唐運(yùn)剛

((云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650021)

騰龍橋二級(jí)水電站導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)比選

唐運(yùn)剛

((云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,云南 昆明 650021)

通過騰龍橋二級(jí)水電站樞紐區(qū)工程地質(zhì)勘察,區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件極為復(fù)雜。龍江大斷裂緊靠右岸通過,受其影響,巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,較破碎;左岸為順向坡,大壩下游發(fā)育規(guī)模較大滑坡體,山坡不穩(wěn)定。左、右岸導(dǎo)流隧洞選擇極為困難,直接關(guān)系工程的安全和決策。通過大量的工程地質(zhì)勘探、分析,比較了兩岸導(dǎo)流隧洞的有利因素、缺點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)和需要采取的工程處理措施,綜合考慮工程地質(zhì)條件推薦了右岸導(dǎo)流隧洞。

騰龍橋二級(jí)水電站;龍江大斷裂;滑坡;導(dǎo)流隧洞

1 研究區(qū)概況

1.1 工程概況

騰龍橋二級(jí)水電站位于云南省保山市龍陵、騰沖兩縣交界處,處于高黎貢山西麓,伊洛瓦底江一級(jí)支流龍江上。地理位置:北緯24°40′00″～24°54′00″、東經(jīng)98°37′30″～98°41′30″。

騰龍橋二級(jí)水電站采用攔河壩抬高水頭,壩后布置電站廠房的布置方案。電站裝機(jī)規(guī)模81 MW,最大壩高57.5 m,電站樞紐主要由取水樞紐、廠區(qū)發(fā)電樞紐等建筑物組成,壩型采用混凝土重力壩。電站廠房及導(dǎo)流隧洞布置于右岸。

1.2 基本地質(zhì)條件

工程區(qū)壩址河段河流流向NNE向,呈直線延伸,河谷主要呈不對(duì)稱的“U”型谷,谷底無階地,也無高漫灘;谷底與河床寬一致,河床寬度一般50～100 m,河流縱比降約10‰～15‰。第四系洪沖積層(Qpal)厚度0.5～15.0 m,為雜色砂卵礫石夾漂石,局部上部為灰色、灰白色細(xì)—粗砂及粉砂,分布在工程區(qū)龍江河谷及兩岸沖溝內(nèi);崩塌堆積物(Qcol)厚度1.0～15.0 m,為雜色孤石、塊石、碎石夾礫質(zhì)土、砂土、壤土等,分布在陡巖、陡壁下方;地滑堆積物(Qdel)厚度5.0～70.0 m,為雜色碎石土、礫質(zhì)土、砂土、壤土、粘土夾孤石、塊石等,主要分布在工程區(qū)左岸滑坡體上;殘坡積層(Qedl)厚度0.5～5.0 m,為黃褐色、紅褐色碎石土、礫質(zhì)土、壤土、粘土,局部夾塊石、孤石,分布在工程區(qū)兩岸山頂、山坡位置。上第三系上新統(tǒng)芒棒組下段(N2m1)為灰色、灰白色礫巖、砂礫巖、砂巖夾粘土巖、褐煤、凝灰?guī)r等,分布在工程區(qū)右岸。下元古界高黎貢山群上段(Pz1gl2)為灰白色、灰色、灰黑色石英片巖、石英巖、微晶片巖夾變粒巖,含石墨片巖、硅質(zhì)巖、大理巖及變質(zhì)砂巖、板巖等,分布在工程區(qū)左、右兩岸。

工程區(qū)為單斜構(gòu)造,主構(gòu)造線方向?yàn)镾N或N-NE向。巖層走向N0°～35°E,傾向NW-W,傾角30°～50°,其中左岸及河床巖層傾角較陡,傾角40°～50°;右岸巖層傾角相對(duì)較緩,傾角30°～40°。

工程區(qū)斷裂主要有走向SN或N-NE的F18斷裂(龍江深大斷裂)與走向NW的F46斷裂(團(tuán)田斷裂)。其中,F18斷裂從右岸通過,F46斷裂斜跨工程區(qū)下游河床,這兩條斷裂為工程區(qū)的控制性斷裂(圖1)。

工程區(qū)滑坡主要分布在左岸順向坡地段,為基巖滑坡,對(duì)工程區(qū)有影響的主要是左岸的HP1、HP6規(guī)模較大的滑坡及右岸的HP4滑坡。工程區(qū)崩塌現(xiàn)象主要分布在左岸壩址上游沖溝及右岸壩址下游,堆積物為碎石、塊石、孤石及土,厚度不大[1-2]。

2 工程地質(zhì)問題

圖1 樞紐區(qū)工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Engineering geological plane of the junction area

