劉錄君，田作印，鄭以寶，季 聰，楊宗玲

(中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130021)

荒溝抽水蓄能電站位于黑龍江省海林市境內(nèi)，距牡丹江市約130 km，距蓮花水電站約45 km。該電站系以三道河右岸的山間洼地作為上水庫，正常蓄水位652.50 m;已建的蓮花水庫作為下水庫，正常蓄水位218.00 m。電站裝機1 200 MW，是一座大型水電站。其樞紐建筑物主要由上水庫擋水主壩、庫尾埡口擋水副壩、輸水隧洞、上下游調(diào)壓井和中部地下廠房等組成。

輸水發(fā)電系統(tǒng)區(qū)為切割不深的低山地形。山體高程215～680 m，相對高差100～150 m，地形坡度20°～40°，局部地形坡度較陡，達50°～60°。輸水隧洞埋深一般為60～430 m，高壓岔管部位埋深約415 m。圍巖為華力西晚期白崗花崗巖，巖質(zhì)堅硬，巖體新鮮較完整。

輸水隧洞高壓岔管型式為“卜”型，分岔角為60°，岔管內(nèi)徑由6.7 m漸變至3.9 m，岔管段長度為25 m(沿主管軸線方向)。引水岔管承受最大內(nèi)水壓力約7 MPa，采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.8 m，雙層配筋。

1 勘探依據(jù)及重要性

根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB 50287—2006)要求，可行性研究階段勘察時，應(yīng)重視對高壓岔管部位巖體工程地質(zhì)條件的勘察。另據(jù)《抽水蓄能電站設(shè)計導(dǎo)則》(DL/T 5208—2005)要求，水道方案選定后，根據(jù)需要在高壓岔管及岔管部位的鉆孔中，選擇有代表性的試驗段，進行管道內(nèi)水壓力1.2倍的專門性壓水試驗，測試巖體的滲透性及劈裂壓力值。

通過高壓壓水試驗測試，為高壓岔管設(shè)計提供地質(zhì)依據(jù)。

2 勘察工作的難度

本電站可研勘察于20世紀90年代進行，由于當時對岔管的認識有限，地質(zhì)探硐沒有打到岔管部位，高壓壓水試驗工作也沒有進行。2012年招標設(shè)計階段決定對岔管部位進行專門地質(zhì)勘察，主要勘察手段是鉆探，通過鉆孔來完成岔管部位的一系列試驗測試工作。

根據(jù)國內(nèi)前期抽水蓄能電站岔管勘察資料，高壓岔管高壓壓水試驗工作多在專門試驗洞內(nèi)鉆孔進行試驗，鉆孔深度一般不大，試驗難度小，成功率高。而本電站岔管埋深達400多米，鉆孔深，造孔難，要在鉆孔內(nèi)完成物探測試、高壓壓水試驗及地應(yīng)力等測試工作，難度相當大。

本工程岔管勘察采用一孔多用的方法，勘探程序主要是造孔→孔內(nèi)數(shù)字成像及聲波測試→高壓壓水試驗→地應(yīng)力測試→有害氣體及放射性檢測。

(1)勘探鉆孔深度達400多米，造孔時間長，隨著孔深的加大，各種意想不到的孔內(nèi)事故容易發(fā)生，操作不當就會前功盡棄。

(2)孔內(nèi)數(shù)字成像采用電纜連接的探頭送入到孔中，需要電纜長度較大，探頭易被孔壁探頭石卡住，導(dǎo)致電纜斷開而使探頭掉入孔中。

(3)高壓壓水試驗及地應(yīng)力測試工作是本次岔管勘察中最難的一項工作，試驗最大壓力近10 MPa，長時間高壓試驗運行，對栓塞、高壓膠管、電機、水泵等材料、設(shè)備都是嚴峻的考驗，材料及設(shè)備易出現(xiàn)疲勞、破損等現(xiàn)象，嚴重時會導(dǎo)致試驗失敗。

3 高壓壓水試驗

3.1 試驗試段劃分的方法

高壓壓水試驗試段劃分及栓塞位置的選取是保證試驗成功的重要環(huán)節(jié)之一。

試驗鉆孔地面高程557.34 m，實際孔深433.80 m，高壓岔管中心線高程139.54 m。原則上大致在岔管中心線上下各進行3段高壓壓水試驗，試段劃分與常規(guī)壓水試驗基本相同，5 m左右1段。

具體步驟如下:

(1)根據(jù)鉆孔巖芯劃分試段。根據(jù)鉆孔巖芯RQD及節(jié)理裂隙統(tǒng)計情況，可直接了解到試段部位巖體的完整程度，初步進行試段的劃分。

2017年，為了得到程立生的支持，使其孩子順利入學(xué)瓊臺師范學(xué)院附屬幼兒園，肖某于2017年7月份在酒店包廂送給程立生現(xiàn)金1萬元。

(2)利用孔內(nèi)物探測試劃分試段。在試驗鉆孔中進行孔內(nèi)聲波測試及數(shù)字成像工作，并通過物探測試與巖芯編錄對比，綜合劃分出試段，并明確試驗栓塞的位置。

最終在孔底以上30 m，即岔管中心線上下各15 m范圍內(nèi)確定6段高壓壓水試驗，每段段長4.95 m;此外，根據(jù)鉆孔巖芯編錄情況，結(jié)合孔內(nèi)數(shù)字成像，選擇高程178.34～173.39 m可能通過高壓管的斷層破碎帶巖體進行1段高壓壓水試驗，最后確定7段高壓壓水試段。其中第五段、第七段(f46斷層破碎帶)采用4個循環(huán)，其余5段采用單循環(huán)進行高壓壓水試驗。

