烟岗水电站长引水发电电洞工程地质勘察方法浅析

孙云博

(水利部陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院，陕西咸阳 712000)

1 工程概况

烟岗水电站是鸭嘴河水电开发工程“一库一闸三级开发”的第二级，位于四川凉山州木里县境内雅砻江支流鸭嘴河下游烟岗～河口峡谷段。木里县城距离西昌市约254 km，烟岗水电站距木里县城约76 km。烟岗水电站属中型Ⅲ等工程，工程由烟岗低坝枢纽、引水发电洞、调压井、压力管道及电站厂房等组成。电站总装机容量120MW，引水式开发，总库容139万m3，调节库容38万 m3。设计引水流量Q=24.6 m3/s，水头最大约40 m，装机25.2万千瓦。属中型Ⅲ等工程。属长引水线路。

初设选定可研阶段的左线方案，引水隧洞全长5.93 km，自烟岗闸址进口(C点)到调压井(H点)，中间共有4个转折点，各段走向分别为:C～D走向43°、D～E走向68°、E～F走向 42°、F～G 走向 63°。进口高程:3126m，出口高程3097.35m。比降:3‰。在此线以南再选一条比较线进行地勘工作，两线的设计参数如下表1:

表1 比选线路主要参数表

2 区域地质、地震

(1)工程区位于川西高原高山峡谷地貌区。出露地层为志留系石英岩及少量二云片岩，在大地构造部位上，属松潘—甘孜地槽褶皱系之雅江冒地槽褶皱带。锦屏山—小金河断裂带是甘孜地槽与扬子准台地的分界线。工程区位于该断裂北侧约35 km处。近场区北侧有理塘—德巫断裂之前波断裂，距工程区12 km，其最新活动年令约1.5万年;其次为木里弧形构造带，其由博瓦断层、木里断层、小金断层等多条断层组成，它们最晚活动时代距今约2万年，距工程区最近距离为16 km。近场区构造对工程无大影响。

(2)依据《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)确定引水线路地震动峰值加速度为0.15 g，地震动反应谱特征周期为0.45s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。四川省地震局工程地震研究院对工程进行了“地震安全性评价”，工程场地主要受外围强震和场地附近中强地震的影响，首部枢纽和厂区未来50年超越概率10%的基岩动峰值加速度分别为0.148 g和0.152 g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。

3 地质概况

引水发电洞自烟岗低闸引水至调压井全长近5.931 km，两条比较线沿鸭嘴河下游左岸的山梁布置。地貌属侵蚀高山区，海拨高程3 100～3 750 m，沟谷深切，一般几十～几百米，地面坡度50°～70°。沿线岩性主要为志留系变质石英岩及石英砂岩，属坚硬耐风化岩石层，山高坡陡。引水隧洞进口位烟岗低岗闸，底板高程3 116 m，洞径3 m，出口底板高程3 099.8 m，平均比降1/1000。据可研资料岩性前段为 D1－2W1绢云石英千枚岩及ST2—①质石英砂岩，中后部为ST2—②石英岩。沿线主要的构造为西别梁子背斜，断层为泥盆系与自留系统地层间的滑脱断层、烧香梁子断层等。洞线右侧紧邻的核桃坪滑坡对隧洞影响小。石英砂岩、石英石强度高，完整性好，成洞条件好。地下水为基岩裂隙水，以泉的形式向沟谷排泄。在核桃坪滑坡北部山顶以带(背斜轴部)出露5处泉水，分部高程 3 320 ～3 386 m，Q=0.2 ～0.82 l/s，可能存在涌水。

4 地质勘察方法

初步分析认为引水线路存在的主要工程地质问题有:①进口段的稳定问题，②浅埋段、断层及其影响带的围岩稳定问题，③断层带及裂隙带的涌水问题，④深埋段250～630 m可能存在岩爆及高地温问题，⑤洞室可能存在有害气体问题。针对线路工作条件和存在的主要工程地质问题，确定以地质测绘为主，在进口、调压井及浅埋段布置一定量的重型勘探点相结合的方法。并采用先进的卫星遥感技术，对线路的岩性、构造、水文条件进行解释，对可能存在的岩爆、涌水、高地温灾害作出预测。

