隆鑫一級電站地質(zhì)分析

計鶴飛

(中山市水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司，廣東 中山 528405)

1 概 述

隆鑫一級電站位于陜西省鎮(zhèn)坪縣南江河下游左岸一級支流洪石河上游，取水壩位于曾家鎮(zhèn)上游曾家灘；引水隧洞沿洪石河左岸，長3.619 km；發(fā)電廠區(qū)布置于曾家鎮(zhèn)上游約500 m，洪石河左岸黃草壩；取水區(qū)、廠區(qū)有鎮(zhèn)坪——安康公路通過，交通便利。該電站擬采用徑流式引水發(fā)電方案，裝機容量2×1 600 kW,設(shè)計引用流量3.4 m3/s。電站位于秦嶺褶皺系北大巴山北西向構(gòu)造帶，工程區(qū)地質(zhì)狀況復(fù)雜，為了確保項目科學(xué)安全建設(shè)，需對其工程地質(zhì)條件進行分析。

2 區(qū)域地質(zhì)分析

2.1 地形地貌

隆鑫一級電站工程區(qū)位于陜、川、鄂三省交界的大巴山山岳地帶，地形受構(gòu)造控制，山脈順構(gòu)造線呈東西向延伸，山頂高程多在1 500～2 000 m間，谷底高程在600～800 m間；水系則垂直或平行山脈走向呈羽狀分布。洪石河兩岸岸坡陡峻，山體雄厚，山巒疊障，河流橫斷面多為深切“V”型峽谷，相對高差500 m以上。工程區(qū)主要屬中深切割高中山構(gòu)造侵蝕剝蝕地貌，局部灰?guī)r分布區(qū)屬溶蝕地貌。

2.2 地層巖性

工程區(qū)出露寒武系上統(tǒng)(∈3)、奧陶系下中統(tǒng)(O1-2)及第四系地層，地層巖性由老至新分別為：

(1)寒武系上統(tǒng)(∈3)：角礫狀灰?guī)r(部分為竹葉狀灰?guī)r)、頁片狀灰?guī)r，夾灰質(zhì)泥灰?guī)r、灰質(zhì)板巖、石灰?guī)r。

(2)奧陶系下中統(tǒng)(O1-2)：泥板巖為主，次含灰質(zhì)泥板巖，底部夾灰質(zhì)板巖及薄層石灰?guī)r。

(3)加里東前期侵入巖：基性巖脈，為輝綠巖、角閃巖。

(4)第四系：以全新統(tǒng)沖洪積及崩坡積為主，沖積層(Q4al)由中、粗砂及卵礫石、漂石構(gòu)成；分布于洪石河溝及支溝的河床部位及階地下部，厚2～10 m。洪積層(Qpl)由黃色粘土、粉質(zhì)粘土含中、粗砂及礫石，少量漂石構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較緊密，礫石成份復(fù)雜，磨圓差，無分選；零星分布于河床兩岸高漫灘，厚3～8 m。崩坡積(Q4col+dl)由黃色粘土、粉質(zhì)粘土含塊碎石、礫石及孤石構(gòu)成，局部塊碎石含量多于粘性土含量，呈碎石土；塊碎石及礫石成分以炭質(zhì)板巖、灰?guī)r為主，其次為硅質(zhì)巖、凝灰?guī)r等，孤石主要為凝灰?guī)r；分布于兩岸岸坡及兩岸槽溝、陡崖坡腳部位；厚1～20 m不等。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

隆鑫一級電站工程區(qū)域位于南秦嶺褶皺系，北大巴山加里東褶皺帶南部之高灘～兵房街褶皺束。電站工程區(qū)位于高灘～兵房街褶復(fù)向斜之雞冠石向斜，軸部向南翼倒轉(zhuǎn)，出露寒武系上統(tǒng)(∈3)、奧陶系下中統(tǒng)(O1-2)火山碎屑巖建造，并伴隨中、基性、堿性侵入活動，巖石普遍輕度變質(zhì)。區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

