吉沙水电站低压引水隧洞围岩地质条件分析

郑德学，吴喜江，黄耀祖

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

1 工程地质条件

引水隧洞布置于硕多岗河左岸，隧洞长约14.467 km。引水隧洞区地面高程均在3 150 m以上，最高达3 500 m，无横向深切沟谷，地形较完整。

根据地层岩性分布的总体特征，引水隧洞划分为北、中、南3个区段。北段 （桩号S0+000～S5+200）：全长约5 200 m，穿越的地层为石炭系中下统结晶灰岩、砂质板岩、片理化安山岩。中段 （桩号S5+200～S8+500）：全长约3 300 m，穿越的地层为石炭系上统结晶灰岩、片理化安山岩、砂质板岩。南段 （桩号S8+500～S14+467.39）： 全长约5 967.39 m，穿越的地层为三叠系安山玢岩、石炭系上统结晶灰岩。

引水隧洞区主要断裂构造有：北段在桩号1+905处与林场断裂 （F3）斜交，交角为15°。中段在桩号5+095左右近于垂直通过冷都断裂 （F1）。F1为一多期活动断裂，规模较大，破碎带宽70～80 m，并形成岩层错动。洞线在桩号8+356处，以夹角25°通过山神庙断裂 （F2-1）。南段沿线地质构造不发育，洞线方向与岩层走向近似平行，岩体完整性较好。

2 围岩工程地质条件分析

2.1 进口段

进口段长16 m。其中，桩号0+00～0+005为明挖段；桩号0+005～0+16为渐变段。开挖洞径为3.9 m×4.75 m的方形。上覆岩体厚20 m左右。围岩为石炭系中下统结晶灰岩，岩层走向与洞线呈70°左右斜交。围岩类别为Ⅲ类。

2.2 洞身段

（1）S0+016～S3+438.5段。岩性为灰岩，岩层走向NW310°NE∠60°～70°， 与洞轴线呈 60°斜交。弱风化，岩质较坚硬，完整性差。该段发育7条小断层， 产状 NE25°～26°NW 或 SE∠60°～78°， 宽 40～50 cm，由断层泥、碎裂岩组成。本段共发育小溶洞60个。其中，洞径小于1的溶洞有7个；1～5 m溶洞有39个；5～10 m溶洞有11个；大于10 m的有3个即R28、R58和R59。溶洞内均充填黄色粘土，大部分滴水，R58呈线状流水，R10涌水。本段Ⅱ类围岩段长746.55 m，占22%；Ⅲ类围岩段长1 981.65 m，占58%；Ⅳ类围岩段长498.3 m，占15%；Ⅴ类围岩段长198 m，占6%。

（2）S3+438.5～S3+585.5段。岩性为安山岩，与灰岩呈裂隙或断层接触，弱风化，岩质较坚硬，但完整性差。S3+522～S3+585.5段与灰岩呈断层 （f12）接触，f12宽100～120 cm，主要由断层泥、碎裂岩等组成。本段Ⅳ类围岩段长84 m，占57%；Ⅴ类围岩段长63 m，占43%。

（3） S3+585.5～S4+707段。 岩性为深灰色～灰黑色灰岩， 岩层产状 NW330°NE∠75°～80°， 与洞轴线呈33°斜交。该段出露15条小断层，受构造影响岩质软弱，完整性差。该段围岩主要以Ⅳ、Ⅴ类为主，少部分为Ⅲ类。其中，Ⅲ围岩段长43.1 m，占3.8%；Ⅳ类围岩段长299.7 m，占26.7%；Ⅴ类围岩段长778.7 m，占69.5%。

（4）S4+707～S4+931段。岩性为泥质板岩夹灰岩， 产状 NW310°～330°SW∠50°， 与洞轴线呈 13°～33°斜交。强～弱风化，岩质较软弱，完整性差。该段发育一断层 （f45），宽40～50 cm，由断层泥夹碎裂岩等组成。本段共发育3个溶洞 （R115、R116和R117），洞内充填黄泥。该段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主。Ⅳ类围岩段长75.5 m，占33.7%；Ⅴ类围岩段长148.5 m，占66.3%。

（5）S4+931～S5+035段。岩性为泥质板岩，岩层产状为NW310°SW∠70°，与洞轴线呈13°斜交。强～弱风化，岩质软弱，完整性差。段内出露一条断层f43，宽1～2 m，由灰白色断层泥与碎裂岩组成。施工中曾发生塌方，体积约160 m3。该段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主。其中，Ⅳ类围岩段长83 m，占80%；Ⅴ类围岩段长21 m，占20%。

