水演水电站地质探析

黄盼

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司，广东 中山 528400）

靳家河干流总落差超过300 m，多年平均流量1.06 m3/s，水能理论蕴藏量0.94万kW。为了充分利用水能资源，规划在靳家河中游左岸支流水演沟左岸建设水演水电站。这就需对水电站地质情况进行探讨。

1 概况

水演沟上游有一处较大泉水，其枯水流量0.3 m3/s。泉水出露处距沟口沟长5.1 km，落差250 m，泉水流量稳定，具有修建小水电站的有利条件，规划在水演沟上游泉水出露处沟道狭窄处修建挡水坝1座，经过2316.5 m渠道引水，利用地形落差选择适宜地形修建有坝引水径流式发电站，总装机容量2×250 kW，年平均发电量268.7万kW·h。引水枢纽由拦河坝、进水闸、冲沙闸组成，引水流量Q＝0.76 m3/s。

2 区域地质分析

2.1 地形地貌

工程区河谷峡窄，河流经历了长期构造作用和强烈侵蚀、切割，形成河谷深切的山地地貌[1，2]。测区河床海拔高程430～700 m，工程区上游水演沟右岸安家槽山脊高程1206 m，水演沟左岸西沟山脊高程1358 m，相对高差500～900 m，属中低山地形地貌。岩溶地貌位于引水坝址以上和工程区以南地段，具有河谷狭窄、山体高大、悬崖峭壁等特点。

2.2 地层岩性

根据《中华人民共和国地质部1∶20万地质图》，测区内出露的地层岩性由老到新有：古生界地层、新生界、第四系（Q）松散地层[3]。

2.2.1 古生界地层

奥陶系下、中统（O1+2）灰～灰白色中厚～厚层白云质灰岩分布于拦河坝上游8～15 m和工程区以南，出露地段具有岩溶地貌特征，并呈近东西向分布。志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层分布于整个工程区及工程区以外大面积范围内。

2.2.2 新生界、第四系（Q）松散地层

第四系松散地层主要由人工堆积、冲积、冲洪积、坡残积等砂卵漂石、碎石砂质黏土、碎砾石砂质黏土等组成，主要分布于河床、阶地、斜坡和沟谷出口等地段，厚度因地而异。

2.3 地质构造

2.3.1 断层

主要断裂有铁炉子～三要断裂、金陵寺～三条岭断裂、金陵寺～大庙沟断裂、杨斜～商南断裂、两河～凤镇～山阳～竹林关断裂。这些断裂均呈近东西向延伸，宽度大，延伸远，多有复活性，是划分构造带的分界线。工程区位于两河～凤镇～山阳～竹林关断裂以南，陕鄂边界以北地段。

2.3.2 褶皱

工程区附近主要褶皱有王庄背斜、申家垤背斜、冷水沟向斜、南宽坪背斜等。工程区位于南宽坪背斜的南翼部位。

2.4 区域稳定性与地震烈度

由于活动的差异性，形成一系列小型山间盆地。第四纪初已先后结束了沉积，表现为整体性、间歇性上升；与前期比较，活动性逐渐趋于和缓，地壳相对稳定。本区有地震历史记载以来，没有发生过大于5级以上的地震，地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应特征周期为0.45 s，工程区基本地震烈度为Ⅵ度。

2.5 水文地质条件

根据地下水赋存条件，区域地下水可分为松散层孔隙水、基岩裂隙水和岩溶水3种类型。

2.5.1 松散层孔隙水

松散层孔隙水主要分布于河床、漫滩、阶地和冲沟等地段[4]，尤其是砂卵漂石层含水层厚度（0.5～5.0 m）稳定，透水性相对较好，补给条件充分，地下水位埋深0.2～1.2 m。

2.5.2 基岩裂隙水

含水层主要为下古生界奥陶系和志留系碎屑岩和碳酸盐类岩石，裂隙水主要赋存于白云质灰岩、千枚岩、灰岩与板岩互层中，季节性明显，一般水量比较贫乏[5]。

2.5.3 岩溶水

拦河坝以上和工程区以南，岩石为奥陶系下、中统白云质灰岩。拦河坝以上约10～15 m处有5个溶洞，其中一个溶洞水流常年不断，流量可达0.3 m3/s以上，流量相对稳定。其他4个溶洞多雨期同时出水，流量较大，具有季节性。

