贵州省贵阳抽水蓄能电站工程地质分析

苏仁庚

（广东省能源集团贵阳抽水蓄能发电有限公司，贵州 贵阳 550000）

0 引言

贵阳抽水蓄能电站位于贵州省贵阳市修文县西部谷堡镇境内，上水库布置在乌江猫跳河六级红岩水电站库区右岸的乌栗村境内，下水库为红岩水电站水库。电站规划设置4 台单机容量375 MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机，总装机容量1 500 MW、额定水头492 m。电站建成后承担电网中的调峰、填谷、调相等工作，同时承担事故的备用工作[1]。枢纽建筑物主要由上、下水库、输水系统、地下厂房系统和地面开关站等建筑物组成。按装机容量大小确定为一等大(一)型工程。

1 工程地质

1.1 区域地质与地震

工程区区域上处于我国阶梯地势的第二级台阶云贵高原东部，北侧的大娄山脉（高程1 200~1 500 m）构成乌江与赤水河的分水岭，南侧的苗岭（高程 1 200~1 600 m）蜿蜒曲折，呈近东西向延伸，构成乌江与珠江水系的分水岭。区内为典型的岩溶高原地貌类型，受新构造运动间歇性隆升及河谷发育过程的影响，高原区地形地貌具有明显的层状特点。从地形分水岭到乌江及其一级支流河谷，主要发育有三级台状地形，河谷地带以峡谷地形为主。

区内除缺失奥陶系、志留系、泥盆系、第三系地层外，现已露出前震旦系至第四系地层，并有广泛的展布，如三叠系、二叠系、寒武系地层等。除第四系及白垩系地层与下伏地层为角度不整合接触外，其余各时代地层间均为整合或平行不整合接触[2，3]。

工程区位于上扬子陆块——黔北隆起区——织金穹盆构造变形区。近场区新构造运动的特点主要表现为继承性、间歇性，新构造运动方式以掀斜、差异性隆升为主，新构造活动强度中等。

工程所在区域内存在北西向、北东向、近东西向及近南北向等多个区域性断裂系统，它们在新构造期都有不同程度的活动性，活动时代大部分为第四系早～中更新世，在这些早、中更新世活动的区域主要断层带的端部、交汇部位、断层阶区具有发生中强地震的构造背景条件。近场区及近邻地带历史和现代地震活动呈中等偏下水平。对工程场地的主要影响来自区域内较大中强震，最大影响烈度为Ⅵ度。

根据GB18306-2015《中国地震动参数区划图》及《贵阳抽水蓄能电站工程场地地震安全性评价报告》，工程区50 年超越概率10%地震动峰值加速度50.8 cm/s2~54.7 cm/s2，属于0.05 g 分区，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，两者一致。50 年超越概率 5%地震动峰值加速度70.7 cm/s2~75.5 cm/s2，100 年超越概率 2%地震动峰值加速度134.3 cm/s2~142.1 cm/s2，100 年超越概率 1%地震动峰值加速度170.7 cm/s2~178.2 cm/s2。

根据NB/T 35098-2017《水电工程区域构造稳定性勘察规程》区域构造稳定性分级标准，工程区域构造稳定性好。

1.2 工程区地质条件

1.2.1 基本地质条件

（1）地形地貌

站址区位于乌江支流猫跳河下游六级红岩电站水库区峡谷与乌栗岩溶槽谷之间的地块上，总体上属岩溶低中山峰丛洼地及峡谷地貌。上水库区位于山盆期第二亚期早期夷平面上，洼地发育，地形较封闭，多为耕地；下水库为峡谷地形，岸坡陡峻，跨山盆、宽谷及峡谷地貌单元。

（2）地层岩性

工程区出露寒武系至第四系地层，分布较广泛的地层为寒武系及二叠系地层，三叠系地层分布于猫跳河六级电站库首地带及乌栗槽谷东侧，第四系则零星分布于河谷阶地、漫滩、溶蚀洼地及槽谷等地带。其间缺失奥陶系、志留系、泥盆系、侏罗系、白垩系及第三系地层；石炭系地层出露不完整，分布不连续。除第四系与下伏地层间呈角度不整合接触外，其它各时代地层间均为整合或假整合接触。

