四川和西藏地区水电工程地质面临的形势与挑战

彭仕雄，张世殊

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

四川和西藏地区水电工程地质面临的形势与挑战

彭仕雄，张世殊

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

四川和西藏地区水电资源丰富，地处印度洋板块和欧亚板块碰撞地带，以青藏高原快速隆起为代表，山高谷深、边坡高陡，岩性构造复杂、高地应力、超深厚覆盖层、高地震烈度，滑坡、泥石流发育等，在这些地区进行水电开发，关键工程地质技术问题十分突出。本文对水电工程地质发展现状、专业发展面临的形势和挑战进行分析研究，提出水电工程地质专业未来技术发展方向，在一定程度上展望了地质科技未来发展的重点和难点，对该地区水电工程地质工作的开展有参考价值。

关键工程地质技术；科技需求；复杂地质条件

0 前 言

四川水力资源丰富，居全国之首，四川境内共有大小河流1 000多条，居全国之冠。西部高山高原区主要河流有大渡河、雅砻江、金沙江、青衣江。水能蕴藏量约占全国的五分之一，其蕴藏量达1.43亿kW。西藏有河流356条，全区水力资源理论蕴藏量占全国的29%，居全国第一位。西藏水力资源量巨大，雅鲁藏布江、怒江、澜沧江、金沙江干流梯级水电站规模大多在100万kW以上，个别为1 000万kW级的巨型电站，是全国乃至世界少有的水力资源“富矿”。四川和西藏地区地处印度洋板块和欧亚板块碰撞地带，地质条件十分复杂，在这些地区建设高坝大库，将面临着高地震烈度区带来的区域构造稳定问题、高地应力环境下的超大规模地下洞室群稳定问题、复杂的水文岩溶地质环境问题、变形岩体形成的超高工程开挖边坡稳定、超深厚覆盖层建坝等复杂的工程地质问题和岩石力学问题，还面临着一系列新的理论难题和技术挑战。对建设过程中可能遇到的重大地质技术问题进行研究和探讨，对指导工程建设，消除重大安全风险无疑具有重要的现实意义。

1 水电工程地质发展现状

我国能源资源的特点是以煤炭资源为主，水力资源丰富，石油和天然气资源较少。在当前科学发展观的指导下，我国能源开发正朝着高效、清洁、多元化方向发展。水电是清洁、可再生、且能成规模开发的能源，开发水电资源不仅能够为国民经济和社会发展提供能源，还能获得防洪、灌溉、航运、供水、旅游、生态环境保护等综合效益。目前我国经济正在快速稳定发展，水电开发的速度也是史无前例的，我国正从世界水电大国，发展成为世界水电强国。改革开放以来，四川和西藏地区建成了一大批大型水电工程，通过二滩、溪洛渡、锦屏一级、官地、瀑布沟、大岗山、长河坝、猴子岩、双江口、两河口、藏木等一批巨型、大型工程的锻炼，培养了一大批优秀的高水平的地质专业技术人才，为我国水电建设作出了突出贡献。地质专业通过多年科技攻关的总结、提炼、创新和新技术推广应用，使地质工程专业水平有了较大的提升，创新和完善了一系列工程地质勘察手段、方法、评价体系。主要体现在：

