)部f57斷層采取了混凝土置換；左岸花崗巖與片巖接觸帶、橫河向斷層對(duì)拱座壓縮變形影響較小；左岸f75斷層軟弱帶較寬，對(duì)拱座變形存在影響，將采取灌漿或傳力等工程措施。右岸2 220 m高程3條小斷層充填2～4 mm 巖屑夾泥，與拱端距離小，對(duì)拱座壓縮變形局部存在影響。

4 大型洞室變形穩(wěn)定勘察與論證

4.1 勘察思路

旭龍水電站地下廠房洞室群變形穩(wěn)定問題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問題之一，關(guān)系到地下廠房機(jī)組安全運(yùn)行，對(duì)地下廠房洞室群變形穩(wěn)定進(jìn)行了專題研究，勘察思路與研究路徑見圖8。

采取勘探平洞與鉆孔形成立體勘探控制網(wǎng)，控制地下廠房地質(zhì)邊界條件；在圍巖分類的基礎(chǔ)上，重視大型洞室局部穩(wěn)定問題分類的分析評(píng)價(jià)［8］；對(duì)塊體進(jìn)行搜索確定定位或半定位塊體［9］，對(duì)長大不利結(jié)構(gòu)面（邊墻小夾角長大結(jié)構(gòu)面、頂拱緩傾角結(jié)構(gòu)面）進(jìn)行自動(dòng)搜索，對(duì)局部高地應(yīng)力巖爆［10］進(jìn)行分析。

4.2 主要成果

地下廠房上覆巖體厚度260～410 m，圍巖為微新與未卸荷花崗巖及少量混合巖，斷層不發(fā)育，規(guī)模皆小，裂隙總體不發(fā)育，主要發(fā)育一組NE走向陡傾裂隙，與廠房軸線呈小角度相交；圍巖穩(wěn)定性較好，中等地應(yīng)力水平，局部高地應(yīng)力，與廠房軸線小角度相交。三大洞室Ⅱ、Ⅲ類圍巖分別占82.4%～83.3%，16.7%～17.6%。

三大洞室存在半定位塊體及隨機(jī)塊體，在主廠房頂拱區(qū)域未搜索到定位塊體，搜索到6個(gè)半定位塊體（5個(gè)頂拱、1個(gè)邊墻，見圖9）。小斷層f3與尾調(diào)室、主變洞邊墻小角度相交，于邊墻存在變形穩(wěn)定問題。最大主應(yīng)力方向與廠房軸線方向小角度相交，有利于洞室圍巖穩(wěn)定，局部高地應(yīng)力引起輕微巖爆（片狀剝落）。

5 結(jié) 論

經(jīng)過系統(tǒng)地質(zhì)綜合勘察分析與研究，旭龍水電站壩址區(qū)重大或關(guān)鍵地質(zhì)問題已經(jīng)查明，具體如下：

（1） 查明了環(huán)境自然邊坡危巖體、堆積體、強(qiáng)烈卸荷松弛區(qū)等局部穩(wěn)定問題，將采取針對(duì)性防治措施。

（2） 查明了拱座抗滑穩(wěn)定塊體，各塊體抗滑穩(wěn)定均滿足要求，左岸5-1抗滑塊體側(cè)滑面采取抗剪洞、下游壓縮臨空面采取傳力柱后可滿足要求。

（3） 查明了地下廠房洞室群變形穩(wěn)定問題，搜索了半定位塊體、小夾角長大結(jié)構(gòu)面，分析了局部高地應(yīng)力輕微巖爆。

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（編輯：劉 媛）