（6）S5+035～S5+673段。岩性为薄层灰岩，岩层产状 NW310°NE∠75°～80°， 与洞轴线呈 13°斜交。微风化，岩质坚硬，完整性差。S5+235～S5+290段发育断层 F1（冷都断裂）， 产状 NW50°NW∠70°，与洞轴线呈 70°斜交。F1宽30～35 m，由断层泥夹碎裂岩等组成，断层影响带宽65～70 m。本段共发育溶洞29个，洞内均充填黄色粘土，呈软塑状，夹少量灰岩碎块石，有滴水或渗水现象。该段围岩以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类为主，少部分为Ⅱ围岩。其中，Ⅱ围岩段长23 m，占3.6%；Ⅲ围岩段长260.5 m，占41%；Ⅳ类围岩段长245.4 m，占38.4%；Ⅴ类围岩段长109 m，占17%。

（7）S5+673～S6+350段。岩性为板岩，岩层产状NW323°SW∠79°，与洞轴线呈26°斜交。强～弱风化，岩质较软弱，完整性差。发育3条小断层，宽1.40 m，主要由黄色粘土和碎裂岩组成。该段Ⅲ类围岩段长239 m，占35%；Ⅳ类围岩段长309.5 m，占45%；Ⅴ类围岩段长128.5 m，占20%。

（8）S6+350～S7+161段。岩性为灰岩，岩层产状NW313°SW∠79°，与洞轴线呈15°斜交。弱风化，岩质坚硬，完整性较差。段内发育8条小断层，宽1.50～2.0 m，主要由黄色粘土和碎裂岩组成。本段共发育溶洞23个。其中，洞径小于1 m的溶洞有2个，其他溶洞洞径为1～5 m，洞内充填黄色粘土。该段Ⅱ类围岩长99 m，占12%；Ⅲ类围岩长693 m，占78%；Ⅳ类围岩长73 m，占9%。

（9）桩号S7+161～S7+339.5段。岩性为板岩，岩层产状NW320°SW∠65°，与洞轴线近于平行。强～弱风化，岩质较软弱，完整性差。S7+310～S7+366段发育一断层f31，产状NW315°，NE∠60°，宽1 m，在顶拱延伸50 m左右充填断层泥和碎裂岩。S7+158～S7+168是灰岩与板岩的接触带，在接触带附近处发育一溶洞R79，洞径2 m×2.5 m，充填泥夹碎石。在施工中曾发生过塌方，塌落高度约4.5 m。本段Ⅳ类围岩段长108.1 m，占60.5%；Ⅴ类围岩段长70.4 m，占39.5%。

（10）S7+339.5～S8+124段。岩性为灰岩，岩层产状NW320°SW∠65°，与洞轴线近于平行。岩质较坚硬，岩体完整性差，弱风化。发育7条断层，宽0.5～1.5 m，由断层泥和碎裂岩组成。本段共发育 3 个溶洞 （R82、 R83、 R84）， 洞径 2 m×2.5 m， 充填泥夹碎石，有少量渗水。 施工过程中，在S8+011～S8+124段曾发生塌方，塌落高度2.0～4.0 m。本段Ⅲ围岩段长12 m，占1.5%；Ⅳ类围岩段长490 m，占62.5%；Ⅴ类围岩段长282.5 m，占36.%。

（11）S8+124～S8+354段。岩性为灰岩夹板岩，产状NW340°NE∠40°， 与洞轴线呈20°斜交。 岩质较软弱，岩体完整性差，呈强风化状态。主要发育5条断层 （即f53～56、F2-1）。 其中，F2-1（山神庙断裂）产状 NW305°～323°NW∠30°～32°， 宽 3 m， 由断层泥和碎裂岩组成。本段Ⅳ类围岩段长174.5 m，占76%；Ⅴ类围岩段长55.5 m，占24%。

（12）S8+354～S8+605段。岩性为板岩夹少量灰岩，S8+574～S8+600为岩性变化带，从S8+574向上游为板岩， 产状为 NW300°SW∠50°～60°， 与洞轴线呈20°斜交。岩质软弱、破碎，全～强风化，遇水易泥化。段内发育2条断层，宽30～50 cm，由断层泥、碎裂岩组成。S8+468和S8+438.8处发生塌方。在S8+575左边墙上部有地下水出露，呈线状流水。该段均为Ⅳ、Ⅴ类围岩。其中，Ⅳ类围岩段长5 m，占2%；Ⅴ类围岩段长246 m，占98%。

