安寧水電站地下廠房位置及其軸線方向選擇

楊 鵬 飛

(1.吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026； 2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

安寧水電站地下廠房位置及其軸線方向選擇

楊 鵬 飛1,2

(1.吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026； 2.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

在分析安寧水電站廠房區(qū)工程地質條件的基礎上，就廠房位置及其軸線方向的選擇進行了研究，結合廠房區(qū)圍巖類型，確定了地下廠房位置的選擇原則，并從地質條件與樞紐布置條件比較了軸線的方向，建議廠房軸線方向為NW335°

地下廠房，軸線，方向，圍巖，位置

0 引言

樞紐布置格局比選工作是水電工程研究的一項重要工作，而地下廠房位置及軸線方向的選擇是樞紐布置格局比選過程的關鍵性地質工作，廠房位置和軸線方向確定后，樞紐布置格局就基本確定了[1-4]。本文通過對安寧水電站地下廠房區(qū)勘探平洞的圍巖地質分類，結合優(yōu)勢結構面發(fā)育狀況及地應力等地質因素對地下廠房區(qū)進行工程地質單元分區(qū)，從而選擇合適的地下廠房位置。同時結合地下廠房軸線方向與發(fā)育的優(yōu)勢結構面夾角大小、水工布置方案順暢等，對廠房軸線的選擇提出地質建議。

1 工程概況

安寧水電站位于四川省阿壩州境內的大渡河干流上，電站最大壩高66 m，裝機容量400 MW。樞紐建筑物由瀝青混凝土心墻堆石壩、右岸泄水建筑物、左岸輸水系統(tǒng)及地下廠房組成[5]。

地下廠房布置于壩址左岸山體內，主要建筑物包括主廠房、副廠房及安裝場，主副廠房、主變室和尾調壓平行布置。地下廠房設計頂拱高程2 113.0 m，底板高程2 051.2 m；地下主副廠房開挖尺寸(長×寬×高)為175.8 m×24.9 m×61.8 m。

2 工程地質條件

地下廠房區(qū)地表高程2 180 m～2 363 m，地形坡度為27°～43°，局部呈近平臺狀緩坡，坡面基巖裸露。主廠房水平埋深181 m～288 m，垂直埋深144 m～281 m。廠房區(qū)圍巖為新鮮的似斑狀黑云花崗巖，其間穿插少量寬度小于1 m的石英脈，脈體與花崗巖多呈焊接接觸，個別呈裂隙式接觸。花崗巖體中常見變質砂巖捕擄體，直徑一般5 cm～10 cm，大者可達1.2 m。廠房區(qū)地表巖體多以強卸荷、弱風化為主，強卸荷垂直深度約2 m～3 m，弱風化垂直深度約69 m～130 m，廠區(qū)圍巖均為微新巖體，巖石新鮮，致密堅硬。

地下廠房區(qū)無區(qū)域性斷裂通過，據(jù)勘探平洞揭示，結構面發(fā)育主要為小斷層和節(jié)理裂隙，廠房部位巖體完整性總體為較完整～完整，巖體整體以塊狀～整體狀結構為主。

1)小斷層：廠房勘探平洞PDk01揭示對地下廠房有影響的小斷層發(fā)育有14條。小斷層走向以NE向為主，NW向較少，傾向NW居多，傾角多為中緩傾角，小斷層均為壓性或壓扭性，主錯帶多為碎裂巖、碎粉巖和泥質，帶寬一般5 cm～10 cm，斷層面多起伏粗糙，個別呈波狀起伏，多附著水銹和泥質，斷層影響帶均不寬或者無影響帶。

2)節(jié)理裂隙：對廠房勘探平洞編錄的424條裂隙進行統(tǒng)計分析(如圖1所示)，優(yōu)勢結構面主要有4組：L1:NW270°～290° SW∠30°～80°；L2:NW310°～320° SW/NE∠10°～60°；L3:NE5°～30° NW/SE∠30°～50°；L4:NE60°～70° SE/NW∠20°～60°。

其中L1組最為發(fā)育，L2，L4組次之，裂面多起伏粗糙，面上多附著泥、銹膜，充填以巖屑為主，L2組中傾NE的緩傾角裂隙較為發(fā)育。同一部位裂隙發(fā)育組數(shù)一般1組～2組，除個別段外，裂隙發(fā)育間距一般較大。