（1）创新和完善了高坝坝基岩体质量利用评价体系；

（2）建立了利用深厚覆盖层建坝的地质分析评价体系；

（3）建立了大跨度洞室群围岩稳定性评价方法体系；

（4）创新和完善了水库塌岸预测评价方法体系；

（5）创新和完善了泥石流、危岩体等地质灾害评价方法体系；

（6）创新和完善了高陡斜坡稳定性研究评价体系；

（7）基本完成了工程地质三维设计系统的研发，从而实现地质三维成图，实现了多年来的梦想，使得地质室内工作取得了长足进步。

在取得成绩的同时，也存在一些不足，主要表现在：

（1）水库蓄水后库岸稳定评价问题，水库蓄水后大型水库仍存在较多滑坡、变形、塌岸问题，对其预测和蓄水后岸坡的破坏机理仍需深入研究；

（2）复杂地质条件下的工程开挖高边坡稳定评价问题，有的工程在施工过程中仍有边坡垮塌变形失稳情况发生，分析认为有的与地质对边坡变形破坏机理认识不清有关；

（3）大跨度地下洞室群围岩大变形稳定问题，有的深埋地下大跨度洞室群开挖过程中存在大变形，给工程处理带来较大的难题，初步分析对其破坏机理认识不足有关；

（4）深埋高地应力环境下洞室围岩工程地质问题的勘察与评价问题；如何准确分析预测评价其工程地质问题对工程建设有重要影响；

（5）高地震烈度区建坝安全风险问题，现在已经有不少水电工程位于地震烈度高达Ⅷ度及以上构造复杂地区，对于构造稳定性的评价需要有新的认识；

（6）超高陡工程边坡的稳定性评价问题，有的工程边坡高达数百米，如何客观评价其稳定性，至今还无成熟的经验和评价标准；

（7）超深厚细粒土覆盖层地基的工程地质评价问题，有的工程大坝地基覆盖层主要由细粒土组成，覆盖层厚达数百米，砂土液化的临界深度和土体工程地质特性评价标准需要更深入研究；

（8）深埋岩土体物理力学参数取值问题，有的工程涉及深达数百米甚至3 000 m左右岩石参数取值问题，至今还没有较好的解决办法。根据我国水电开发规划和现状分析，今后水电开发将转向我国西部地质条件更为复杂的地区，因此水电地质工作任务将更加艰巨和繁重，有更多的技术难题问题需要去攻克。

2 水电工程地质专业发展面临的形势

2.1 面临我国大力发展可再生能源，积极开发水电，拓展国际合作的发展机遇

国家能源发展战略行动计划（2014-2020）提出大力发展可再生能源，积极开发水电。在做好生态环境保护和移民安置的前提下，以西南地区金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江等河流为重点，积极有序推进大型水电基地建设。因地制宜发展中小型电站，开展抽水蓄能电站规划和建设，加强水资源综合利用。到2020年，力争常规水电装机达到3.5亿kW左右。大力发展风电。重点规划建设酒泉、内蒙古西部、内蒙古东部、冀北、吉林、黑龙江、山东、哈密、江苏等9个大型现代风电基地以及配套送出工程。以南方和中东部地区为重点，大力发展分散式风电，稳步发展海上风电。国家能源发展战略行动计划还提出拓展能源国际合作。加强统筹协调，支持企业“走出去”。

“面临国家丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的一带一路、中部崛起、沿海开发大战略的历史机遇。

2.2 传统水电开发转向地质条件复杂地区，技术难度越来越大，科技创新要求高

工程地质专业工作的特点是：研究对象的复杂性和研究手段的局限性；内业和外业，两条线作战，体力和脑力的结合；全过程、全方位的服务。众所周知，西南地区地处印度洋板块和欧亚板块碰撞地带，以青藏高原快速隆起为代表，是我国工程地质条件十分复杂的地区，山高谷深、边坡高陡，岩性构造复杂、高地应力、超深厚覆盖层、地震烈度频度高，滑坡、泥石流发育等。目前，我们的认识手段和方法虽然有了长足的进步，但面对复杂的客观地质条件时，却显得十分有限。所有这一切，都构成了地质工作认识的艰巨性和更大的风险性。地质专业从河流规划开始，到预可、可研、招标，一直到技施设计，工程建成，必须全过程参与工作，一方面对勘探各专业提要求，分析提供资料，另一方面为水工、施工、路桥、建筑、环保水保、规划、机电等各专业提供资料。在前期勘察工作中，在占有大量的野外第一手资料的基础上，还要进行全面系统的室内分析工作，工程开工后，又要投入大量的技术人员，到危险的边坡和洞内收集资料，展开工作。