（3）地质构造

工程区处于北东向构造变形区和贵阳复杂构造带的复合部位，展布形迹主要为NE 向及NEE 向的断裂和褶皱为主，少量为NW 向构造。总体构造格局是：以那洒断层（F7）、谷堡断层（F2）为代表的 NE 向构造带斜穿区内工程区两侧，该构造带除上述两断层外尚于站点北西面分布梨木断层（F11）及三岔河向斜、站点南东面分布乌栗向斜及谷堡扫帚状构造等；站点北东、南西面分布以F16、F8、F5 为代表的NW向构造。NE 向构造带总体属于新华夏系构造体系。

（4）物理地质现象

工程区下水库为猫跳河下游六级红岩电站峡谷水库，峡谷岸坡陡峻；上水库区位于山盆期第二亚期（Ⅱ2-1）剥夷面台地上的岩溶峰丛槽谷（洼地）内，上、下水库之间地形高差430~500 m。主要的物理地质现象有风化、卸荷、崩塌、堆积体及滑坡。风化主要表现在碎屑岩地层内，风化分带明显，一般具全风化、强风化、弱风化特征。

工程区卸荷作用相对较弱，未发育大型卸荷裂隙及危岩体，库岸山体整体稳定。在上水库盆Ⅱ（天马山上水库）西侧靠近陡崖边缘地带，局部强卸荷带深度5~10 m，弱卸荷带水平深度20~40 m。

下水库区为峡谷地形，河谷深切、岸坡陡峻，在河谷缓坡及冲沟地带，零星分布崩塌块石、碎石等崩塌堆积物，一般规模较小。

工程区有两处规模较大的崩塌堆积体，一处位于上水库盆Ⅰ西南侧（BT1），分布高程为1 280~1 330 m，分布面积约6.2 万m2，最大厚度22 m，体积约90 万m3；崩塌堆积体组成物质主要为岩块夹碎石及少量粘土。崩塌堆积体（BT2）位于下水库右岸，处于下水库进（出）水口下游170~830 m的地带，堆积体沿河岸宽度约660 m，分布最高高程1 050 m 左右，堆积体体积约220 万m3。

那洒残坡堆积体在下水库左岸那洒斜坡地带（处于河谷的“凹”岸），沿坡面分布大量的残坡积覆盖层，由于残坡积层堆积较厚且地形较陡，坡积体后缘曾经在暴雨后出现过开裂变形及局部塌滑，该地村民已作为地质灾害移民搬迁至岸坡顶部的台地上。

下水库库首右岸河湾滑坡体位于红岩水电站拱坝上游2 km 范围内，水库右岸为一向南突出的河湾，在红岩电站工程勘测阶段和建设过程中，发现该部位主要有5 个滑坡体（分别称1 号~5 号滑坡），离大坝直线距离约260~760 m。该滑坡群前沿高程841~850 m，其后沿出露高程882~910 m。经水库近50 年运行，已经过库岸再造的过程，已逐渐调整至稳定状态。

（5）岩溶水文地质条件

工程区碳酸盐岩分布广泛，根据出露地层的岩性及岩溶发育强度、透水性程度等，将工程区出露地层划分为强岩溶岩组、中等岩溶岩组、弱岩溶岩组、非可溶岩组4 类岩组。强岩溶岩组（P2 m、P2q2）主要分布于两个初选上水库（上水库盆Ⅰ、上水库盆Ⅱ）南东侧及以东区域；中等可溶组（∈2-3ls、∈2s、∈1q2）主要分布于库盆大部及以西区域；弱岩溶岩组分布于河谷地带；非可溶岩组（C1d、P1l）出露于上水库盆Ⅱ南侧至上水库盆Ⅰ中部一带，呈北东向展布；金顶山组（∈1j）、明心寺组（∈1m）砂岩、泥岩分布于下水库区域。

