彭仕雄，張世殊

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

四川和西藏地區(qū)水電工程地質(zhì)面臨的形勢與挑戰(zhàn)

彭仕雄，張世殊

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

四川和西藏地區(qū)水電資源豐富，地處印度洋板塊和歐亞板塊碰撞地帶，以青藏高原快速隆起為代表，山高谷深、邊坡高陡，巖性構(gòu)造復(fù)雜、高地應(yīng)力、超深厚覆蓋層、高地震烈度，滑坡、泥石流發(fā)育等，在這些地區(qū)進(jìn)行水電開發(fā)，關(guān)鍵工程地質(zhì)技術(shù)問題十分突出。本文對水電工程地質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀、專業(yè)發(fā)展面臨的形勢和挑戰(zhàn)進(jìn)行分析研究，提出水電工程地質(zhì)專業(yè)未來技術(shù)發(fā)展方向，在一定程度上展望了地質(zhì)科技未來發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對該地區(qū)水電工程地質(zhì)工作的開展有參考價值。

關(guān)鍵工程地質(zhì)技術(shù)；科技需求；復(fù)雜地質(zhì)條件

0 前 言

四川水力資源豐富，居全國之首，四川境內(nèi)共有大小河流1 000多條，居全國之冠。西部高山高原區(qū)主要河流有大渡河、雅礱江、金沙江、青衣江。水能蘊(yùn)藏量約占全國的五分之一，其蘊(yùn)藏量達(dá)1.43億kW。西藏有河流356條，全區(qū)水力資源理論蘊(yùn)藏量占全國的29%，居全國第一位。西藏水力資源量巨大，雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江干流梯級水電站規(guī)模大多在100萬kW以上，個別為1 000萬kW級的巨型電站，是全國乃至世界少有的水力資源“富礦”。四川和西藏地區(qū)地處印度洋板塊和歐亞板塊碰撞地帶，地質(zhì)條件十分復(fù)雜，在這些地區(qū)建設(shè)高壩大庫，將面臨著高地震烈度區(qū)帶來的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定問題、高地應(yīng)力環(huán)境下的超大規(guī)模地下洞室群穩(wěn)定問題、復(fù)雜的水文巖溶地質(zhì)環(huán)境問題、變形巖體形成的超高工程開挖邊坡穩(wěn)定、超深厚覆蓋層建壩等復(fù)雜的工程地質(zhì)問題和巖石力學(xué)問題，還面臨著一系列新的理論難題和技術(shù)挑戰(zhàn)。對建設(shè)過程中可能遇到的重大地質(zhì)技術(shù)問題進(jìn)行研究和探討，對指導(dǎo)工程建設(shè)，消除重大安全風(fēng)險無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水電工程地質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀

我國能源資源的特點(diǎn)是以煤炭資源為主，水力資源豐富，石油和天然氣資源較少。在當(dāng)前科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，我國能源開發(fā)正朝著高效、清潔、多元化方向發(fā)展。水電是清潔、可再生、且能成規(guī)模開發(fā)的能源，開發(fā)水電資源不僅能夠?yàn)閲窠?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供能源，還能獲得防洪、灌溉、航運(yùn)、供水、旅游、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等綜合效益。目前我國經(jīng)濟(jì)正在快速穩(wěn)定發(fā)展，水電開發(fā)的速度也是史無前例的，我國正從世界水電大國，發(fā)展成為世界水電強(qiáng)國。改革開放以來，四川和西藏地區(qū)建成了一大批大型水電工程，通過二灘、溪洛渡、錦屏一級、官地、瀑布溝、大崗山、長河壩、猴子巖、雙江口、兩河口、藏木等一批巨型、大型工程的鍛煉，培養(yǎng)了一大批優(yōu)秀的高水平的地質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才，為我國水電建設(shè)作出了突出貢獻(xiàn)。地質(zhì)專業(yè)通過多年科技攻關(guān)的總結(jié)、提煉、創(chuàng)新和新技術(shù)推廣應(yīng)用，使地質(zhì)工程專業(yè)水平有了較大的提升，創(chuàng)新和完善了一系列工程地質(zhì)勘察手段、方法、評價體系。主要體現(xiàn)在：