2.3 水电主业呈现显著放缓趋势，新业务市场竞争激烈

国内水电勘测设计行业经过十几年的快速发展，面临传统业务增速显著放缓、高盈利市场逐步放开、新业务市场竞争激烈的态势。地质专业业务范围主要集中在常规水电、新能源和延伸项目，目前水电主业呈现下滑趋势，为适应市场竞争的需要，今后将在工业与民用建筑、城市轨道交通、市政、铁路、公路等行业的地质工程、岩土工程、地质灾害与环境地质专业拓展。专业的科技发展方向应着眼于未来，以专业生产为导向，在两个方面加大投入，一是在水电水利传统行业方面，针对已完成的工程项目进行经验总结，对已使用的新技术进行应用分析，并不断地在领域内研究创新；二是针对目前的市场需求，研究并推广使用实用性强、提高企业竞争力的新技术、新方法，为岩土市场拓展铺路。

3 水电工程地质专业面临的挑战

3.1 环境地质问题

要在复杂的地质条件下兴建高坝大库，不可避免地要对地质环境进行改造，需要开挖工程边坡、开挖地基、开挖地下工程，需要堆放弃碴，而我国西部有的地方生态环境十分脆弱，环境地质保护的压力较大，若不加重视，可带来诸如泥石流、滑坡等一系列环境工程地质灾害问题，需要我们水电地质工作者时刻保持敏感的神经，在环境地质工作中做到超前认识和精准判断，为采取可靠的预防措施提供技术支撑，避免重大环境地质问题的发生。

3.2 面临更加复杂的地质环境，诸多世界性地质技术难题急需解决

20世纪初期20年，我国水电工程建设中，需要攻克许多世界级工程技术难题，西南地区是我国水能资源的富集地区，是当前和未来水电建设的重点所在，但该区域地形地质条件十分复杂，地震烈度高（不少达Ⅷ～Ⅸ度），断裂构造发育（四川省著名的有龙门山断裂带、鲜水河断裂带、安宁河断裂带等，西藏地区主中央断裂、主边界断裂等），岩石条件差异较大（软岩广泛分布），变形岩体广布（倾倒变形体、拉裂岩体）、地应力高（不少地区实测地应力达40 MPa以上）、水文地质条件十分复杂、泥石流等地质灾害频发；电站规模大，百万千瓦以上的达20多座，很多工程的勘察和设计研究具有世界级难度，有的已超出了我们的认识水平。在这些地区建设高坝大库，将面临着高地震烈度区带来的区域构造稳定问题、高地应力环境下的超大埋深和超大规模地下洞室群稳定问题、复杂的水文岩溶地质环境问题、变形岩体形成的超高工程开挖边坡稳定、超深厚覆盖层建坝等复杂的工程地质问题和岩石力学问题，面临着一系列新的理论难题和技术挑战，这些都需要水电地质工作者不断探索和进行科技攻关。

教师应当“通过生动形象的课堂教学、热情细致的课外辅导和开放坦诚的思想交流，对学生的成就给予及时合理的强化与反馈”（陈琦等，2011），如此，学生才会对自己有着更深刻的认识，对于自己的愿望和学习目标更加明确。

3.3 水库蓄水后的库岸稳定问题突出

从四川和西藏地区已经建成蓄水的一批高坝大库看，重大地质问题仍然较为突出。大多数都存在着变形、塌岸、滑坡、渗漏、浸没等地质问题。不少基岩边坡出现了严重的变形开裂现象（如溪洛渡库区、锦屏一级、毛尔盖、狮子坪库区），有的表现为倾倒变形、有的为基岩顺层滑移变形破坏，这些变形失稳现象不少都超出了教科书和规程规范的范围要求，给蓄水后岩质边坡稳定性评价工作带来了不少难题。需要通过蓄水后大型水库现场变形、塌岸等方面科研工作的开展，进一步分析评价蓄水条件下岸坡岩土体与库水作用机理、变形过程，完善或形成岩质边坡安全性评价准则。