由于引水线路位于鸭嘴河下游左岸山脊部位，因河谷深切及核桃坪滑坡体发育，使沿线基岩裸露，高陡险峻，人迹难至。其北侧山高林密，露头稀少，使地质测绘工作遇到巨大困难和限制。只能沿着现有的3条小路采用1:1精度，采用穿越法工作，以推测引水线路的主要岩性界线和构造线，沿较大支沟进行主要界线的追索，同时了解支洞的地质条件。第一条线路大约沿已成的进埸道路前段和核桃坪滑坡体后缘陡壁下行进，分部高程大约3 140～3 000m。引水洞的前段(2#交通洞以前)人迹可以到达，除实测1:1万带状图外，还编录1#交通洞，中部编录2#、3#交通洞并在洞内进行岩体弹性波速测试，以了解不洞岩性段的岩体风化特征、构造裂隙发育特征、地下水的活动性、岩体的结构特征及动参数特征，类比推测线路相同地质条件下的成洞条件，地下水的活性，为线路围岩分类提供可靠的依据，为施工可能遇到的岩爆、涌水、高地温等灾害预测和处理积累经验。第二条沿核桃坪滑坡体中部已开出的交通路中段进行，由于该线路位于滑坡体的上部，岩体原有结构已破坏，只能从滑体出露的岩性段大致推测有关界线。第三条沿鸭嘴河下游河边小路(2#吊桥～跑马坪段)行进，该线路位于核桃坪滑坡体剪出口高程以下，地层、构造出露条件好。通过以上3条线路穿越找出岩性分界点、构造线等重要地质界线的出露及延伸状态，结合线路前段实测1:1万带状图、线路中部局部地段支沟的追索、调压井山梁段实测1:1千带状图完成线路1:1万带状填图。在地质填图过程中长委科研所完了线路遥感地质解释工作，现埸调对工作就是沿着上述1、3线路进行的。

5 勘察结论

通过精心组织，采用地质工程测绘，在地质测绘过程中重点对引路遥感资料中反映的构造进行了复核，经过有效的工作基本查清了引路的工程地质条件，为线路的比选提供了可靠资料。引水线路位于鸭嘴河左岸，山梁南侧呈北东走向分布;主要发育有泥盆系地层与志留系地层间的滑脱带(F1)、烧香梁子断层(F2)、志留系地层中变质石英砂岩与石英岩间的滑脱断层(F6)、核桃坪滑坡体西边界断层带(F4)、核桃坪滑坡体北边界近东西向断层带(F7)等9条断层，其中F1破碎带宽度3～6 m，其余额0.5～1.5 m。围岩以石英砂岩、石英岩两种硬质岩为主，依据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)分类标准，围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主。

5.1 引水线路比选意见

引水洞线推荐线与比选线方案比较如表2，由表2可知，比选线方案支洞长度大，与主要断层及岩层走向交角小于推荐线，因此，地质意见推荐线方案可作为选定引水隧洞方案。

表2 引水洞线推荐线与比选线方案比较表

5.2 隧洞主要工程地质问题评价

5.2.1 断层对洞室稳定性的影响

断层对洞室稳定性的影响程度主要受断层规模及断层与洞线夹角所控制。根据对本工程区断层的统计资料可见，各断层中规模较大的断层主要有 F1、F2、F4、F5，其中 F1、F2与洞线夹角34°、25°，F4与洞线夹角 53°，F5与洞线夹角仅16°，各破碎带岩体呈碎裂结构，且为地下水的集中出露点，对洞室围岩影响较大。特别是F1、F2断层破碎带宽度较大，易在洞顶形成连续的顶拱坍塌破坏，对施工安全造成威胁，应特别引起重视。F5断层与洞线交角小，在洞室出露长度大，易造成局部洞室边墙失稳。另外F6和F7的交汇段接近西别梁子背斜轴部，岩体较破碎，围岩带体稳定性差，对施工安全有较大威胁，施工时应及时进行喷锚加固处理。