具體各段基本地質(zhì)特征詳見表1，試段及塞位詳見表2。

表2 試段及塞位一覽表Table 2 List for the test segments and embolism position

3.2 試驗過程中問題的處理

高壓壓水試驗的特點是試驗水壓力大、時間長、循環(huán)多等，試驗過程中自動記錄儀、流量計、電機、栓塞等設(shè)備出現(xiàn)過各種各樣的問題，需要地質(zhì)值班人員、鉆探人員在試驗室認真巡視檢查，做好記錄，對出現(xiàn)的各種各樣的問題及時進行處理。例如:

(1)第二段壓水過程中，發(fā)現(xiàn)智能流量計與自動記錄儀在小流量時相差約5 L，即5 L/min以下流量記錄儀無反應(yīng)，故重新校正流量后重新開始試驗。

(2)第六段壓水試驗7 MPa時流量達到35 L/min，而該段巖石較完整，從前五段試驗情況來看，7 MPa時穩(wěn)定流量多較小，最大為6.72 L/min，分析認為試驗屬于反常，可能壓水管路系統(tǒng)出現(xiàn)問題。經(jīng)逐項排查發(fā)現(xiàn)，栓塞的“O”型密封圈損壞。

3.3 試驗成果

各段高壓壓水試驗成果詳見表3。

從表3可以看出，高壓岔管部位完整—較完整巖體劈裂后最大試驗壓力下的透水率與巖體RQD、節(jié)理發(fā)育程度、巖體完整性系數(shù)基本存在如下關(guān)系:

(2)巖體透水率q'與巖體完整性系數(shù)KV的關(guān)系。KV值越大，q'值越小，但第二段除外。

(3)巖體透水率q'與節(jié)理傾角及結(jié)構(gòu)面性狀的關(guān)系。巖體透水率q'與節(jié)理傾角及張開寬度關(guān)系比較大。緩傾角節(jié)理多呈閉合狀態(tài)，透水率一般較小，如第一、二試段巖體透水率僅為0.28 Lu和0.35 Lu;陡傾角節(jié)理多微張，巖體透水率一般相對較大，如第四、五、六試段巖體透水率為 0.64 Lu、0.99 Lu、1.42 Lu。

(4)巖體透水率q'與深度的關(guān)系。試驗深度范圍內(nèi)，巖體的透水率q'隨著深度的增加而減小。

(5)最大主應(yīng)力方向和節(jié)理走向夾角與巖體透水率q'的關(guān)系。巖體的透水率q'隨著夾角的增大而減小。

表3 高壓壓水試驗成果匯總表Table 3 The results summary for the high water-pressure test

4 地應(yīng)力測試

為查明高壓岔管部位的圍巖原始地應(yīng)力大小和方向，在高壓壓水試驗鉆孔中進行了水壓致裂地應(yīng)力測試。時間上是在高壓壓水試驗全部結(jié)束后進行的。地應(yīng)力測試自下而上逐段進行，成功進行了水壓致裂法地應(yīng)力測試8個點，應(yīng)力方向測試3個點。試驗結(jié)果詳見表4。

根據(jù)ZK181的地應(yīng)力測試結(jié)果，可以得到以下幾點認識和結(jié)論:

(1)ZK181孔中，共成功進行了8段地應(yīng)力測試。其中，絕大部分測試曲線形態(tài)完整，且各回次的重復(fù)性好，各壓裂參數(shù)明確，為準確把握測點處的地應(yīng)力狀態(tài)提供了保證。

表4 ZK181孔水壓致裂原地應(yīng)力測量結(jié)果［2］Table 4 The measuring results for original ground stresses of cracks caused by water pressure of ZK181 hole

(2)高壓岔管部位最大水平主應(yīng)力為14.96～16.41 MPa，最小水平主應(yīng)力為 9.80 ～10.60 MPa，用上覆巖層容重(2.65 g/cm3)估算的垂直應(yīng)力約為10.48～11.13 MPa。

(3)三項主應(yīng)力的關(guān)系:本孔測試深度域內(nèi)的垂直應(yīng)力SV為中間主應(yīng)力，即SH＞SV＞Sh。

(4)水平主應(yīng)力方向:本孔在3個壓裂段內(nèi)進行了印模定向。最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢方向為近東西向(N77°E-N81°W)。

(5)關(guān)于巖石的水壓致裂抗張強度。該孔花崗巖比較完整，試驗得到其水壓致裂抗張強度為3.1～8.1 MPa。

(6)最小主應(yīng)力大于高壓岔管所承受的最大內(nèi)水壓力約7 MPa，有利于高壓岔管部位的穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

(1)荒溝抽水蓄能電站輸水隧洞高壓岔管工程地質(zhì)勘察采用鉆探、鉆孔內(nèi)數(shù)字成像及聲波測試、高壓壓水試驗、地應(yīng)力測試、有害氣體及放射性檢測等多種工程地質(zhì)勘察方法，獲得了豐富的地質(zhì)資料，達到了預(yù)期的地質(zhì)勘察效果。

(2)輸水隧洞高壓岔管埋深大，工程地質(zhì)勘察較為困難，但通過采用一孔多用、科學(xué)有效的工程地質(zhì)勘察方法，查明了深埋高壓岔管部位的工程地質(zhì)條件，并作出客觀的工程地質(zhì)條件評價，對高壓岔管的設(shè)計方案提供了充分依據(jù)。為將來類似工程地質(zhì)勘察積累了經(jīng)驗。

［1］ 楊宗玲.荒溝抽水蓄能電站輸水隧洞高壓岔管高壓壓水試驗報告［R］.長春:中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，2012.

［2］ 劉錄君.荒溝抽水蓄能電站輸水隧洞高壓岔管補充工程地質(zhì)勘察報告［R］.長春:中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，2012.