4 未来水电工程地质技术发展方向展望

4.1 传统水电地质将向高尖技术方向发展

通过多年的努力，地质专业已经在传统水电站勘察方面形成了一些成熟技术。主要有：

（1）水电站区域构造稳定性研究评价技术；（2）水库工程地质勘察评价技术体系；

（3）岩基建高混凝土坝工程地质勘察技术；

（4）深厚覆盖层建高土石坝、闸坝工程地质勘察技术；

（5）工程高边坡工程地质勘察技术；

（7）深埋长隧洞工程地质勘察技术；

（8）岩溶工程地质勘察技术；

（9）滑坡等地质灾害工程地质勘察技术；（10）天然建筑材料工程地质勘察技术；

（11）水电水利工程泥石流勘察与防治技术；（12）水电水利工程环境边坡危岩体勘察关键技术等等。

面对新的科技形势和科技发展面临的需求，需要完善和形成一系列前沿高尖技术，包括：

（1）超深厚覆盖层建坝工程地质；

（2）堰塞湖相覆盖层建坝工程地质；

（3）超埋深长越邻高地应力隧洞工程地质；

（4）高地应力大跨度地下厂房洞室群成洞工程地质；

（5）水电工程地质灾害评价工程地质；

（6）水库蓄水后岩质边坡稳定性评价工程地质；

（7）新技术和新方法（数值分析、3S、三维激光扫描等）。

4.2 大岩土化将是未来发展的主流

面临国家一带一路、中部崛起、沿海开发大战略的历史机遇，水电显著放缓的前提下，需要积极向国外、市政、交通、地灾、新能源等方面拓展，需要投入更多的人力资源，投入更多的科研力量，保证专业拓展的持续发展，完成水电地质创新业务的转型升级。我国水电地质目前多采用前苏联模式，以单一的地质研究为主，而国外已经实现大岩土化，我国其它行业也大多实现了大岩土，随着国内外市场的开拓，为适应市场需求，集岩土工程勘察设计于一体的大岩土化必将成为未来地质发展的主流。

4.3 工程地质三维协同设计将成为新常态

从水电地质手工绘图到CAD二维成图，大大提高了人们的工作效率，随着计算机技术的不断进步，地质人员梦想的高效三维成图技术取得了长足进步，有望得到普及应用。借助计算机技术，工程地质信息系统和三维协同设计将成为新常态，从而实现工程地质生产模式的再一次革新。但仍有不少地方需要完善，如与勘察资料数据库的对接问题，与岩土体物理力学性质试验利用问题等。需要形成更加合理可行的地质三维建模技术，提高劳动生产效率，实现地质三维可视化技术的进一步超越。研发集地质资料收集管理、分析解译过程、地质成果信息输出为一体的数字化三维工作平台。

5 结 语

四川和西藏地区山高坡陡，传统水电开发转向地质条件复杂地区，技术难度越来越大，工程建成后仍出现诸多重大地质问题，仍需攻坚克难，有的工程地质问题已经超出了目前人们的认识水平和规程规范的要求范围，需要在工作中不断总结完善，需要进一步开展科技攻关工作，今后一段时间需要重点在超深厚覆盖层建坝工程地质，堰塞湖相覆盖层建坝工程地质，超埋深长越邻高地应力隧洞工程地质，高地应力大跨度地下厂房洞室群成洞工程地质，三维地质建模技术，水电工程地质灾害评价，水库蓄水后岩质边坡稳定性评价工程地质，新技术和新方法，市政、交通、地质灾害、新能源等方面进行重点研究和拓展。传统水电地质将向高尖技术方向发展，大岩土化将是未来发展的主流，工程地质三维协同设计将成为新常态。

［1]周少森，唐荣斌，等.四川水力资源条件、开发价值及开发前景展望［J］，水电站设计，2006（06）.

［2]胡向阳，何子生.西藏水能资源开发前景浅析［J］.人民长江，2009（08）.

TV221.2

A

1003-9808（2015）04-0001-03

2015-08-19

彭仕雄（1964-），男，重庆永川人，教授级高级工程师，从事地质工程方面的研究工作。