2.1 左岸HP1滑坡特征

左岸存在HP1滑坡,位于壩址左岸下游。HP1滑坡整體為一基巖順層滑動(dòng)形成的不穩(wěn)定體,根據(jù)平硐PD1、PD13、PD14、PD15與鉆孔ZK1及探槽揭露情況看,滑坡體分布范圍較大,寬度180～300 m,長度190 m,厚度20～40 m,屬于厚層的中型滑坡。根據(jù)HP1在不同部位的物質(zhì)組成、應(yīng)力作用、堆積體變形特征,可將整個(gè)不穩(wěn)定體分為三部分:下部傾倒蠕動(dòng)變形體(HP1-1)和順層蠕動(dòng)變形體(HP1-2),上部卸荷崩塌堆積體(HP1-3)。

2.1.1 HP1-1:傾倒蠕動(dòng)變形體

分布在HP1上游部分,根據(jù)PD1、PD14與鉆孔ZK1及探槽揭露情況,在其上游邊緣部位淺層存在松動(dòng)堆積層,堆積物為塊石、碎石混砂土,結(jié)構(gòu)松散,厚度約5～6 m。傾倒蠕動(dòng)變形體長180 m,寬110～150 m,平均深40 m,滑坡體方量估計(jì)可達(dá)93.6×104m3。傾倒蠕動(dòng)變形體主要由陡傾及傾倒變形的石英片巖組成,裂隙夾泥和土(約10%),變形體內(nèi)巖石以強(qiáng)—弱風(fēng)化為主,局部夾全風(fēng)化(約12%)。片理呈陡傾角,角度70°～85°。巖石卸荷現(xiàn)象明顯,拉裂縫普遍分布,拉裂縫寬2～12 cm?？拷冃误w與基巖接觸帶巖石擠壓褶皺強(qiáng)烈,巖石破碎,有滴水及線狀流水現(xiàn)象。在變形體與基巖接觸部位,為一層厚度約3.2 m粉質(zhì)粘土混巖屑軟弱層,其產(chǎn)狀:走向N20°E,傾向NW,傾角59°。接觸帶約3 m地段,都有滴水及線狀流水,呈雨淋狀,流量約2～3 L/s。在接觸帶經(jīng)取樣實(shí)驗(yàn),γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c殘余=9.8～29.4 kPa,φ殘余=14.3°～14.7°。該變形體是由于巖石上部傾倒,下部存在局部臨空面,在應(yīng)力作用下引起巖體整體順層蠕動(dòng)變形、拉裂,直至目前已無臨空面。變形程度基本未造成位移或位移很小,僅沿粘土混巖屑帶的蠕動(dòng)變形。目前處于極限相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.2 HP1-2:順層蠕動(dòng)變形體

分布在HP1靠下游部分,根據(jù)PD4、PD13、PD15勘探及地表情況,在其下游邊緣部位存在松動(dòng)、架空堆積層,堆積物為塊石、碎石混砂土,厚度約8～10 m。順層蠕動(dòng)變形體長140 m,寬90～120 m,平均深20 m,滑坡體方量估計(jì)可達(dá)30.8×104m3。順層蠕動(dòng)變形體由變形石英片巖組成,局部裂隙夾泥(約5%),巖石以弱風(fēng)化為主。巖石片理呈陡傾角,角度50°～70°,巖石卸荷現(xiàn)象明顯,拉裂縫較多,多為順片理拉裂,拉裂縫寬2～10 cm?？拷冃误w與基巖接觸帶長約3 m地段巖石擠壓褶皺強(qiáng)烈,巖體揉皺破碎。未見地下水。在變形體與基巖接觸部位,為一層厚度約0.4 m粉質(zhì)粘土,產(chǎn)狀:走向N20°E,傾向NW,傾角43°。經(jīng)取樣實(shí)驗(yàn),γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c殘余=9.8～29.4 kPa,φ殘余=14.3°～14.7°。該變形體是由于山坡下部存在局部臨空,巖石在應(yīng)力作用下,整體順層蠕動(dòng)變形、拉裂,滑動(dòng)帶底部巖體有輕微變形,未完全產(chǎn)生剪切破壞,變形程度基本未造成位移或位移很小,僅沿粘土帶的順層蠕動(dòng)變形。目前處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.3 HP1-3:卸荷崩塌堆積體

分布于上部,根據(jù)PD15勘探及地表勘查,堆積體地表為孤塊石,架空堆積,分布寬約110 m,長30～50 m。平硐0～8 m為粘土與孤塊石膠結(jié),8～18 m受崩塌應(yīng)力作用巖層變陡角60°～74°,卸荷裂隙發(fā)育,有明顯架空、坍塌現(xiàn)象,有順層滑動(dòng)跡象,無明顯滑動(dòng)面。目前,崩塌體后緣呈陡壁,高約5～6 m。崩塌體地形平滑,坡度約20°,處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 右岸龍江斷裂影響帶特征

