硕曲河洞松水电站引水隧洞围岩分类

陈利友

(四川省水利水电勘测设计研究院 勘察分院,四川成都 611731)

1 工程概况

洞松水电站位于四川省甘孜州乡城县境内,是金沙江左岸二级支流硕曲河规划梯级开发方案中的第四个梯级电站,为低闸长引水式,正常蓄水位高程 2 754 m,总库容 154万 m3,引 用 流 量103.5 m3/s,利用最大落差 221.9 m,电站装机180 M W。电站以有压隧洞引水,引水隧洞沿硕曲河右岸傍山布置,全长 18.084 k m,设计断面为马蹄形,底宽 4.5 m,高 6.36 m。

2 引水线路基本地质条件

引水线路沿线为近南北向的条形山,除零星分布有Ⅰ级河流阶地外,大多岸坡陡峻。引水线路沿线分布三叠系上统图姆沟组和第四系地层。三叠系上统图姆沟组(T3t)地层为以深灰色薄 ～极薄层状变质砂岩与板岩互层,局部夹有流纹岩和中基性火山岩及灰岩透镜体,属浅-中等变质岩系。引水线路位于区域性断层——乡城断层和索让断层之间,地质构造复杂,穿越规模较大的断层9条。岩层陡倾右岸,层面裂隙极其发育,岩层走向与引水隧洞轴线大多呈小角度相交。引水线路沿线物理地质现象不发育,仅局部见崩塌和滑坡且远离洞轴线,对引水隧洞影响不大。

引水线路区地下水分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两种类型,松散岩类孔隙水主要赋存于第四系松散堆积层中,基岩裂隙水赋存于变质砂岩与板岩裂隙中。由于引水线路沿线顺坡分布多层板岩相对隔水层,因此,引水线路沿线很少有泉点出露。

3 引水隧洞采用的勘察方法及围岩分类原则

(1)勘察方法。

洞松水电站为典型的川西高山高原变质岩地区的长引水式电站。电站引水隧洞沿线以陡倾角,软、硬相间的薄 ～极薄层状变质砂、板岩为主,洞轴线与岩层走向多呈小角度相交或近于平行。此类工程引水隧洞与平原、丘陵地区近水平的沉积岩地层的引水隧洞勘察方法有所不同。

水平沉积岩地区中的引水隧洞穿过的岩性层位一般不多,在适当位置布置一个勘探钻孔即可揭示整个工区的所有岩层,再通过隧洞进、出口及沿线洞底高程附近的基岩露头进行调查,即可对整个隧洞围岩有一个较为清晰的把握。而类似洞松水电站工程引水隧洞的勘察,由于其岩层陡倾,河流为纵向谷,隧洞沿线地层顺河分布,隧洞穿过的岩性层位较多,机动钻探有明显的局限性,其揭示的岩性层位非常有限;且因其洞线多位于山顶或陡峻的岸坡上部,地形险峻,勘察人员几乎无法沿布置的洞线进行调查,主要采用沿线路岸坡进行调查,但沿线岸坡露头地层界线也无法延伸至洞线上,可见以上常用的线路勘察方法对此类引水隧洞围岩调查均有明显的局限性。根据实践经验,对此类隧洞围岩的调查比较行之有效的方法是硐探。但该工程由于洞线靠山体内较多,要求勘察平硐的深度较大,勘察成本高,工期长,故在工程勘察中未采用。最后主要通过对隧洞沿线几条横切洞线的冲沟进行测绘、调查,以洞线穿越冲沟所在部位露头的岩性及其结构特征推测其控制洞段的围岩特征。此外,考虑工区大的构造环境,结合沿线地表调查中发现的大量次级小断层、挤压破碎带、揉皱、褶曲等小构造,预见了沿线隧洞内可能遇到的同样问题,在隧洞围岩分类时考虑了其对围岩稳定的影响。

(2)围岩分类原则。

围岩分类综合考虑到岩石强度、结构、岩体完整程度、结构面特征及其与洞轴线的组合关系、地下水影响和地应力等因素,采用《中小型水利水电工程地质勘察规范》中有关围岩工程地质分类的标准,结合《水利水电工程地质勘察规范》G B 50287-99对洞身围岩进行了详细分类。根据引水隧洞的岩性和结构面组合特征,所采用的围岩分类原则如下:中厚层状新鲜变质砂岩、砂质板岩和灰岩为Ⅲ类;薄层状结构的岩体及弱风化中厚层状岩体为Ⅳ1类;极薄层状及碎裂相嵌结构岩体为Ⅳ2类;散体结构岩体为Ⅴ类。