2.4 物理地質(zhì)現(xiàn)象

區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化及卸荷，其次為崩塌及滑坡分布。

(1)巖體風(fēng)化卸荷作用

灰?guī)r抗風(fēng)化能力較強，強風(fēng)化層不發(fā)育，巖體主要表現(xiàn)為受風(fēng)化影響輕微松弛；兩岸坡坡度較緩，巖體卸荷裂隙不發(fā)育，且多短小，張開度小，強卸荷水平深度較小。

(2)崩塌堆積

壩區(qū)段無滑坡分布，兩岸沿緩坡分布有第四系崩坡積、坡殘積堆積層，為塊石夾亞粘土，塊石大小20～40 cm，成份以灰?guī)r、凝灰?guī)r類為主，松散堆積，厚度多小于10 m。

2.5 水文地質(zhì)條件

地下水主要為第四系松散巖類孔隙水和基巖強風(fēng)化層裂隙水兩大類?；鶐r裂隙水賦存和運移在基巖裂隙和風(fēng)化卸荷帶中，由大氣降水補給，直接排于河中。松散巖類孔隙水以分布于河床沖積層中的為主，坡殘積層內(nèi)地下水分布零星，流量小，動態(tài)特征隨季節(jié)變化明顯，多不具有水文地質(zhì)意義；下伏基巖微、弱風(fēng)化層為相對不透水層。

根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，工程區(qū)地表地下水多為重碳酸—鈣型水，環(huán)境水對混凝土無腐蝕性。

2.6 地震

據(jù)1965—1974年的地震臺站觀測資料，區(qū)域內(nèi)僅發(fā)生過7次微弱地震(在萬源一帶)，震級在3.6級以下；外圍最強的一次地震為公元788年3月8日安康東南6.5級地震，震中距本工程區(qū)100 km，其余地震均≤5.5級，震中均在50 km以外。另外，該區(qū)域及外圍地區(qū)地震分布零散，沒有明顯的周期性或成帶性，活動頻度、強度均不高。工程區(qū)域地震動峰值加速度等于0.05 g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

3 取水建筑區(qū)工程地質(zhì)條件

工程采用低欄柵壩取水，在曾家鎮(zhèn)上游曾家灘筑壩，取水壩右岸下游處設(shè)沉沙池，正常水位高程957.0 m，壩最高小于6 m，河水位僅抬高5 m，回水短。

3.1 基本地質(zhì)條件

取水建筑物區(qū)河段河床較為狹窄，河谷橫斷面呈“U”型，右岸壩肩962 m鎮(zhèn)坪—安康公路通過。河床高程在951.3～957.3 m之間，寬度為6～13 m；巖層傾向下游，為橫向谷；河床及兩岸壩肩基巖裸露。岸坡較陡，岸坡坡度為40°～50°，兩側(cè)峰頂高程約1 500 m。河床最低高程951 m，相對高差約450 m，屬高山侵蝕河谷地貌。河流流向總體為由SW流向NE。

取水樞紐區(qū)屬秦嶺褶皺系北大巴山北西向構(gòu)造帶，高灘～兵房街褶復(fù)向斜之雞冠石向斜南西翼，壩區(qū)地層為單斜構(gòu)造，傾向下游，巖層產(chǎn)狀為N20°E/SE∠33°。

3.2 取水樞紐區(qū)工程地質(zhì)條件評價

(1)欄柵壩

壩址區(qū)河床高程954.3～957.5 m，河床寬6～12 m；基巖裸露，巖性為角礫狀灰?guī)r、頁片狀灰?guī)r、灰質(zhì)板巖；無強風(fēng)化層，其強度和變形均能滿足修建低欄柵壩的要求，基礎(chǔ)可直接置于弱風(fēng)化基巖上。