（1）創(chuàng)新和完善了高壩壩基巖體質(zhì)量利用評價體系；

（2）建立了利用深厚覆蓋層建壩的地質(zhì)分析評價體系；

（3）建立了大跨度洞室群圍巖穩(wěn)定性評價方法體系；

（4）創(chuàng)新和完善了水庫塌岸預(yù)測評價方法體系；

（5）創(chuàng)新和完善了泥石流、危巖體等地質(zhì)災(zāi)害評價方法體系；

（6）創(chuàng)新和完善了高陡斜坡穩(wěn)定性研究評價體系；

（7）基本完成了工程地質(zhì)三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)地質(zhì)三維成圖，實(shí)現(xiàn)了多年來的夢想，使得地質(zhì)室內(nèi)工作取得了長足進(jìn)步。

在取得成績的同時，也存在一些不足，主要表現(xiàn)在：

（1）水庫蓄水后庫岸穩(wěn)定評價問題，水庫蓄水后大型水庫仍存在較多滑坡、變形、塌岸問題，對其預(yù)測和蓄水后岸坡的破壞機(jī)理仍需深入研究；

（2）復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程開挖高邊坡穩(wěn)定評價問題，有的工程在施工過程中仍有邊坡垮塌變形失穩(wěn)情況發(fā)生，分析認(rèn)為有的與地質(zhì)對邊坡變形破壞機(jī)理認(rèn)識不清有關(guān)；

（3）大跨度地下洞室群圍巖大變形穩(wěn)定問題，有的深埋地下大跨度洞室群開挖過程中存在大變形，給工程處理帶來較大的難題，初步分析對其破壞機(jī)理認(rèn)識不足有關(guān)；

（4）深埋高地應(yīng)力環(huán)境下洞室圍巖工程地質(zhì)問題的勘察與評價問題；如何準(zhǔn)確分析預(yù)測評價其工程地質(zhì)問題對工程建設(shè)有重要影響；

（5）高地震烈度區(qū)建壩安全風(fēng)險問題，現(xiàn)在已經(jīng)有不少水電工程位于地震烈度高達(dá)Ⅷ度及以上構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)，對于構(gòu)造穩(wěn)定性的評價需要有新的認(rèn)識；

（6）超高陡工程邊坡的穩(wěn)定性評價問題，有的工程邊坡高達(dá)數(shù)百米，如何客觀評價其穩(wěn)定性，至今還無成熟的經(jīng)驗(yàn)和評價標(biāo)準(zhǔn)；

（7）超深厚細(xì)粒土覆蓋層地基的工程地質(zhì)評價問題，有的工程大壩地基覆蓋層主要由細(xì)粒土組成，覆蓋層厚達(dá)數(shù)百米，砂土液化的臨界深度和土體工程地質(zhì)特性評價標(biāo)準(zhǔn)需要更深入研究；

（8）深埋巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值問題，有的工程涉及深達(dá)數(shù)百米甚至3 000 m左右?guī)r石參數(shù)取值問題，至今還沒有較好的解決辦法。根據(jù)我國水電開發(fā)規(guī)劃和現(xiàn)狀分析，今后水電開發(fā)將轉(zhuǎn)向我國西部地質(zhì)條件更為復(fù)雜的地區(qū)，因此水電地質(zhì)工作任務(wù)將更加艱巨和繁重，有更多的技術(shù)難題問題需要去攻克。

2 水電工程地質(zhì)專業(yè)發(fā)展面臨的形勢

2.1 面臨我國大力發(fā)展可再生能源，積極開發(fā)水電，拓展國際合作的發(fā)展機(jī)遇

國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃（2014-2020）提出大力發(fā)展可再生能源，積極開發(fā)水電。在做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)和移民安置的前提下，以西南地區(qū)金沙江、雅礱江、大渡河、瀾滄江等河流為重點(diǎn)，積極有序推進(jìn)大型水電基地建設(shè)。因地制宜發(fā)展中小型電站，開展抽水蓄能電站規(guī)劃和建設(shè)，加強(qiáng)水資源綜合利用。到2020年，力爭常規(guī)水電裝機(jī)達(dá)到3.5億kW左右。大力發(fā)展風(fēng)電。重點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)酒泉、內(nèi)蒙古西部、內(nèi)蒙古東部、冀北、吉林、黑龍江、山東、哈密、江蘇等9個大型現(xiàn)代風(fēng)電基地以及配套送出工程。以南方和中東部地區(qū)為重點(diǎn)，大力發(fā)展分散式風(fēng)電，穩(wěn)步發(fā)展海上風(fēng)電。國家能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃還提出拓展能源國際合作。加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，支持企業(yè)“走出去”。