2.5.4 水质

区内水化学类型主要为重碳酸钙+镁型水。工程区上游河段无工厂、矿山，也没有污水排放点，水质无污染，能够满足施工用水对水质的要求。

3 物理地质现象

3.1 滑坡

罗家沟口上游115～230 m有一处滑坡，滑坡后壁高8～10 m，坡脚向前推移12～18 m，滑动方向为135°。滑体表层为第四系坡残积碎石砂质黏土坡台地，层厚0.5～3.0 m，呈松散～稍密状。覆盖层以下基岩为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层倾向与坡向基本一致。由于水流冲刷坡脚，加上人类活动、大气降水和地下水活动等综合因素，形成该次顺层深部滑坡。滑坡体长度120～180 m，厚度3～8 m，总体积可达8万余m3。近年来，在多雨期地表局部仍有轻微活动，但整体比较稳定，因而认为目前该滑坡处于相对稳定状态。

3.2 崩塌

在工程区坝址上游，水演沟左岸山脊岩石均为奥陶系下、中统（O1+2）灰～灰白色厚～中厚层白云质灰岩。该岩层通过地段，地形陡峻，山势险要，易产生崩塌体。在水演沟河床和左岸斜坡，随处可见崩塌堆积的白云质灰岩块体，体积大小悬殊，最大的可达20 m3。

4 主要枢纽工程地质条件与评价

4.1 拦河坝

拦河坝位于水演村三组，龙洞口沟道峡谷段。拟定坝型为浆砌石重力坝，坝顶长25.0 m，坝高9.0 m，坝顶高程699.50 m。

右坝肩基岩裸露，左坝肩为河流一级阶地，高出现代河床5～12 m，自然坡角18°～30°，表层为第四系（Q4aL+pL）碎砾石砂质黏土，黏粒含量约占5%～10%，表层黏粒含量高，而下部砾石含量高，推测厚度1.2～2.5 m，呈松散～中密状，该层具有一定的透水性。

坝址处河床为第四系冲积（Q4al）砂卵漂石层，覆盖厚度推测0.5～3.0 m，呈松散～中密状，透水性强。沿坝轴线基岩裸露段和覆盖层以下岩石为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩石中硬，裂隙发育～较发育，基岩面表层强风化厚度0.8～1.50 m。坝轴线上游8～15 m处，为奥陶系下、中统（O1+2）与志留系中统（S2）两套地层分界线。坝轴线下游志留系岩石出露段山体相对矮小，岩石破碎；而坝轴线上游奥陶系岩石出露段山体高大，岩石完整坚硬。

坝轴线上游奥陶系白云质灰岩段，沿601～605 m高程分布有5处岩溶泉水出露点，其中一处溶洞水流常年不断，流量可达0.3 m3/s以上，流量相对稳定，该电站的修建主要利用了该泉水。

4.2 输水渠线

输水渠线从水演沟上游龙洞口峡谷段拦河坝左端引水，沿水演沟左岸环山延伸，经过2段明渠、3条隧洞进入前池，渠线总长2316.5 m。输水线路各段工程地质条件记述如下。

4.2.1 明渠段（0+000—0+364.5）

其中，0+000—0+064段为水演河流一级阶地，表层为第四系（Q4al+pl）碎砾石砂质黏土，层厚1.0～3.0 m，呈松散～中密状；渠线0+171—0+364.5段天然坡角35°～70°，地表为第四系（Q4eL+dL）坡残积碎石砂质黏土，多为耕地，层厚0.5～3.0 m，呈松散～密实状，可塑，地基承载力差；除此之外，基岩裸露段和覆盖层以下岩石均为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层产状NW280°～305°/NE∠68°～83°，岩石中硬，裂隙发育，强风化厚度不大，仅为0.5～0.8 m。边坡稳定，地基承载力高，未发现不良地质现象的存在，工程地质条件相对较好。

4.2.2 1#隧洞（0+364.5—0+964.6）

隧洞长600.1 m，进口位于水演村三组徐有智家房后斜坡洼地与陡岩交汇地段，自然坡角35°～72°。隧洞进口至0+610间岩石为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩石中硬，洞口基岩裂隙发育～较发育，强风化厚度小（0.5～0.8 m），边坡稳定。岩层走向与洞线方向夹角22°，夹角较小。洞线通过地段斜坡有冲沟分布，有地表水下渗的可能，洞室围岩厚度大，未发现构造断裂带。洞室围岩分类为Ⅲ～Ⅳ类围岩。

隧洞出口位于西沟右岸坡脚，坡角80°～85°，洞口基岩裸露，洞线0+610至隧洞出口段岩石均为奥陶系下、中统（O1+2）灰～灰白色厚～中厚层白云质灰岩，岩石坚硬，地表呈弱风化。局部有溶蚀现象，直径0.3～1.5 m，深0.8～4.0 m，但多被黏土充填，而且较密实。洞线上部地表有冲沟，岩溶水和裂隙水依然存在。洞室围岩分类为Ⅲ类围岩。