在P2m、P2q2 强岩溶地层出露的南东侧区域，洼地、落水洞、溶洞及地下岩溶管道发育，主要的岩溶管道均位于该套地层内。枢纽区猫跳河河谷沿岸及岸坡地带未见大的溶洞分布，未见大的泉水发育，仅发现一些小的季节性的泉水。

工程区地下水以岩溶管道水为主要类型，次为基岩裂隙水，再次为第四系松散堆积层中的孔隙水。猫跳河河谷为工程区地下水最低排泄基准面。上水库区岩溶洼地、落水洞、溶洞、地下岩溶管道等岩溶现象较发育，无常年地表水系分布。上水库区地表降水主要通过岩溶洼地汇集后，通过落水洞排入地下，大部分通过Kw2、Kw4、Kw5 岩溶管道系统向乌栗槽谷排泄，再以地表水的形式（乌栗小河）排入猫跳河；上水库区北面和南面的地表水汇集或分散渗入地下后，通过Kw1、Kw3 岩溶管道系统直接向猫跳河排泄。

（6）压覆矿

站址区出露石炭系大塘组（C1d）地层，含铁矿及铝土矿，站址区曾经有地表开采痕迹，主要集中在上水库盆Ⅱ周边区域，采矿方式主要为地表开采，少量开挖深度一般小于5 m 的矿洞，对工程无影响。

根据贵州省地质调查院完成的《贵州贵阳抽水蓄能电站工程建设项目用地压覆矿产资源评估报告》，项目压覆修文县乌栗矿区资源量235.37 万t，其中控制资源量91.50 万t，推断资源量143.87 万t。未列入压覆量的潜在资源量97.66 万t；压覆修文县乌栗矿区伴生镓金属量139.46 t，其中，控制资源量44.84 t，推断资源量94.62 t，未列入压覆量的潜在资源量52.32 t。

1.2.2 地下洞室放射性和环境Rn 浓度检测

地下厂房PD1 平硐及支硐的硐室内进行的放射性、氡气及子体浓度含量检测结果表明，平硐内放射性总辐射量在0.017 μSv/hr~0.311 μSv/hr 之间，平均值为0.067μSv/hr，总辐射量水平较低，职业工作人员照射水平未超过国家标准。

平硐内氡及子体浓度较高，在1 525.6 Bq/m3~2 470.2 Bq/m3，平均值为1 943.85 Bq/m3，测试结果显示硐室内氡及子体浓度超过规范要求的400 Bq/m3，由于平硐才开挖完成不久，硐室通风不足等原因造成，建议定期对洞内开展环境放射性的复查，以便及时做好放射性的防护措施。

1.2.3 地应力及高压压水

（1）地应力

本阶段在地下厂房勘探平洞内的高压岔管及主厂房位置钻孔ZKd2、ZKd4、ZKd6 中采用水压致裂法进行地应力测试，终孔深度分别为130.1 m、135 m、131.0 m。在钻孔测试深度范围（60~115 m）内，最大水平主应力值13.12 MPa，平均最大水平主应力值7.10 MPa，最大水平主应力优势方向为N12°W~N20°W 左右。水平大主应力侧压系数λ范围为0.20~0.91 之间、均值为0.48，表明钻孔深部区域存在的水平大主应力均值约为估算自重应力的0.48 倍；在钻孔测试深度范围内，各测试段结果正常，未见异常偏高的构造应力场。

工程区主压应力方向N12°W~N20°W 左右，主要构造线方向N50°E~N70°E，枢纽区构造线方向与河谷走向近于平行。地下厂房勘探平洞PD1 水平深度634 m，洞内未见明显因高地应力引起的围岩破坏现象。综合分析认为，库址引水发电系统区域因区域构造应力场造成的高地应力特征不明显，引水发电系统区域地应力以岩体自重应力为主。