(2)沉沙池

沉沙池處于壩址下游河床左岸，左岸岸坡覆蓋第四系殘坡積層,厚約0.5～3.0 m，河床基巖裸露，無強風(fēng)化層；沉沙池底板置于弱風(fēng)化基巖上，左岸為殘坡積覆蓋層，邊墻應(yīng)作好支擋措施，或進行放坡處理。

4 引水隧洞區(qū)工程地質(zhì)條件

引水系統(tǒng)由隧洞組成，隧洞進口洞底高程954.19 m，隧洞出口洞底高程952.44 m，為無壓隧洞,洞徑2.0 m×2.65 m。隧洞位于洪石河左岸，總的洞向為200°～225°，與地層走向交角較大。引水線路區(qū)山高坡陡，屬高中山構(gòu)造剝蝕地貌，巖溶不發(fā)育，地表小溝谷較為發(fā)育。

4.1 洞臉邊坡的穩(wěn)定問題

隧洞進出口均為奧陶系下中統(tǒng)(O1-2)地層，巖性為泥板巖為主，次含灰質(zhì)泥板巖。隧洞進出口段裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)；巖體穩(wěn)定性差，開挖后應(yīng)及時襯砌，開挖形成的邊坡應(yīng)做好地表排水和防護措施，對不穩(wěn)定的邊坡采取上部減載，下部壓腳或支擋。坡高小于10 m的邊坡一般采用1∶0.75～1∶1.0放坡,坡高大于10 m的應(yīng)分級設(shè)平臺或放緩邊坡。

4.2 洞室圍巖穩(wěn)定問題

隧洞區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，柔皺較為發(fā)育，軸面向南西倒轉(zhuǎn)，局部層面陡立，向斜核部構(gòu)造節(jié)理裂隙密集帶，片理化現(xiàn)象普遍，巖體較破碎，呈碎裂狀結(jié)構(gòu)。圍巖為Ⅳ～Ⅴ類，巖體穩(wěn)定性差；其余地段經(jīng)過的地層圍巖大多為Ⅲ～Ⅳ類。Ⅲ類圍巖巖體質(zhì)量中等，發(fā)育少量裂隙，有少量地下水活動，局部有少量掉塊、坍塌現(xiàn)象；可采用噴錨結(jié)構(gòu)，局部用混凝土襯砌，約占隧洞總量的50%。Ⅳ類圍巖巖體破碎，巖體呈塊狀或?qū)訝?，裂隙發(fā)育，切割較多，地下水活動較強烈，易發(fā)生塌頂現(xiàn)象；可采用混凝土襯砌、局部噴錨支護，約占隧洞總量的62%。Ⅴ類圍巖巖體松散，巖體強度低，地下水活動強烈，塌方普遍，易冒頂；可采用混凝土或鋼筋混凝土襯砌，開挖后應(yīng)及時支護，約占隧洞總量的15%。如遇到圍巖滲水時，應(yīng)先采取排水措施，而后噴射混凝土，約占隧洞總量的8%。

4.3 巖爆問題

隧洞上覆巖體厚小于300 m，巖體新鮮完整，工程區(qū)不屬高地應(yīng)力區(qū)，發(fā)生巖爆的可能性較?。坏植苛严遁^發(fā)育，在局部應(yīng)力集中點可能發(fā)生巖爆現(xiàn)象，施工中應(yīng)注意采取防治措施。

4.4 隧洞涌水問題及其他

在雞冠石向斜核部一帶發(fā)育洪石河左岸支流葛溪灣，匯水面積較大。雞冠石向斜核部，由于柔皺發(fā)育，構(gòu)造節(jié)理裂隙密集，片理化現(xiàn)象普遍，巖體較破碎，有利于地下水的富集。隧洞穿越雞冠石向斜核部時，可能產(chǎn)生洞室涌水，因此施工中應(yīng)注意可能產(chǎn)生的坍塌和涌水問題；可適當布置一定的超前鉆孔，以加強探測。隧洞區(qū)無煤層出露，無瓦斯影響或瓦斯影響很小。