（13）S8+605～S12+256.8段。岩性为结晶灰岩，产状为 NW300°SW∠50°～60°， 与洞轴线呈 20°斜交。岩质较坚硬，岩体破碎，弱风化。段内共发育5条断层，宽度0.2～1.0 m，由断层泥、碎裂岩组成。本段共发育22个溶洞。其中，洞径小于1 m的溶洞有7个；1～5 m溶洞有14个；大于5 m溶洞有1个；均充填黄色粘土和碎石。该段围岩以Ⅲ、Ⅳ类为主，部分为Ⅱ、Ⅴ类。其中，Ⅱ类围岩段长462 m，占12.5%；Ⅲ类围岩段长2 175.8 m，占59.5%；Ⅳ类围岩段长741 m，占20.5%；Ⅴ类围岩段长273 m，占7.5%。

（14）S12+256.8～S12+572段。岩性为安山岩，深灰色，岩质较硬，完整性较差，弱风化。段内发育8条断层，宽20～30 cm，由断层泥夹碎裂岩组成，局部呈线状流水。施工中曾发生塌方，塌落高度大于5 m。该段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，少部分为Ⅲ类。其中，Ⅲ类围岩段长35.9 m，占16.8%；Ⅳ类围岩段长108 m，占50.8%；Ⅴ类围岩段长69.2 m，占32.4%。

（15） S12+572～S12+585段。 岩性为深灰色～灰黑色灰岩，岩层产状NW337°NE∠82°，与洞轴线呈17°斜交。岩质较坚硬，岩体完整性差。层内主要一组节理，产状NE51°NW∠18°，间距20～30 cm，充填泥和岩屑。该段受节理切割，岩体破碎，围岩不稳定，属于Ⅳ类围岩。

（16） S12+585～S13+181.5段。 岩性为灰绿～深灰色安山岩，强～弱风化，岩质软弱，岩体破碎。段内共发育7条小断层，宽0.3～1.0 m，由断层泥和碎裂岩组成，f62为安山岩和灰岩的分界线。在S12+636～S12+642段有灰岩和安山岩的接触带。该段节理发育，岩体破碎，并发育一溶洞 （R139)，洞径0.4 m×2 m，充填泥夹碎石。该段主要为Ⅴ类围岩，少部分Ⅲ、Ⅳ类围岩。其中，Ⅲ类围岩段长20 m，占3.3%；Ⅳ类围岩段长13 m，占2.2%；Ⅴ类围岩段长563.5 m，占94.4%。

（17） S13+181.5～S14+467.39段。 岩性为深灰色～灰色灰岩，岩层产状NW330°NE∠78°，与洞轴线呈 10°斜交。岩质较软弱，完整性差。发育1条断层f63， 产状 NE60°NW∠25°， 宽 1～2 m， 由断层泥和碎裂岩组成。段内发育小溶洞23个，最大洞径高4 m，充填黄色粉质粘土夹少量碎石。该段地下水不丰富，仅局部滴水现象。该段主要为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ围岩，少部分Ⅴ类。其中，Ⅱ类围岩段长325.4 m，占25%；Ⅲ类围岩段长5 983.7 m，占47%；Ⅳ类围岩段长302.3 m，占24%；Ⅴ类围岩段长59.3 m，占5%。

3 结语

（1）吉沙水电站工程区处于青藏高原南东缘的横断山区，三江印支褶皱系弧形转弯急剧挤压而变窄部位，地质构造十分复杂，受区域构造影响较大，围岩地质条件较差。由于地质人员对引水隧洞的围岩地质条件进行了客观的分析判断，并及时对围岩分类进行调整，提供了可靠的地质资料，确保了隧洞安全施工。

（2）围岩分类及围岩地质参数是优化设计的基础。对Ⅱ～Ⅲ类围岩洞段进行了优化设计，由原来的钢筋混凝土衬砌改为喷锚支护。这样，不仅节省了资金，更重要的是缩短了工期，为吉沙水电站工程按期发电争取了时间。

（3）吉沙水电站引水隧洞已投入运行多年，经过多次放空检查，未发现异常，运行良好。这说明对该隧洞的工程地质条件分析评价是客观的，符合实际的，对围岩类别的划分及提供的地质参数的建议值是合理的。