油菜河水库发电引水隧洞工程地质评价

张 斌，任兴隆

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳 550001)

0 引言

油菜河水库位于贵州省安顺市龙宫风境区上游9 km，距安顺市约13 km，是一座集灌溉、发电、防洪、供水、养殖、旅游为一体的多功能综合利用的龙头水库。该水库是在强岩溶地带堵洞筑坝建库。以下主要对该水库发电引水隧洞的地质条件进行了分析和评价。

1 工程概况

油菜河水库正常高水位1 290 m，总库容5 960万m3，坝高41 m，坝型为浆砌石单曲拱坝。发电引水隧洞是油菜河水库配套工程的控制性工程，主要包括闸门井、引水隧洞、调压井、竖井及压力钢管段，隧洞埋深32～167 m。

隧洞进口底板高程1 265.0 m，水力坡降5‰，经调压井段后接压力钢管，出口底板高程1 208.25 m，发电引水隧洞为有压圆型隧洞，开挖断面为r=1.3 m，设计引水流量 Q=8.13 m3/s。隧洞总长为1 437 m。

由于发电引水隧洞内已出现了大量的涌水、涌泥及造成了茨菜冲岩溶洼地附近地表塌陷，基于隧洞的水文及工程地质条件特别复杂，且存在安全隐患的前提下，安顺市西秀区水利局组织参建各方及有关专家综合分析、讨论研究决定初步采用改线方案，即在桩号0+720 m处往左侧绕行原隧洞轴线，接桩号0+320。

为查明发电引水隧洞的水文及工程地质条件，改线后的方案是否可行，及改线后引水隧洞是否再次遭遇较大规模的涌水、涌泥现象等，必须加强勘查，进行工程地质评价[1]。

2 引水隧洞地质条件分析

2.1 基本地址条件

基本地址条件包括:地形地貌、地层岩性和地质构造。

2.1.1 地形地貌

0+320～0+620段以N51°W方向横穿茨菜冲洼地底部，茨菜冲洼地底部高程在1 295～1 297 m，两岸山顶高程一般在1 435～1 459 m，相对高差140～160 m。

引水隧洞穿行区周围洼地星罗棋布，岩溶较发育。隧洞沿线附近无大的江河分布，在隧洞经过区分布于油菜河及石头寨小河之间，隧洞底板高于河床，详见图1。

2.1.2 地层岩性

依据地表地质测绘结合施工开挖揭露，本段引水隧洞区主要穿越三迭系关岭组第三段(T2g3)的地层。

第三段(T2g3)为灰至灰白色中厚层白云岩及白云质灰岩，分布于该段隧洞的地表及洞内。第四系(Q)主要为残坡积的黏土及黏土夹碎石层，主要分布于隧洞穿越区的缓坡及低洼地带。

2.1.3 地质构造

工程区位于扬子准地台，黔北台隆遵义断拱贵阳复杂构造变形区(I1A3)西侧，与黔南台陷西北和六盘水断陷东南相比邻。测区节理裂隙较为发育，主要方向呈北东向，其特点是延伸长，发育较密集。隧洞穿越区无大的断裂构造发育，总体表现为单斜构造，岩层较为平缓、倾角多在10°～15°。

图1 引水隧洞地貌图

2.2 隧洞区岩溶水文地质条件

2.2.1 岩溶

据地表地质调查，工程区可溶岩岩溶发育程度较高，主要以溶沟、溶槽、溶洞、岩溶天窗、落水洞、岩溶管道等形式存在[2]。

2.2.2 水文地质条件

工程区主要的水文地质条件如下:

1)工程区大部分为关岭组(T2g3)的白云岩及白云质灰岩，岩溶发育，无隔水层分布。

2)地下水主要靠大气降水补给，地下水和地表水有明显的联通关系，枯季地表水因补给地下水而干涸，洪季地下河因排水不畅溢出地表洼地而形成地表河(湖)。

3)地下水位一般埋藏较浅，变幅不大，隧洞基本位于地下水位以下。

4)地下水的出露和排泄条件主要受地貌和所处的地层岩性及构造控制，一般出露与洼地和相变带附近，明流与白云岩分布地段，暗流与灰岩地段，其水流坡降明流较缓，暗流陡，地下水力纵向坡降一般为1%～1.3%。最大坡降高达2.56%。

3 隧洞涌水涌泥原因分析

鉴于目前施工方提出的清渣难度较大，且有安全隐患的前提下，我院组织专家及相关工作人员深入现场开展工程地质测绘及相关勘探及物探工作，认为引水隧洞大量涌水、涌泥的原因如下:

1)马园冲岩溶管道是引水隧洞区内主要发育的岩溶管道，当隧洞开挖至掌字面(0+620 m)时，岩溶管道瞬间被击穿，导致该管道内长期淤积的充填物顺水冲击而下，瞬间封堵引水隧洞至桩号0+730 m。

2)据地表地质测绘及钻探、物探资料显示，茨菜冲洼地内岩溶不甚发育，仅表层局部有岩溶现象，一般集中在10～20 m，高于引水隧洞顶板高程，但由于茨菜冲洼地内裂隙纵横交错，且延伸较长，导致该洼地与马园冲岩溶管道产生水力联系，当引水隧洞产生大规模的涌水、涌泥情况后，茨菜冲洼地内的覆盖层及充填物顺裂隙被带入马园冲岩溶管道，因而导致洼地内发生地表塌陷及地表裂缝情况。