4 引水隧洞主要工程地质问题评价

(1)引水隧洞全长 18.084 k m,隧洞围岩以软质岩和中硬岩为主,大部分洞段洞线与岩层走向交角较小,并分布有断层破碎带、挤压破碎带等且穿过向斜轴部,因此,围岩类别较低,以Ⅳ1、Ⅲ类围岩为主,次为Ⅳ2类,少量为Ⅴ类。Ⅲ类围岩占隧洞总长度的 17.4%,Ⅳ1类围岩占 53.8%,Ⅳ2类围岩占 22.7%,Ⅴ类围岩占 6.1%。Ⅲ、Ⅳ1类围岩成洞条件较好,Ⅳ2、Ⅴ类围岩成洞条件差。由于岩体受乡城断裂(F 50)和索让断裂(F 48)两断层的影响,次级小断层和层间挤压错动破碎带较发育,施工中遇到了此类问题,其围岩类别相应降低至Ⅴ类。

(2)洞线穿越馆沟、拉洼雄沟等洞段,沟底高程较低,地表覆盖层较厚,岩体风化破碎,地表水活动强烈,地下水位较高,对施工和隧洞成洞和成形影响较大,施工中应引起足够重视并采取相应的工程处理措施。

(3)隧洞主要傍山通过,侧向埋深 180～600 m,垂直埋深 150～500 m,以板岩和变质砂岩为主,岩层陡倾,存在缓倾角结构面,预测洞顶和洞壁岩体存在沿结构面垮塌的机率较大,施工中应采取相应的防范措施。

(4)隧洞穿过 f54和 f56等断层带洞段,地下水活动可能较强烈,存在涌水和坍塌的可能;在隧洞穿越龙门色松向斜轴部时,其岩体完整性差,为汇水构造,存在突发性涌水、坍塌的可能,施工中应引起足够重视并采取相应的工程处理措施。

5 前期地质勘察中隧洞围岩分类的得失

目前,该工程已开工两年多时间,其施工支洞大多已贯通,主洞施工已完成过半。将隧洞施工开挖揭示的情况与前期勘察中的围岩分类进行对比,证明前期勘察中引水隧洞围岩的分类能较为准确地反应实际围岩情况(以Ⅳ类围岩为主,Ⅲ、Ⅴ类次之),能完全满足设计使用,在施工过程中能预判围岩变化,对施工具有较好的指导意义;同时,由于客观条件的限制,使得个别地段施工揭示的实际围岩类别有所下降,其原因主要是Ⅲ类围岩略微减少,而Ⅴ类围岩略微增多。通过分析、总结后得知,造成前期勘察中的围岩分类与实际围岩类别差异的主要原因是:(1)局部地段存在地下水影响,使得相应洞段实际围岩类别下降。工区岩层为陡倾角板岩与变质砂岩互层,顺河向分布。由于板岩为相对隔水层,沿河两岸均分布有多层相对隔水的板岩层,故在两岸坡未见有泉水点出露。在进行水文地质调查时,据此认为两岸地下水位较低,隧洞内地下水活动较弱,实则依据不足。实际上,该工程引水隧洞沿岸未见泉点出露正好说明顺河多层相对隔水层的存在,从而导致两岸山体内地下水向河流排泄不畅,地下水易汇集,水位反而可能较高。(2)前期勘察揭示引水隧洞围岩主要涉及变质砂岩、碳质板岩、砂质板岩、泥质板岩,而施工开挖揭示引水隧洞局部地段还有千枚岩存在,千枚岩与泥质板岩质地、结构构造较为相似,岩质软弱,呈薄板或薄片状,但千枚岩的实际工程性状较板岩还差,其围岩分类多属Ⅴ类。本次在区域性大断层附近的 4、5号施工支洞揭示了较多的灰绿色千枚岩是造成该段实际Ⅴ类围岩增多的主要原因。

6 结 语

该电站引水隧洞沿线以陡倾角,软、硬相间的薄 ～极薄层状变质砂、板岩为主,洞轴线与岩层走向多呈近于平行或呈小角度相交,此类引水隧洞与平原、丘陵地区近水平沉积岩地层的引水隧洞勘察方法有所不同。引水隧洞的地质情况主要通过对隧洞沿线几条横切洞线的冲沟进行测绘、调查,并以洞线穿越冲沟所在部位露头的岩性及其结构特征推测其控制洞段的围岩特征;此外,考虑工区大的构造环境,结合沿线地表调查中发现的构造形迹,分析其对围岩稳定的影响,从而对隧洞围岩类别作出了较为准确的划分。经施工验证,上述围岩类别划分方法对该工程围岩类别的划分能较为准确地反应实际围岩情况,完全能满足设计使用,在施工过程中能预判围岩变化,对隧洞施工具有较好的指导意义。