CCS水电站厂房区地应力特征

张党立 姚 阳 杨继华 娄国川 魏 斌

（黄河勘测规划设计研究院有限公司）

1 引 言

对工程而言，地应力具有较强的工程意义，对地应力认识不足或处理不当，可产生诸多工程地质问题，如基坑变形、边坡破坏、地下洞室岩爆等，地应力对岩体的渗流也有一定影响，并影响对地下洞室围岩类别的判定，进而对工程设计有重大影响。据不完全统计，中国约半数的水电站工程采用地下场房，在大型水电工程中，地下厂房采用的比例更高。

厄瓜多尔科卡科多辛克雷（Coca Codo Sinclair，简称CCS）水电站位于科卡河上，总装机容量1 500MW，是该国战略性能源工程，也是世界上规模最大的冲击式机组水电站。CCS水电站年均发电量约87亿（kW·h），是中国公司在海外独立承担设计的规模最大的水电工程之一。该工程主要水工建筑物主要由有首部枢纽、输水隧洞、调蓄水库、压力管道及地下厂房等组成。地下厂房洞室群由主厂房、主变室、母线洞、上层排水廊道、下层排水廊道、尾水洞、通风洞、进场交通洞、高压电缆洞等洞室群组成。

厄瓜多尔科卡科多辛克雷（Coca Codo Sinclair，简称CCS）水电站采用地下厂房，主厂房尺寸212.00 m×26.00 m×46.80 m（长×宽×高），顶拱高程646.80 m，底板高程600.00 m，上覆岩体厚度约124.00～260.00 m，厂房轴线为315°。

2 区域地质概况

CCS水电站工程区位于科迪勒拉山系的东部斜坡，整体处于安第斯山脉至亚马逊平原的过渡区段内，地貌以中高山为主，地形起伏较大，地势总体呈西高东低。地层主要为一单斜地层，岩层总体倾向NE，倾角大多为5～10°，西部地区为中生界变质岩及侵入体，东部地区则主要为侏罗系Misahualli 火山岩及火山沉积岩，上覆白垩系沉积岩及第四系松散堆积物。

工程区属安第斯山脉科迪勒拉山系，受强烈的地质构造运动影响，地形起伏较大，原因主要有以下三个方面：构造运动造成地台上升；第四系以来频繁的火山活动以及河流形成过程中强烈的侵蚀切割作用。区域地质构造运动主要位于工程区西部与东南部，在区域上大体可分为7 个地质构造单元，见图1。厂房区位于Sinclair构造带内。

3 地应力场特征

3.1 古应力场分析

地应力是在漫长的地质年代里，由于地质构造运动等原因使地壳物质产生了内应力效应。古应力场的判断可以从共轭构造（断层、节理及褶皱等）分析。从图1 可以看出，区域上看近以发育两组较大的共轭断层，即沿Salado河的断层和沿Coca河的断层，从这两条区域断层判断，古应力场为近EW向。

3.2 现代应力场分析

影响地应力的因素较多，主要有地质构造、地层岩性、地形地貌、地下水、地温及火山活动等。工程区内南、北发育两座活火山，该两座火山所产生的地质运动使地壳呈NNW 向挤压。所产生的最大主应力方向为NNW向。

厂房区主要发育有三组节理，分别为：①140～170°∠70～85°，整体平直粗糙，充填1～2 mm 钙膜或闭合无充填，延伸较长，局部＞10.00 m，平均0.50～1.00 条/m。②230～260°∠70～80°，整体平直粗糙，充填方解石脉或者泥质条带，宽度2.00～3.00 mm，局部约10.00 mm，少数高岭土化，延伸长度5.00～10.00 m，局部＞20.00 m。③40～50°∠5～15°，该组结构面局部发育较集中，数量较少，延伸较长，＞20 m，充填2.00～3.00 mm岩屑或者无充填，平直粗糙，约1 条/m。该三组节理总体走向皆为NW 向，以文7 所介绍的方法对现代应力进行了分析，主应力方向也呈NNW向。

3.3 地应力实测

为了确定厂房地区的应力状态，采用水压致裂法在4个钻孔中进行了地应力测试，成见表1及图2。

根据测试结果分析，厂房区最大主应力为8.00～10.00 MPa，方向为315～340°。该区的构造应力作用并不强烈，应力值不高。

3.4 厂房区地应力特征与地下厂房轴线布置

经过对古应力场及现代应力场的分析，及钻孔地应力实测，厂房区地应力具有以下特征：①区域整体应力场为近EW向的应力场；②受火山的影响，现代应力场呈现NNW向为主；③厂房区最大主应力为8.00～10.00 MPa，方向为315～340°。该区的构造应力作用并不强烈，应力值不高。

地下厂房的布置受工程总布置、地质条件等因素影响。工程总体自西向东引水，且为了尾水排泄，此决定了厂房轴线方向宜在315～45°之间选择。

据前述岩体节理根构造面和地应力情况综合分析，确定厂房纵轴线方向为315°，与节理裂隙有较大夹角，与最大主应力方向平行，对厂房围岩的稳定有利。

根据施工开挖揭露，厂房区围岩类别以Ⅱ类、Ⅲ类为主，开挖过程中未发现明显的岩爆、片帮等工程地质问题，说明厂房轴线的选择是合理的。

4 结 语

地应力的方向和大小水平对地下建筑物的布置有较大影响，为了减少地应力对地下建筑物的影响，避免产生由于地应力产生的工程地质问题，对地下工程，特别是深埋地下工程，对地应力的勘察要加以重视，前期勘察阶段应做好相应的勘察工作。地下建筑物轴线布置一般应与主应力方向接近或小角度相较，以减小地应力的影响。通过对厄瓜多尔CCS水电站工程区古应力场、现代应力场及厂房区地应力实测结果，给地下厂房的工程布置提供了重要参考。