“面臨國家絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”的一帶一路、中部崛起、沿海開發(fā)大戰(zhàn)略的歷史機(jī)遇。

2.2 傳統(tǒng)水電開發(fā)轉(zhuǎn)向地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，技術(shù)難度越來越大，科技創(chuàng)新要求高

工程地質(zhì)專業(yè)工作的特點(diǎn)是：研究對象的復(fù)雜性和研究手段的局限性；內(nèi)業(yè)和外業(yè)，兩條線作戰(zhàn)，體力和腦力的結(jié)合；全過程、全方位的服務(wù)。眾所周知，西南地區(qū)地處印度洋板塊和歐亞板塊碰撞地帶，以青藏高原快速隆起為代表，是我國工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜的地區(qū)，山高谷深、邊坡高陡，巖性構(gòu)造復(fù)雜、高地應(yīng)力、超深厚覆蓋層、地震烈度頻度高，滑坡、泥石流發(fā)育等。目前，我們的認(rèn)識手段和方法雖然有了長足的進(jìn)步，但面對復(fù)雜的客觀地質(zhì)條件時，卻顯得十分有限。所有這一切，都構(gòu)成了地質(zhì)工作認(rèn)識的艱巨性和更大的風(fēng)險性。地質(zhì)專業(yè)從河流規(guī)劃開始，到預(yù)可、可研、招標(biāo)，一直到技施設(shè)計(jì)，工程建成，必須全過程參與工作，一方面對勘探各專業(yè)提要求，分析提供資料，另一方面為水工、施工、路橋、建筑、環(huán)保水保、規(guī)劃、機(jī)電等各專業(yè)提供資料。在前期勘察工作中，在占有大量的野外第一手資料的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行全面系統(tǒng)的室內(nèi)分析工作，工程開工后，又要投入大量的技術(shù)人員，到危險的邊坡和洞內(nèi)收集資料，展開工作。

2.3 水電主業(yè)呈現(xiàn)顯著放緩趨勢，新業(yè)務(wù)市場競爭激烈

國內(nèi)水電勘測設(shè)計(jì)行業(yè)經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，面臨傳統(tǒng)業(yè)務(wù)增速顯著放緩、高盈利市場逐步放開、新業(yè)務(wù)市場競爭激烈的態(tài)勢。地質(zhì)專業(yè)業(yè)務(wù)范圍主要集中在常規(guī)水電、新能源和延伸項(xiàng)目，目前水電主業(yè)呈現(xiàn)下滑趨勢，為適應(yīng)市場競爭的需要，今后將在工業(yè)與民用建筑、城市軌道交通、市政、鐵路、公路等行業(yè)的地質(zhì)工程、巖土工程、地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)專業(yè)拓展。專業(yè)的科技發(fā)展方向應(yīng)著眼于未來，以專業(yè)生產(chǎn)為導(dǎo)向，在兩個方面加大投入，一是在水電水利傳統(tǒng)行業(yè)方面，針對已完成的工程項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對已使用的新技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用分析，并不斷地在領(lǐng)域內(nèi)研究創(chuàng)新；二是針對目前的市場需求，研究并推廣使用實(shí)用性強(qiáng)、提高企業(yè)競爭力的新技術(shù)、新方法，為巖土市場拓展鋪路。

3 水電工程地質(zhì)專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

3.1 環(huán)境地質(zhì)問題

要在復(fù)雜的地質(zhì)條件下興建高壩大庫，不可避免地要對地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行改造，需要開挖工程邊坡、開挖地基、開挖地下工程，需要堆放棄碴，而我國西部有的地方生態(tài)環(huán)境十分脆弱，環(huán)境地質(zhì)保護(hù)的壓力較大，若不加重視，可帶來諸如泥石流、滑坡等一系列環(huán)境工程地質(zhì)災(zāi)害問題，需要我們水電地質(zhì)工作者時刻保持敏感的神經(jīng)，在環(huán)境地質(zhì)工作中做到超前認(rèn)識和精準(zhǔn)判斷，為采取可靠的預(yù)防措施提供技術(shù)支撐，避免重大環(huán)境地質(zhì)問題的發(fā)生。