（2）高压压水试验

本阶段在引水竖井附近钻孔ZKD1 和岔管位置钻孔 ZDK3 进行了高压压水试验，两钻均为PD1 平洞内。

高压压水试验结果表明，厂房区上部清虚洞组第二段（∈1q2）白云岩岩体透水率1.75~20.55 Lu，属弱透水~中等透水岩体，厂房区轴线清虚洞组第一段（∈1q1）泥质条带灰岩、泥灰岩及钙质泥岩地层透水率0.62~1.99 Lu，属微透水~弱等透水岩体。

2 工程地质条件及评价

2.1 上水库（坝）

（1）上水库

上水库Ⅱ位于猫跳河六级红岩电站水库库尾右岸陡崖顶部台地上，库盆为一浅切的天然岩溶洼地槽谷。出露基岩主要为白云岩、灰岩、泥岩等，上库区发育3 个小型岩溶漏斗及4 个岩溶洼地。上水库岩体以弱透水岩体为主，微新岩体一般属弱~微透水岩体，但受岩溶影响整体属于中等~强透水层。上水库存在岩溶管道及岩溶裂隙渗漏问题，不具备垂直防渗的条件，需进行全库盆防渗。库区无规模较大的不良物理地质现象，边坡稳定条件总体较好，上库西侧及北侧陡崖卸荷弱发育，卸荷岩体现状基本稳定[4]。

（2） 坝址

坝基主要位于娄山关群（∈2-3ls）白云岩地层上，满足建坝要求；坝址南侧坝基大塘组（C1d）、栖霞组第一段（P2q1）弱风化岩体为Ⅳ2C，允许承载力为2.0 MPa，该区域最大坝高约为45.20 m，满足坝基承载力要求；梁山组（P1l）弱风化岩体为V 类，允许承载力为0.8 MPa，该区域最大坝高为34 m，满足坝基承载力要求。坝基底部K05 落水洞连接岩溶管道，洞口内空腔及竖井1 规模较大且埋深较浅，建议进行回填处理。竖井1 之后的岩溶管道规模小（宽度小于2 m）且埋深大于40 m，对坝基稳定影响小。

2.2 下水库

下库红岩水电站大坝坝肩抗滑稳定，坝体及坝基防渗效果较好，拱坝及下游水垫塘两岸边坡整体稳定。抽水蓄能电站建成后，将与红岩电站联合运行，水库正常蓄水位及死水位与原红岩电站一致，对大坝基本无影响。

2.3 输水发电系统

（1）地下厂房

厂房1 号~4 号机组地基均为清虚洞组第一段第三层（∈1q1-3）薄~中厚层泥灰岩夹钙质泥岩；断层fpd1-F3 从4 号机组附穿过，断层fpd1-18 从2号机组附穿过。泥灰岩岩块强度较高，钙质泥岩夹层强度低、层厚薄无强度实验数据，岩体完整性差，建议开挖后及时对地基进行封闭处理，对局部夹杂较软弱的泥岩、断层破碎带采取必要的工程处理措施。估计厂房及其附属洞室群的涌水量约3 500 m3/d，厂房涌水量较大，需考虑必要的排水措施。厂房开挖过程中存在沿断层破碎带及溶蚀裂隙带的涌水问题，厂房区需进行全封闭防渗及预排水处理，外水压力建议暂按0.5 倍水头考虑。

（2）输水系统

引水事故闸门井围岩为娄山关群（∈2-3ls）浅灰、灰色薄层至中厚层细粒白云岩，为硬质岩，岩体较完整，围岩类别以Ⅲ2 类为主，具备成井地质条件。

压力管道上平段及上弯段围岩娄山关群（∈2-3ls）白云岩，主要为硬质岩，围岩类别以Ⅲ2 类为主，具备成洞地质条件。

竖井段围岩主要为硬质岩，围岩类别以Ⅲ2 类为主，具备成洞地质条件，高台组（∈2 g）地层洞段及断层带为Ⅳ类围岩。

下弯段围岩为∈1q2 白云岩及∈1q1-4 泥质条带灰岩，主要为硬质岩，围岩类别以Ⅲ2 类为主，具备成洞地质条件。

下平段∈1q1-4 灰岩、泥质条带灰岩段岩体较完整，围岩类别以Ⅲ1 类为主，∈1q1-3 薄~中厚层泥灰岩夹钙质泥岩段岩体完整性差，围岩类别以Ⅲ2 类为主，fpd1-19 断层带及局部裂隙密集带为Ⅳ类围岩。