F18斷裂沿右岸坡分布,根據(jù)鉆孔、平硐揭露,按物質(zhì)組成、巖體結(jié)構(gòu)分析,靠近岸坡為F18斷裂的影響帶。斷裂影響帶由碎塊巖、透鏡體彼此鑲嵌而成或者是節(jié)理密集發(fā)育成節(jié)理密集帶,裂隙間多充填碎裂物、泥質(zhì)物。斷裂影響帶內(nèi)巖石極破碎,見斷層泥、角礫巖、壓碎巖等,巖石存在一定的膠結(jié),產(chǎn)狀變得更緩,約20°～30°,巖層也見破碎的薄層狀。砂泥質(zhì)物質(zhì)分布不均勻,有的地段占30%左右,膠結(jié)石英壓碎巖或石英角礫巖,石英角礫巖沿片理分布,一般塊徑約20 cm×40 cm;有的地段主要分布薄層(1～2 cm)石英巖,較破碎,可見傾向山內(nèi)的片理,依稀可見原巖結(jié)構(gòu)。在正常巖石與斷裂影響帶接觸部位分布一層寬0.5～2 m的黑色斷層泥。地下水位較高[3]。

3 導(dǎo)流隧洞分析

3.1 左岸導(dǎo)流隧洞

通過以上分析,左岸存在HP1滑坡,分布范圍大,滑面較深。隧洞軸線向山內(nèi)偏移可避開了HP1滑坡的影響,左岸導(dǎo)流隧洞長約719 m,比右岸導(dǎo)流隧洞長約193 m,大部分為Ⅲ類圍巖(圖2)。其中,Ⅲ類為75.5%,Ⅳ類為10.2%,Ⅴ類為14.3%。

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

由于隧洞向山內(nèi)偏移,布置于滑動(dòng)帶下部,隧洞中段可避開HP1滑坡的影響,圍巖主要為弱風(fēng)化石英片巖,圍巖類別以Ⅲ-Ⅳ類圍巖為主。

3.1.2 缺點(diǎn)

比右岸導(dǎo)流隧洞長約193 m,隧洞出口段接近滑坡地帶長度約103 m。不利因素主要有3點(diǎn):①根據(jù)對(duì)HP1滑坡的分析,其滑動(dòng)安全系數(shù)為1.1左右,目前處于極限穩(wěn)定狀態(tài)。②由于HP1-2目前仍在發(fā)生蠕動(dòng)變形,將影響隧洞在施工期和運(yùn)行期的穩(wěn)定性;③出口段位于HP1的抗力段,施工期不利因素及不可預(yù)見性因素較多,影響HP1滑坡的穩(wěn)定。

3.1.3 措施

針對(duì)目前HP1滑坡狀況,隧洞選擇從該處出來,出口段必然會(huì)穿越滑坡底部,隧洞施工前必須對(duì)滑坡進(jìn)行工程處理。處理措施可采取錨索、抗滑樁及重力式擋墻等,并做好排水,再進(jìn)行開挖,控制好爆破。

3.1.4 風(fēng)險(xiǎn)

出口洞臉不穩(wěn)定,對(duì)滑坡處理后能否保證山坡不會(huì)滑動(dòng),不是完全肯定。隧洞在滑坡內(nèi)通過地段卸荷裂隙很發(fā)育,不能肯定施工完全順利進(jìn)行。

3.2 右岸導(dǎo)流隧洞

右岸龍江斷裂影響帶分布范圍寬,隧洞選擇無法避免。右岸導(dǎo)流隧洞長約526 m(圖3),右岸導(dǎo)流隧洞比左岸導(dǎo)流隧洞短約193 m。其中,Ⅲ類為21.9%,Ⅳ類為20.1%,Ⅴ類為58%。

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

比左岸導(dǎo)流隧洞短約193 m,隧洞進(jìn)、出口條件好,為Ⅲ-Ⅳ類圍巖。

3.2.2 缺點(diǎn)

中間段0+079～0+384長約305 m為Ⅴ類圍巖,達(dá)58%,埋深35～62 m。為龍江斷裂影響帶,巖體完整性差,主要為碎裂結(jié)構(gòu)。地下水活動(dòng)中等,沿裂隙面或軟弱結(jié)構(gòu)面存在滴水或線流。施工隧洞大約8 m×9 m,洞徑較大。圍巖自穩(wěn)能力較差,邊墻、拱頂極易坍塌變形,可能出現(xiàn)邊挖邊塌現(xiàn)象,變形破壞嚴(yán)重。但不會(huì)向河床方向發(fā)生位移。