3.2 面臨更加復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，諸多世界性地質(zhì)技術(shù)難題急需解決

20世紀(jì)初期20年，我國水電工程建設(shè)中，需要攻克許多世界級工程技術(shù)難題，西南地區(qū)是我國水能資源的富集地區(qū)，是當(dāng)前和未來水電建設(shè)的重點(diǎn)所在，但該區(qū)域地形地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地震烈度高（不少達(dá)Ⅷ～Ⅸ度），斷裂構(gòu)造發(fā)育（四川省著名的有龍門山斷裂帶、鮮水河斷裂帶、安寧河斷裂帶等，西藏地區(qū)主中央斷裂、主邊界斷裂等），巖石條件差異較大（軟巖廣泛分布），變形巖體廣布（傾倒變形體、拉裂巖體）、地應(yīng)力高（不少地區(qū)實(shí)測地應(yīng)力達(dá)40 MPa以上）、水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)；電站規(guī)模大，百萬千瓦以上的達(dá)20多座，很多工程的勘察和設(shè)計(jì)研究具有世界級難度，有的已超出了我們的認(rèn)識水平。在這些地區(qū)建設(shè)高壩大庫，將面臨著高地震烈度區(qū)帶來的區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定問題、高地應(yīng)力環(huán)境下的超大埋深和超大規(guī)模地下洞室群穩(wěn)定問題、復(fù)雜的水文巖溶地質(zhì)環(huán)境問題、變形巖體形成的超高工程開挖邊坡穩(wěn)定、超深厚覆蓋層建壩等復(fù)雜的工程地質(zhì)問題和巖石力學(xué)問題，面臨著一系列新的理論難題和技術(shù)挑戰(zhàn)，這些都需要水電地質(zhì)工作者不斷探索和進(jìn)行科技攻關(guān)。

教師應(yīng)當(dāng)“通過生動形象的課堂教學(xué)、熱情細(xì)致的課外輔導(dǎo)和開放坦誠的思想交流，對學(xué)生的成就給予及時合理的強(qiáng)化與反饋”（陳琦等，2011），如此，學(xué)生才會對自己有著更深刻的認(rèn)識，對于自己的愿望和學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確。

3.3 水庫蓄水后的庫岸穩(wěn)定問題突出

從四川和西藏地區(qū)已經(jīng)建成蓄水的一批高壩大庫看，重大地質(zhì)問題仍然較為突出。大多數(shù)都存在著變形、塌岸、滑坡、滲漏、浸沒等地質(zhì)問題。不少基巖邊坡出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形開裂現(xiàn)象（如溪洛渡庫區(qū)、錦屏一級、毛爾蓋、獅子坪庫區(qū)），有的表現(xiàn)為傾倒變形、有的為基巖順層滑移變形破壞，這些變形失穩(wěn)現(xiàn)象不少都超出了教科書和規(guī)程規(guī)范的范圍要求，給蓄水后巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價工作帶來了不少難題。需要通過蓄水后大型水庫現(xiàn)場變形、塌岸等方面科研工作的開展，進(jìn)一步分析評價蓄水條件下岸坡巖土體與庫水作用機(jī)理、變形過程，完善或形成巖質(zhì)邊坡安全性評價準(zhǔn)則。

4 未來水電工程地質(zhì)技術(shù)發(fā)展方向展望

4.1 傳統(tǒng)水電地質(zhì)將向高尖技術(shù)方向發(fā)展

通過多年的努力，地質(zhì)專業(yè)已經(jīng)在傳統(tǒng)水電站勘察方面形成了一些成熟技術(shù)。主要有：

（1）水電站區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究評價技術(shù)；（2）水庫工程地質(zhì)勘察評價技術(shù)體系；

（3）巖基建高混凝土壩工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（4）深厚覆蓋層建高土石壩、閘壩工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（5）工程高邊坡工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（7）深埋長隧洞工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（8）巖溶工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（9）滑坡等地質(zhì)災(zāi)害工程地質(zhì)勘察技術(shù)；（10）天然建筑材料工程地質(zhì)勘察技術(shù)；