5 發(fā)電廠區(qū)工程地質(zhì)條件及評價

5.1 地形、地貌及地質(zhì)構(gòu)造

發(fā)電廠區(qū)樞紐布置于曾家鎮(zhèn)上游約500 m，洪石河左岸黃草壩。前池布置于后坡山脊宋家梁，廠房布置于河床左岸。

河床右側(cè)已修建防護堤，廠址區(qū)河流流向為N70°E，廠區(qū)段河床寬50～55 m。河床左岸高程836 m左右發(fā)育1塊階地，階地地面平整，長約120 m，寬14～18 m；廠址處于該階地上，階地后緣邊坡坡度為38°～45°。

廠區(qū)構(gòu)造簡單，為單斜地層，斷層不發(fā)育，巖層產(chǎn)狀為N42°E/SE∠36°。構(gòu)造裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育如下二組：一是N30°W/NE∠30～35°。大角度橫切河流方向發(fā)育，多閉合，延伸較短。二是N60°E/NW∠65～70°。為順河向卸荷裂隙，多張開，張開度小，延伸2～5 m。

5.2 廠區(qū)工程地質(zhì)條件評價

(1)前池

前池位于宋家梁山脊上，基巖裸露，山脊兩側(cè)岸坡卸荷帶寬約5 m，強風(fēng)化層較薄，基礎(chǔ)可直接置于弱風(fēng)化基巖上。由于卸荷裂隙較發(fā)育，前池基礎(chǔ)應(yīng)采取錨固措施，開挖形成的邊坡應(yīng)做好地表排水和防護措施，對不穩(wěn)定的邊坡采取上部減載，下部壓腳或支擋。坡高小于10 m的邊坡一般采用1∶0.75～1∶1.0放坡,坡高大于10 m的應(yīng)分級設(shè)平臺或放緩邊坡。

(2)壓力管道

壓力管道區(qū)地形坡度較陡，零星分布第四系崩坡積層，大部分基巖裸露，風(fēng)化卸荷較發(fā)育，卸荷寬約3～5 m，強風(fēng)化層厚約1～2 m，建議管道鎮(zhèn)墩基礎(chǔ)置于弱風(fēng)化基巖上。

(3)廠房

廠區(qū)覆蓋層厚度約為3.0 m，砂卵石層結(jié)構(gòu)密實，承載力較高，電站廠區(qū)一般性建構(gòu)筑物可直接利用砂卵石層作基礎(chǔ)持力層，采用淺基礎(chǔ)形式；重要建構(gòu)筑物建議采用基巖弱風(fēng)化層作基礎(chǔ)持力層，采用大直徑樁基(深基礎(chǔ))形式。廠房基坑開挖應(yīng)作好排水工作，卵礫石層滲透系數(shù)建議取50 m/d。

廠區(qū)樞紐建議巖土允許承載力：

弱風(fēng)化角礫灰?guī)r、灰質(zhì)板巖：〔R〕=2.0～2.5 MPa。

卵礫石層：〔R〕=0.30 MPa。

廠區(qū)覆蓋層建議開挖坡比：1∶0.75～1∶1.25。

擋土墻及防洪墻基底摩擦系數(shù)(μ)：基底為覆蓋層μ=0.30，基底為基巖μ=0.55。

6 結(jié) 語

通過地質(zhì)勘察和分析探討，隆鑫一級電站工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定，壩基巖體主要為灰?guī)r、灰質(zhì)板巖，壩基及兩壩肩無產(chǎn)生繞壩滲漏的可能，兩岸坡基巖裸露，在開挖基坑時應(yīng)注意邊坡的放坡和支護處理。隧洞施工穿越雞冠石倒轉(zhuǎn)向斜核部一帶時，應(yīng)注意出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，廠房基坑開挖應(yīng)作好排水工作。