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(kāi)展重大地質(zhì)問(wèn)題勘察。為合理進(jìn)行旭龍水電站壩址選擇、壩線(xiàn)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(wèn)題。該勘察方法可供其他類(lèi)似工程參考。
關(guān) 鍵 詞:
重大地質(zhì)問(wèn)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(lèi)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(kāi)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(kù)總庫(kù)容8.47億m3,調(diào)節(jié)庫(kù)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(kāi)展重大地質(zhì)問(wèn)題勘察專(zhuān)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(chēng)性較好,見(jiàn)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(zhǎng)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?tīng)睢沃穮^(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(jiàn)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(wèn)題為高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題、拱座抗滑穩(wěn)定問(wèn)題、洞室圍巖穩(wěn)定問(wèn)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(wèn)題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)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(zhuān)題研究,勘察思路與研究路徑見(jiàn)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(guò)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(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)研究,不同類(lèi)型地質(zhì)問(wèn)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(wàn)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(wàn)m3)、4處強(qiáng)烈卸荷松弛區(qū)
(面積40萬(wàn)m2),使環(huán)境自然邊坡的局部穩(wěn)定問(wèn)題突
出(見(jiàn)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(zhǎng)大張開(kāi)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(kāi)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(wèn)題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)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(zhuān)題研究,勘察思路與研究路徑見(jiàn)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(lèi),17個(gè)亞類(lèi),各種荷載組合下塊體抗滑穩(wěn)定控制指標(biāo)均滿(mǎn)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(jiàn)圖6~7)結(jié)構(gòu)抗力與作用效應(yīng)比值為0.87,不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,通過(guò)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(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
拱座巖體絕大部分為ⅡA類(lèi),總體變形模量高,抗壓縮變形總體較好。左岸SC3斜長(zhǎng)角閃片巖條帶為Ⅲ2A類(lèi),在壩基出露,除f57斷層外無(wú)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??;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(wèn)題是壩址區(qū)關(guān)鍵地質(zhì)問(wèn)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(zhuān)題研究,勘察思路與研究路徑見(jiàn)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(lèi)的基礎(chǔ)上,重視大型洞室局部穩(wěn)定問(wèn)題分類(lèi)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(zhǎng)大不利結(jié)構(gòu)面(邊墻小夾角長(zhǎng)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(xiàn)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(xiàn)小角度相交。三大洞室Ⅱ、Ⅲ類(lèi)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(jiàn)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(wèn)題。最大主應(yīng)力方向與廠房軸線(xiàn)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(mǎn)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(mǎn)足要求。
(3) 查明了地下廠房洞室群變形穩(wěn)定問(wèn)題,搜索了半定位塊體、小夾角長(zhǎng)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)