3.2.3 措施

中間Ⅴ類圍巖地段成洞條件差,而施工斷面達(dá)8 m×9 m,施工存在一定難度,必須采取相應(yīng)的施工措施(如超前錨桿、管棚、排水、灌漿),及時(shí)進(jìn)行鋼支撐掛網(wǎng)噴錨等。

3.2.4 風(fēng)險(xiǎn)

中間Ⅴ類圍巖地段存在坍塌、冒頂?shù)娘L(fēng)險(xiǎn),但提前采取有效的工程施工措施可以控制一定的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

左—右方案導(dǎo)流隧洞地質(zhì)條件都很復(fù)雜,存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

左岸方案的主要工程地質(zhì)問題是施工使HP1滑坡不穩(wěn)定,處理難度較大,存在施工和運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn);右岸方案的主要工程地質(zhì)問題是Ⅴ類圍巖較多,可通過施工和設(shè)計(jì)措施保證隧洞施工和運(yùn)行安全。如采用左岸方案,施工前,需對(duì)HP1滑坡進(jìn)行工程處理,穩(wěn)定性得到保證后,方能進(jìn)行施工。但是滑坡處理難度較大、處理工程量也較大,在技術(shù)上、施工上都很復(fù)雜,需要專題研究。

圖2 左岸導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)剖面圖Fig.2 Engineering geological section of the left diversion tunnel

圖3 右岸導(dǎo)流隧洞工程地質(zhì)剖面圖Fig.3 Engineering geological section of the right diversion tunnel

右岸方案雖然有近58%的Ⅴ類圍巖,但是施工方法和措施得當(dāng)?shù)脑?該方案技術(shù)上是可行的。

根據(jù)比選,最終采用了右岸導(dǎo)流隧洞方案。目前,右岸導(dǎo)流隧洞已經(jīng)順利貫通并正常運(yùn)行,隧洞施工過程中基本上在原來勘探位置進(jìn)入Ⅴ類圍巖,施工中給予高度重視,使用了超前錨桿、鋼支撐、噴錨、及時(shí)排水等措施。對(duì)于左岸滑坡設(shè)計(jì),建議施工中不能對(duì)其進(jìn)行擾動(dòng)的情況下采取必要的處理,但施工中為了工程施工便利,在中部和下部修建二個(gè)平臺(tái)公路,影響了滑坡的穩(wěn)定性,后來對(duì)滑坡采取了錨索處理,效果良好。該電站已經(jīng)于2010年6月正式發(fā)電。

通過對(duì)該工程左、右岸導(dǎo)流隧洞的工程地質(zhì)勘察,認(rèn)真分析研究不同地質(zhì)條件可能發(fā)生的工程地質(zhì)問題,兩個(gè)方案不同的優(yōu)缺點(diǎn)、工程措施以及風(fēng)險(xiǎn),最終為設(shè)計(jì)正確選擇最優(yōu)方案提供了可靠的工程地質(zhì)依據(jù)。

[1] 中華人民共和國水利部.水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:GB 50487—2008[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2008.

[2] 中華人民共和國水利部.中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范:SL 55—2005[S].北京:中國水利水電出版社,2005.

[3] 陳南祥.工程地質(zhì)及水文地質(zhì)[M].北京:中國水利水電出版社,2007.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Engineering Geological Comparison of TenglongqiaoII Hydropower Station Diversion Tunnel

TANG Yungang

(YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation，DesignandResearch，Kunming，Yunnan650021)

According to the investigation of Tenglongqiao II hydropower station，it shows that the engineering geological conditions in this junction area is very complex.Longjiang fault closing to the right bank，the rock mass has been strong weathered，and rock has been broken under the influence of the station.Besides，on the left along the slope and the dam downstream developed a large scale of landslide，the slope is instable.Choosing the left or right bank diversion tunnel is very difficult，which directly related to the safety of engineering and decision making. Through a lot of engineering geological prospecting and analysis，comparing the diversion tunnel of the favorable factors，disadvantages and risks on both sides，the engineering measures need to be taken. Considering all of these engineering geological conditions，the right bank diversion tunnel has been recommended.

Tenglongqiao II hydropower station； Longjiang fault； landslide； diversion tunnel

2016-01-14;改回日期:2016-02-17

唐運(yùn)剛(1965-),男,高級(jí)工程師,礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),從事水利水電工程地質(zhì)工作。E-mail:360037869@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)05-0748-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.018

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0822.012.html 數(shù)字出版日期:2016-08-11 08:22