4.2.3 过沟涵洞（0+964.6—0+978.6）

位于西沟处，沟心覆盖层为第四系洪积（Q4pL）碎块石层，粒径最大可达2.5 m，层厚1～3.0 m；松散空隙极大，不能作为桥基础。覆盖层以下岩石为奥陶系下、中统（O1+2）灰～灰白色厚～中厚层白云质灰岩，岩石完整坚硬，表层呈弱风化。

4.2.4 2#隧洞（0+978.6—1+041.5）

隧洞长62.9 m，隧洞进口位于西沟左岸坡脚，而出口位于西沟左岸斜坡处，该段斜坡山势陡峻险要，坡角大于80°。洞线所通过的岩石为奥陶系下、中统（O1+2）灰～灰白色厚～中厚层白云质灰岩，岩石完整坚硬，表层呈弱风化，裂隙较发育。岩层走向与洞线方向夹角63°，夹角大，无地下水影响。洞室围岩分类为Ⅲ类围岩。

4.2.5 明渠段（1+041.5—1+260.2）

明渠除1+140—1+260.2段地表有厚0.2～0.4 m第四系（Q4eL+dL）坡残积碎石砂质黏土外，其余均为基岩裸露段，岩石中硬，裂隙发育，强风化厚度0.8～1.2 m，地基承载力高，工程地质条件较好，可满足渠基对地基的要求。

4.2.6 渡槽（1+260.2—1+280.2）

渡槽位于阴坡沟，该沟常年有地表水流，流量较小。沟底堆积物为第四系洪积（Q4pL）碎石砂质黏土覆盖层，厚1.5～2.5 m，碎石含量大于50%，松散空隙大，地基承载力低，工程地质条件差。两岸基岩裸露段和覆盖层以下岩石均为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩石中硬，裂隙发育，强风化厚度0.8～1.2 m，地基承载力相对较高。

4.2.7 3#隧洞（1+280.2—2+316.5）

隧洞长1036.3 m，隧洞进口位于阴坡沟左岸，高出沟底5.0～6.0 m。隧洞出口位于罗家沟右岸山脊坟园上侧，坡角60°～75°，基岩裸露。洞线所经过的岩石均为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层产状NW283°～285°/NE∠62°～67°，岩石中硬，洞口裂隙发育～较发育，隧洞进出口均有不利于稳定的裂隙组，尤其隧洞出口岩层倾向与坡向一致，稳定性差，应加强支护。洞口强风化厚度0.6～1.2 m，岩层走向与洞线方向夹角大（81°～83°）。洞线通过地段斜坡有冲沟通过，地表水沿裂隙下渗，对隧洞施工有一定影响。

4.3 厂区

4.3.1 前池

前池位于水演沟左岸斜坡，岩石为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层倾向与坡面方向大体一致，对边坡稳定有轻微影响，强风化层厚度0.8～1.5 m，裂隙发育～较发育，无地下水影响，地基承载力高，工程地质条件相对较好。

4.3.2 管床

管床位于水演沟左岸罗家沟右岸山脊斜坡处，坡角25°～50°，基岩裸露，岩石为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层倾向虽与坡向大体相同，但对边坡稳定影响不大，裂隙发育，以卸荷、风化裂隙为主，局部有岩石松动体，厚度小。强风化层厚度0.5～1.5 m，岩石可满足管床对地基的要求，工程地质条件相对优越。

4.3.3 厂房

厂房位于罗家沟口上游25～30 m的水演河左岸坡脚地段，厂房前部为水演河床第四系冲积（Q4aL）砂卵漂石层，厚度0.5～5.0 m，呈稍密～中密状，细粒含量低，透水性强，河床局部有白云质灰岩孤石，粒径1.0～2.5 m。厂房后坡角基岩裸露，覆盖层以下和基岩裸露段岩石均为志留系中统（S2）灰色薄层千枚岩夹薄～中厚层灰岩与板岩互层，岩层产状NW285°/NE∠62°，岩石中硬，裂隙发育～较发育，强风化层厚度0.6～1.2 m，有地下水影响，地基承载力高，覆盖层厚度小，易清除，工程地质条件好。

4.4 工程区岩、土物理力学指标建议值

工程区岩、土物理力学指标，根据工程地质类比法，其物理力学指标建议值详见表1和表2。

表1 松散层物理力学指标建议值

表2 岩石物理力学指标建议值

5 结语

通过分析探讨可知，工程区地质结构稳定，岩石中硬，地基承载力高，具有修建低坝、隧洞、电站的工程地质条件。各重要建筑物基础建议放在强风化层以下基岩上。边坡开挖坡比按1∶0.5～1∶0.75选用，隧洞进出口段有集中渗水或崩塌掉块现象，应注意排水和支护，这为工程建设提供了科学依据。