鉴于上述原因，院组织专家研究决定采用改线方案，即在桩号0+720 m处往左侧绕行原隧洞轴线，接桩号0+320 m。

4 隧洞改线后工程地质条件评价

4.1 桩号0+320～0+357.68 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，据物探及钻探资料显示，岩体完整性较好，溶蚀现象不发育，成洞条件较好。

该段隧洞围岩类别主要为Ⅲ类。建议岩体物理力学 参 数:Ⅲ 类 围 岩 fk =4－5，K0=20～30 mPa/cm。

4.2 桩号0+357.68～0+377.68 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°。据物探及钻探资料显示，隧洞底板附近岩体完整性较差，溶蚀现象发育，成洞条件较差，隧洞开挖过程中可能遇见溶蚀洞穴、溶隙等，初部估计遭遇溶洞率为20%，隧洞埋深一般为30～36 m。该段隧洞围岩类别主要为Ⅴ类。建议岩体物理力学参数:Ⅴ类围岩 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.3 桩号0+377.68～0+449.07 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°。

据物探及钻探资料显示，岩体完整性较好，溶蚀现象不发育，成洞条件较好。隧洞埋深一般为32～37 m。

该段隧洞围岩类别主要为Ⅲ类。建议岩体物理力学参数:Ⅲ类围岩 fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm。

4.4 桩号0+449.07～0+469.07 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°，据物探及钻探资料显示，隧洞顶板附近岩体完整性较差，溶蚀现象发育，成洞条件较差，隧洞开挖过程中可能遇见溶蚀洞穴、溶隙等，初步估计遭遇溶洞率为20－25%，隧洞埋深一般为33～36 m。该段隧洞围岩类别主要为Ⅴ类。建议岩体物理力学参数:Ⅴ类围岩fk=1.5－2，K0=2－3 mPa。

4.5 桩号0+469.07～0+618.50 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°。

根据相关地址勘查资料显示，得出的该桩号的岩体是比较完整的，并且溶蚀现象不发育，具有良好的成洞条件。可以得出该桩号段隧洞的围岩类型为Ⅲ类。

4.6 桩号0+618.50～0+638.50 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°。

据物探及钻探资料显示，隧洞顶板附近岩体完整性较差，溶蚀现象发育，成洞条件较差，隧洞开挖过程中遭遇马园冲岩溶管道及溶蚀洞穴、溶隙等可能性大，隧洞埋深一般为90～106 m。该段隧洞建议考虑为特殊地质段。

4.7 桩号0+638.50～0+738.70 m

该段出露地层岩性为三叠系中统关岭组第三段(T2g3)灰色中至厚层灰质白云岩，岩层产状126∠35°。

据物探及钻探资料显示，隧洞顶板附近岩体完整性较差，局部溶蚀现象发育，隧洞开挖过程中遭遇岩溶管道及溶蚀洞穴、溶隙等可能性较大，初步估计遭遇溶洞率为10%，隧洞埋深一般为94～144 m。该段隧洞围岩类别主要为Ⅲ类，局部溶蚀现象发育段为Ⅴ类。建议岩体物理力学参数:Ⅲ类围岩fk=4－5，K0=20－30 mPa/cm;Ⅴ类围岩 fk=1.5－2，K0=2－3 mPa;

5 结论及建议

1)工程区节理裂隙较为发育，纵横交错，主要方向呈北东向，其特点是延伸长，发育较密集。

2)引水隧洞穿行区周围洼地星罗棋布，岩溶较发育。

3)根据工程区岩溶发育特征及岩溶地下水的补给排泄径流条件以及系统之间的相互关系，隧洞区主要发育马园冲及烂坝冲岩溶管道系统。

4)马园冲岩溶管道是引水隧洞区内主要发育的岩溶管道，当隧洞开挖至掌字面(0+620 m)时，岩溶管道瞬间被击穿，导致该管道内长期淤积的充填物顺水冲击而下，瞬间封堵引水隧洞至桩号0+730 m。

5)工程区区岩溶及节理裂隙发育，大部分岩溶破碎带异常均在孔深20 m以上，对隧道施工影响较小，少部分岩溶破碎带异常在隧道附近，对隧道施工有一定影响，但可采取工程措施进行处理。鉴于原隧洞施工难度较大，存在较大的安全隐患，因此建议对该段隧洞进行改线处理。

6)经改线后发电引水隧洞增加长度约18 m，其中0+320～0+618.5 m成洞条件较好，岩溶不甚发育，初步估计遭遇溶洞率为10% ～25%，施工期间遇见地下渗水、涌水的几率很大，隧洞施工时特别是雨季施工，应加强超前地质预报及地下水的引排处理及应急方案预设等措施，桩号0+618.50～0+638.50 m段，溶蚀现象发育，成洞条件较差，隧洞开挖过程中遭遇马园冲岩溶管道及溶蚀洞穴、溶隙等可能性大，该段隧洞建议考虑为特殊地质段;0+638.50～0+738.70 m段主要为Ⅲ类，局部溶蚀现象发育段为Ⅴ类，应加强超前地质预报及地下水的引排处理及应急方案预设等措施。

7)由于该隧洞段工程地质及水文地质条件特别复杂，施工难度及安全隐患较大，建议加强施工地质配合工作。

[1]徐峻岭.引硫济金引水隧洞主要工程地质问题研究[J].西北水电，1997(01):45－47.

[2]杨德军，蒙玉霖.格鲁吉亚卡杜里水电站引水隧洞岩体工程地质分析[J].四川水力发电，2004(04):23－24.