青龍水電站引水隧洞工程地質(zhì)條件及洞線優(yōu)化

李劍鋒 江國勇

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)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(nèi)，是白水江干流九寨溝縣河段水電規(guī)劃“一庫七級(jí)”開發(fā)方案的第7級(jí)電站。首部樞紐閘址位于九寨溝縣雙河鄉(xiāng)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(jí)階地上，左岸引水隧洞長約13.7 km，利用落差110 m，裝機(jī)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(dá)560 m，最小埋深約為50 m。隧洞區(qū)共設(shè)6個(gè)施工支洞。

2 隧址區(qū)工程地質(zhì)條件

引水隧洞布置于白水江左岸，隧洞穿越區(qū)山體雄厚，地形陡峻，沿線發(fā)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(qū)出露地層為二迭系下統(tǒng)黑河組(P1h)淺變質(zhì)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?guī)r、中厚層角礫灰?guī)r、中厚層硅質(zhì)條帶灰?guī)r，夾變質(zhì)砂巖、炭質(zhì)千枚巖、板巖等;下段(P1h1)巖性以薄層～薄板狀灰?guī)r與中厚層(角礫)灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r相間出露，中厚層灰?guī)r局部夾變質(zhì)砂巖、板巖，以及花崗斑巖巖脈。其中2號(hào)施工支洞～3號(hào)施工支洞間的調(diào)整洞段(P3～P5)地層為下段第三～七亞層

隧址區(qū)在構(gòu)造上位于玉瓦～南坪地塊內(nèi)的陵江～青龍背斜西南翼近背斜軸部，宏觀上屬單斜構(gòu)造，地層總體產(chǎn)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(zhì)條件

3.1 施工支洞圍巖地質(zhì)條件

1)2號(hào)施工支洞原設(shè)計(jì)長度516 m。開挖至樁號(hào)0+447.5 m掌子面巖性為厚層狀灰?guī)r，巖體堅(jiān)硬新鮮完整，部分滲滴水，為Ⅲ級(jí)圍巖。

2)3號(hào)施工支洞設(shè)計(jì)長度486.3 m。開挖揭示0+264 m～0+486.3 m段為中厚～厚層狀灰?guī)r，其中0+264 m ～0+374 m段圍巖裂隙發(fā)育，巖體較破碎，呈塊裂結(jié)構(gòu)，滲滴水，為Ⅳ級(jí)圍巖;0+374 m～0+486.3 m巖體新鮮堅(jiān)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?guī)r夾少量板巖、千枚巖，層面裂隙發(fā)育，層間結(jié)合力差，為Ⅳ級(jí)～Ⅴ級(jí)圍巖。

3.2 洞線設(shè)計(jì)原則及原設(shè)計(jì)洞線隧洞圍巖條件

隧址區(qū)地層巖性復(fù)雜，各層位巖石力學(xué)性質(zhì)差異較大。其中中厚層狀角礫灰?guī)r、中厚層狀硅質(zhì)條帶灰?guī)r、中厚層狀結(jié)晶灰?guī)r的圍巖穩(wěn)定性較好，除少量破碎巖體屬Ⅳ級(jí)圍巖外，一般屬Ⅲ級(jí)圍巖。而薄層～薄板狀灰?guī)r、板巖、千枚巖因?qū)娱g結(jié)合力差，尤其是巖層陡傾與洞壁小角度相交時(shí)，圍巖穩(wěn)定性差，圍巖類別為Ⅳ級(jí)～Ⅴ級(jí)。因此，引水隧洞洞線的設(shè)計(jì)原則上位于圍巖級(jí)別較高的中厚層狀角礫灰?guī)r、硅質(zhì)條帶灰?guī)r及結(jié)晶灰?guī)r等層位中，主洞與支洞交匯段應(yīng)力較集中，應(yīng)盡量選擇圍巖較穩(wěn)定的中厚層狀灰?guī)r中。

但因隧洞埋深較大，隧址區(qū)變質(zhì)巖巖性組合復(fù)雜，巖層產(chǎn)狀變化大，且斜坡淺表部巖層傾倒變形強(qiáng)烈，受勘察工作量等的限制，設(shè)計(jì)階段對(duì)地層層位的確定存在較大的不確定性。根據(jù)上述支洞揭示地質(zhì)條件，修正完善了引水隧洞1 245 m平切面工程地質(zhì)圖(見圖1)。

1)若2號(hào)施工支洞按原設(shè)計(jì)方案開挖，在主支交匯段地層巖性將由中厚層狀灰?guī)r漸變?yōu)楸印“鍫罨規(guī)r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(wěn)定;支洞樁號(hào)0+447.5 m處為厚層狀灰?guī)r，巖體新鮮堅(jiān)硬，較完整，部分滲滴水，為Ⅲ級(jí)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(shè)計(jì)方案，隧洞P4～P5段(段長2 150 m)在薄層～薄板狀灰?guī)r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(jí)～Ⅴ級(jí)為主。

圖1 青龍水電站引水隧洞高程1 245 m平切地質(zhì)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(yōu)化及隧洞圍巖級(jí)別

上述分析表明，原設(shè)計(jì)洞線方案不利于隧洞圍巖的穩(wěn)定。根據(jù)上述洞線設(shè)計(jì)原則，P3～P5洞段洞線調(diào)整如下:

1)確定2號(hào)支洞樁號(hào)0+447.5 m、3號(hào)支洞樁號(hào)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?guī)r中。

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

3)將P5調(diào)整至P5-1，并與P4-1點(diǎn)相連，使該洞段位于圍巖條件較好的中厚層狀灰?guī)r中。

調(diào)整后P3-1～P5-1間洞段圍巖巖性及圍巖級(jí)別見表1，調(diào)整洞段長4 060 m，其中Ⅲ級(jí)圍巖洞段長3 603 m，Ⅳ級(jí)圍巖洞段長457 m。

5 結(jié)語

1)對(duì)于巖性復(fù)雜且產(chǎn)狀變化大的深埋引水隧洞，因受勘察工作量的限制，設(shè)計(jì)階段根據(jù)地表地層界線推測(cè)深部隧洞地層層位存在較大的不確定性，隧洞圍巖的地質(zhì)條件可與實(shí)際存在較大差異。因此在施工階段應(yīng)尤其重視施工支洞的地質(zhì)工作，對(duì)前期地質(zhì)資料進(jìn)行修正完善，進(jìn)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(qū)修建隧洞，在確保引水線路總長變化不大的前提下，應(yīng)充分利用圍巖穩(wěn)定條件較好的厚～中厚層狀地層，且應(yīng)盡可能呈大角度穿越圍巖穩(wěn)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(wěn)定，減小施工難度，加快施工進(jìn)度，節(jié)省初期支護(hù)量。