4)地應力特征：廠房勘探平洞未見片幫現(xiàn)象，鉆孔中也未見餅狀巖芯，廠區(qū)為中低地應力區(qū)。地應力測試結果顯示最大主應力σ1量級為8 MPa～14 MPa，最大主應力方向為NE～NNE(即NE26°～38°)，傾角為9.89°(仰角為正)。

3 廠房區(qū)圍巖分類

影響廠區(qū)圍巖穩(wěn)定的因素是多種多樣的，主要是巖體的強度、完整性、結構面及水的賦存狀態(tài)等。

根據(jù)廠區(qū)巖體試驗成果，結合地下洞室圍巖工程地質條件，以GB 50287—2006水力發(fā)電工程地質勘察規(guī)范附錄J為分類標準，對廠房系統(tǒng)地下洞室圍巖進行詳細分類，并用巴頓Q系統(tǒng)圍巖分類標準進行比對(見表1)，廠房區(qū)巖體類別分區(qū)見圖2。

表1 廠房勘探平洞分段圍巖工程地質分類表

由廠房勘探平洞圍巖工程地質分類可知，廠區(qū)Ⅱ類圍巖占31%；Ⅲ1類圍巖占53%；Ⅲ2類圍巖占6%；Ⅳ類圍巖占10%，具備布置大型地下洞室的工程地質條件。

4 地下廠房位置的選擇

地下廠房位置選擇原則：1)廠房位置應位于微新巖體內；2)盡量避開不良地質條件發(fā)育段；3)廠房位置宜布置在巖性單一，巖體完整的巖體；4)有利于樞紐建筑物整體協(xié)調布置等。

廠房勘探平洞PDk01揭示：廠區(qū)巖性為似斑狀黑云花崗巖，巖性單一；地表巖體風化卸荷較弱，垂直69 m以下、水平85 m以里為微風化～新鮮巖體；巖體以塊狀～整體狀為主，巖體完整性好。

1)勘探平洞PDk01樁號K4+0～K4+75 m段無規(guī)模較大斷層及軟弱帶分布，但小斷層較發(fā)育，多為中等傾角或緩傾角，破碎帶寬度較小，構造巖多為巖塊、巖屑型或巖屑夾泥型，上下盤面均有0.5 cm～1 cm的斷層泥。裂隙較發(fā)育，沿斷層面或裂隙面滴水。巖體呈次塊狀結構，局部甚至呈鑲嵌結構，個別走向與勘探平洞軸線近平行或小角度相交的中、緩傾角小斷層、長大裂隙的組合常在拱角部位形成楔形塌塊，圍巖類別雖以Ⅲ2為主，但不乏Ⅳ類圍巖；2)勘探平洞PDk01樁號K4+75 m～K4+225 m段巖體新鮮，小斷層不發(fā)育，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，延伸不長，裂面多閉合。巖體呈整體狀～塊狀結構，局部呈次塊狀結構，圍巖類別以Ⅲ1～Ⅱ類為主，成洞條件較好；3)勘探平洞PDk01-1樁號K0+35 m～K0+60 m段發(fā)育一條與洞軸線小角度斜交的斷層f20，壓性，斷層帶寬為3 cm～5 cm，局部較寬，可達25 cm，構造巖多為擠壓片狀巖、碎裂巖，充填灰色斷層泥，斷層上盤發(fā)育長石石英脈，下盤有寬約0.5 m的影響帶，沿斷層有滲水現(xiàn)象，受其影響，該洞段圍巖類別為Ⅳ類；節(jié)理裂隙雖發(fā)育組數(shù)較多，同一部位一般只出現(xiàn)1組～2組，但應注意緩傾角裂隙對洞室拱角部位的影響；4)地應力測試結果表明，廠房區(qū)為中低地應力區(qū)。

綜上所述，PDk01樁號K4+75 m往里段，巖體新鮮，小斷層不發(fā)育，節(jié)理裂隙不甚發(fā)育，延伸不長，裂面多閉合，巖體整體以塊狀～整體狀結構為主，圍巖類別以Ⅲ1～Ⅲ2類為主，Ⅱ類次之，局部可能出現(xiàn)Ⅳ類圍巖，地應力不高，適宜布置地下廠房。綜合考慮，建議地下廠房布置于此段，這樣整個地下廠房均位于較為完整的花崗巖體內，并在此基礎上，綜合考慮輸水發(fā)電建筑物的布置條件進行廠房軸線選擇。