高压钢岔管及引水支管段围岩∈1q1-4 灰岩、泥质条带灰岩段岩体较完整，围岩类别以Ⅲ1 类为主，∈1q1-3 薄~中厚层泥灰岩夹钙质泥岩段岩体完整性差，围岩类别以Ⅲ2 类为主，fpd1-F3、fpd1-18 断层带及局部裂隙密集带为Ⅳ类围岩。

尾水钢管及尾水隧洞穿越地层为寒武系清虚洞组一段∈1q1，围岩类别以Ⅲ2 类为主；其中∈1q1-2 薄层钙质泥岩夹泥岩段岩体完整性差，围岩类别Ⅳ类，fpd1-F3、fpd1-18 断层带及局部裂隙密集带为Ⅳ类围岩。

尾水闸室岩体完整性差，局部较破碎，洞室围岩以Ⅲ类为主，围岩局部稳定性差，局部断层及岩体破碎带为IV 类，顶拱局部缓倾角裂隙与断层组合形成的不稳定块体，建议施工时及时采取随机支护处理措施。

下库进/出水口部位岩体卸荷作用较弱，下游侧BT2 崩塌堆积体将进行削坡减载及护岸处理，其余滑坡、泥石流等不良地质现象不发育。进/出水口段建筑物主要位于弱~微风化岩体中，岩体主要为薄~中厚层结构，围岩以Ⅲ类为主。进出口洞口边坡稳定性较好。

（3）开关站

开关站地基为强风化泥质粉砂岩夹粉砂岩、粉砂质泥岩地层，岩体质量差，局部泥岩地基需采取混凝土置换等措施进行地基加强处理。开关站边坡最大开挖高度40 m，位于断层F 7 下盘影响带内，上部覆盖层厚度4.5~10 m，为坡积粘土夹碎块石，下部为强风化岩体，岩体完整性差，边坡稳定性较差，建议加强支护。

3 结论

贵阳抽水蓄能工程地处高山岩溶洼地地区，岩溶发育，岩溶水文地质条件复杂，存在岩溶渗漏、岩溶塌陷、洞室岩溶涌水、边坡稳定等工程地质问题[5]，本文通过对各建筑物的工程地质评价，主要结论如下：

(1)工程近场区无活动断裂分布，历史地震活动弱，工程区50 年超越概率10%的地震动峰值加速度为50.8~54.0 cm/s2，相应地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性好。

（2）上水库天马山库址为浅蚀岩溶洼地，库盆基岩为寒武系、二叠系碳酸盐岩，石炭系、二叠系碎屑岩，发育岩溶洼地、落水洞和管道型溶洞，岩溶渗漏问题突出，需进行全库盆防渗处理。库底落水洞可能发生小规模岩溶塌陷，影响库盆稳定，需采取处理措施。

（3）下水库利用已建水库，已稳定运行多年，不存在水库渗漏问题，库岸主要为岩质岸坡，整体稳定性较好。

（4）输水发电系统沿线山体雄厚，洞室穿越寒武系地层，主要为白云岩，石英粉砂岩，砂质、泥质白云岩，灰岩、泥质条带灰岩、泥灰岩，钙质泥岩等，岩体微新为主，小规模断层与陡倾角节理较发育，勘探未发现较大规模岩溶管道。输水隧洞围岩以Ⅲ类为主、部分较软岩洞段与断层带部位为Ⅳ类。下水库进出水口后部自然边坡高陡，局部发育危岩体，应重视危岩体对进出水口运行安全的影响。