5.2.2 浅埋段及深卸荷带对洞室稳定性的影响

洞线5+438～5+733 m段，洞顶围岩厚度仅13～29.5 m，洞室处于强风化～弱风化石英岩中。受风化及卸荷作用影响，围岩整体性差，较破碎，地表呈独立块体分布，架空现象严重。该段围岩成洞条件差，施工中局部可能出现冒顶。建议施工应及时支护与衬砌。

5+733～5+931 m段，洞室围岩呈弱～微风化，但根据野外调查及CPD2平硐、CZK5钻孔资料显示，该段围岩卸荷强烈，裂隙发育深度大，间距小，且大部分裂隙张开宽度大，连通性强，地表呈独立岩块相互叠加。该段洞室在施工中易发生塌方、掉块，应采取针对性的施工方法和及时支护，并加强该洞段施工地质工作。

5.2.3 地下水对洞室稳定及开挖施工的影响

1)根据闸址及电站钻孔各类岩石的压水试验可知，微风化石英岩，千枚岩及片岩，均呈弱透水性，一般透水率 q=1～7Lu，围岩整体性良好，地下水出露主要以滴水，渗水形式为主，开挖过程中不会出现较大的涌水，地下水对围岩稳定性影响小。进口段弱风化，千枚岩，呈中等到透水性，透水率q=11～13Lu。根据1#交通洞编录资料分析，进口段千枚岩中，层间裂隙较为发育，引水洞进口段洞室位于地下水位以下，开挖过程中易形成地下水的集中出露，但水量不会太大，建议施工中加强排水。调压井出口段强风化～弱风化石英岩，虽然裂隙发育，完整性差，但根据调压井CZK5钻孔资料分析，该段洞室基本上全部位于地下水位以上，故可不考虑地下水对施工的影响。F1、F2等各断层破碎带，岩石破碎，裂隙连通性好，易形成集中涌水通道，根据工程区内泉水的分布特征，可见沿洞线的地下水位具有山高水高的特点，所以在埋深较大的破碎带段易形成较大的渗透压力，形成集中涌水，建议在施工中应作好提前预报，做好排水工作，注重施工地质工作。

6 结论和建议

依据可研阶段的资料及线路遥感地质测绘成果，通过线路平面1∶1万带状地质填图，引水洞线1∶5千纵剖面测绘，调压井山梁段实测1∶1千带状地质填图等地质测绘工作的完成，基本查明了线路的岩性界线、主要构造、断层分部位置及产状、沿线的地下水出露情况，并校核已有的遥感影相资料。最终结合已施工的1#，2#、3#交通洞编录资料及调压井的1∶1千带状图、钻孔、平洞和有岩石的 物理力学试验资料，进行了引水线路的工程地质分段说明，对岩爆、涌水、高地温等地质问题进行了评价。为设计提供了可靠的参数，并对施工提出了针对断层破碎带及洞室浅埋段、深卸荷段、岩爆、涌水处理建议。

随着水利水电行业的发展，水利水电工程的规模和难度越来越大，特别是在西南高山峡谷区的水利水电工程勘察难度更大。本文采用的高山区引水线路勘察的方法，可供同类工程勘察参考。

［1］四川省凉山州木里县鸭嘴河烟岗跑马坪水电站工程地质勘察报告(初步设计阶段).陕西省水利水电勘测设计研究院地勘分院.

［2］水利水电工程地质勘察规范(GB50487—2008).

［3］中小型水利水电工程地质勘察规范(SL55—2005).