（11）水電水利工程泥石流勘察與防治技術(shù)；（12）水電水利工程環(huán)境邊坡危巖體勘察關(guān)鍵技術(shù)等等。

面對新的科技形勢和科技發(fā)展面臨的需求，需要完善和形成一系列前沿高尖技術(shù)，包括：

（1）超深厚覆蓋層建壩工程地質(zhì)；

（2）堰塞湖相覆蓋層建壩工程地質(zhì)；

（3）超埋深長越鄰高地應(yīng)力隧洞工程地質(zhì)；

（4）高地應(yīng)力大跨度地下廠房洞室群成洞工程地質(zhì)；

（5）水電工程地質(zhì)災(zāi)害評價工程地質(zhì)；

（6）水庫蓄水后巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價工程地質(zhì)；

（7）新技術(shù)和新方法（數(shù)值分析、3S、三維激光掃描等）。

4.2 大巖土化將是未來發(fā)展的主流

面臨國家一帶一路、中部崛起、沿海開發(fā)大戰(zhàn)略的歷史機(jī)遇，水電顯著放緩的前提下，需要積極向國外、市政、交通、地災(zāi)、新能源等方面拓展，需要投入更多的人力資源，投入更多的科研力量，保證專業(yè)拓展的持續(xù)發(fā)展，完成水電地質(zhì)創(chuàng)新業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型升級。我國水電地質(zhì)目前多采用前蘇聯(lián)模式，以單一的地質(zhì)研究為主，而國外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大巖土化，我國其它行業(yè)也大多實(shí)現(xiàn)了大巖土，隨著國內(nèi)外市場的開拓，為適應(yīng)市場需求，集巖土工程勘察設(shè)計(jì)于一體的大巖土化必將成為未來地質(zhì)發(fā)展的主流。

4.3 工程地質(zhì)三維協(xié)同設(shè)計(jì)將成為新常態(tài)

從水電地質(zhì)手工繪圖到CAD二維成圖，大大提高了人們的工作效率，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，地質(zhì)人員夢想的高效三維成圖技術(shù)取得了長足進(jìn)步，有望得到普及應(yīng)用。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，工程地質(zhì)信息系統(tǒng)和三維協(xié)同設(shè)計(jì)將成為新常態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)生產(chǎn)模式的再一次革新。但仍有不少地方需要完善，如與勘察資料數(shù)據(jù)庫的對接問題，與巖土體物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)利用問題等。需要形成更加合理可行的地質(zhì)三維建模技術(shù)，提高勞動生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)三維可視化技術(shù)的進(jìn)一步超越。研發(fā)集地質(zhì)資料收集管理、分析解譯過程、地質(zhì)成果信息輸出為一體的數(shù)字化三維工作平臺。

5 結(jié) 語

四川和西藏地區(qū)山高坡陡，傳統(tǒng)水電開發(fā)轉(zhuǎn)向地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)，技術(shù)難度越來越大，工程建成后仍出現(xiàn)諸多重大地質(zhì)問題，仍需攻堅(jiān)克難，有的工程地質(zhì)問題已經(jīng)超出了目前人們的認(rèn)識水平和規(guī)程規(guī)范的要求范圍，需要在工作中不斷總結(jié)完善，需要進(jìn)一步開展科技攻關(guān)工作，今后一段時間需要重點(diǎn)在超深厚覆蓋層建壩工程地質(zhì)，堰塞湖相覆蓋層建壩工程地質(zhì)，超埋深長越鄰高地應(yīng)力隧洞工程地質(zhì)，高地應(yīng)力大跨度地下廠房洞室群成洞工程地質(zhì)，三維地質(zhì)建模技術(shù)，水電工程地質(zhì)災(zāi)害評價，水庫蓄水后巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價工程地質(zhì)，新技術(shù)和新方法，市政、交通、地質(zhì)災(zāi)害、新能源等方面進(jìn)行重點(diǎn)研究和拓展。傳統(tǒng)水電地質(zhì)將向高尖技術(shù)方向發(fā)展，大巖土化將是未來發(fā)展的主流，工程地質(zhì)三維協(xié)同設(shè)計(jì)將成為新常態(tài)。

［1]周少森，唐榮斌，等.四川水力資源條件、開發(fā)價值及開發(fā)前景展望［J］，水電站設(shè)計(jì)，2006（06）.

［2]胡向陽，何子生.西藏水能資源開發(fā)前景淺析［J］.人民長江，2009（08）.

TV221.2

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1003-9808（2015）04-0001-03

2015-08-19

彭仕雄（1964-），男，重慶永川人，教授級高級工程師，從事地質(zhì)工程方面的研究工作。