5 地下廠房軸線的選擇

地下廠房軸線方向的選擇主要考慮的因素包括：軸線方向與切割廠房的優(yōu)勢結構面的夾角等；軸線方向與廠房區(qū)圍巖最大主應力方向的夾角大??；有利于其他建筑物協(xié)調布置等。廠房勘探平洞編錄資料統(tǒng)計分析表明，廠房區(qū)小斷層的主要發(fā)育走向為NE30°～60°，傾角以中緩傾角為主，節(jié)理裂隙的主要發(fā)育走向為NWW和NE向，傾角以中陡傾角為主，同時考慮小斷層和發(fā)育裂隙走向，結合水工布置方案，廠房軸線方位宜為NW310°～340°之間；由于廠區(qū)地應力較小，廠房軸線選擇可不作為主要因素考慮其影響。綜合以上因素，本階段初擬NW317°,NW335°兩個軸線方向進行比選。1)從地質條件比較。兩方案地下廠房均處于PDK01探洞K4+75 m以里，圍巖均為微新巖體。兩方案地下廠房縱軸線均與廠區(qū)揭露的小斷層走向呈大角度相交，不同點在于：方案一廠房軸線方向為NW317°，與優(yōu)勢裂隙面L1最小夾角27°，與較為不發(fā)育的裂隙面L2近于平行，與L3，L4組裂隙面成大角度，裂隙面L1和L2對廠房上、下游邊墻的穩(wěn)定不利；方案二廠房軸線方向NW335°，與優(yōu)勢裂隙面L1最小夾角45°，成大角度，與較為不發(fā)育的裂隙面L2夾角為15°，與L3，L4組裂隙面成大角度，方案二廠房軸線方向與廠房區(qū)主要裂隙面和構造面的走向均成較大角度。從地質構造走向條件看，方案二廠房軸線方向較優(yōu)，有利于洞室圍巖穩(wěn)定。2)樞紐布置條件比較。從樞紐布置條件看，廠房軸線越接近南北方向，輸水線路的布置越順暢、尾水隧洞長度越短，但壓力管道卻越長、電站調節(jié)性能越差。與方案一比較，方案二壓力管道長度增加123 m，尾水隧洞減少了124 m，尾水調壓室規(guī)模減小，總的輸水系統(tǒng)工程量較方案一小。故方案二樞紐布置條件較好，工程量較小，從樞紐布置條件比較，方案二廠房軸線方向NW335°較優(yōu)。綜合考慮廠房軸線與主要裂隙面和斷層面夾角大小、水工樞紐布置方案順暢、開挖工程量方面等考慮，建議廠房軸線方向為NW335°

6 結語

安寧水電站地下廠房位于微風化花崗巖巖體中，巖石新鮮，致密堅硬。在地下廠房位置及其軸線選擇時充分考慮了地質條件、水工布置及運行條件，根據(jù)綜合比較，確定了安寧水電站地下廠房的位置，建議廠房軸線方向為NW335°。

[1] 李錦飛.瑯玡山抽水蓄能電站廠房位置及軸線方向的優(yōu)化選擇[J].工程地質學報，2003(4)：57-58.

[2] 李廣誠，王思敬.十三陵抽水蓄能電站地下廠房位置的選擇[J].工程地質學報，1999(2)：11-13.

[3] 米應中.板橋峪抽水蓄能電站地下廠房位置及其軸線方向的選擇[J].水利水電技術，1999(9)：109-110.

[4] 曲海珠，李治國，李紅心.猴子巖水電站地下廠房位置及其軸線方向的選擇[J].四川水利發(fā)電，2012(1)：85-86.

[5] 中國水電顧問集團北京勘測設計研究院.安寧水電站可行性研究報告[R].2012.

Selection on the location and axis for the underground powerhouse of Anning hydroplant

Yang Pengfei1，2

(1.CollegeofEngineeringConstruction，JilinUniversity，Changchun130026，China；2.PowerChinaBeijingEngineeringCorporationLimited，Beijing100024，China)

On the basis of analyzing geological conditions of Anning hydropower station workshop engineering, the paper studies the workshop location and its axis direction selection. Combining with the surrounding rock types in the workshop region, it determines the underground workshop location selecting principles, compares the axis direction from two aspects of geological conditions and hub distribution conditions, and suggests the workshop axis direction to be NW335°.

underground workshop, axis, direction, surrounding rock, location

2015-01-29

楊鵬飛(1982- )，男，在讀工程碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0054-03

TV222

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