刘忠绪， 杨静熙

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

锦屏一级水电站工程地质勘察综述

刘忠绪， 杨静熙

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

锦屏一级水电站工程勘察历经20余年，形成了大量勘察成果，本文对锦屏一级水电站的地质勘察工作进行了较为全面的总结。本文重点介绍了工程场址的选择、坝区左岸深部裂缝成因及对建坝影响、特高坝坝基可利用岩体、坝基岩体质量评价、高陡边坡稳定性、高应力较低岩石强度条件下大跨度洞室群围岩稳定性、多岩性组合骨料选择，以及三维数字技术在勘察中的应用等诸多方面的勘察成果和勘察经验。

深部裂缝；场址；坝基岩体；高陡边坡；高应力；组合混凝土骨料；三维数字；锦屏一级水电站

0 前 言

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流中下游水电开发 “控制性”水库梯级，在雅砻江梯级滚动开发中具有“承上启下”的重要作用。

锦屏一级水电站工程规模巨大，开发任务主要是发电，兼顾防洪、拦沙。电站装机容量3 600 MW，正常水位1 880 m，总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3，属年调节水库。枢纽主要由混凝土双曲拱坝、坝后水垫塘、右岸泄洪洞及右岸地下厂房等永久性建筑物组成。拱坝高达305 m，是目前建成的世界第一高坝。

锦屏一级水电站地处西南高山峡谷地区，工程地质和水文地质条件极为复杂，是国内外专家公认的“地质条件最复杂，施工环境最恶劣，技术难度最大”的巨型水电工程，面临的工程复杂性前所未见。枢纽区具有“两高两深”的基本地质特点，即高边坡、高地应力、深切峡谷、深卸荷，由此带来了复杂的、独特的工程地质问题：

(1)坝区左岸发育的“深部裂缝”的成因及其对建坝条件不利影响问题；

(2)坝区各类构造结构面发育，尤其左岸山体发育深部裂缝，边坡岩层倾倒变形、卸荷拉裂强烈，稳定问题突出；

(3)特高拱坝坝基地层层位多，断层、层间挤压错动带、绿片岩、煌斑岩脉等地质缺陷发育，复杂地基岩体质量评价与利用研究难度高；

(4)左岸抗力体断层、岩脉、深卸荷发育，岩体完整性差，不能满足抗变形稳定要求，对其勘察和评价难度大；

(5)大型地下洞室群区域地应力高，围岩强度应力比较低，高地应力条件下围岩变形及长期稳定问题十分突出；

(6)工程区为一套以大理岩、变质砂板岩为主的浅变质岩，岩性复杂，岩石强度较低，作为300 m量级拱坝混凝土骨料都存在不同程度的缺陷，使得拱坝混凝土骨料选择问题也很突出。

为查明工程的地质条件，成都院投入了大量的人力物力，经过二十余年的勘察工作，完成了大量勘探、岩土体试验和专题科研，为电站成功建成创造了良好的条件。

工程于2005年11月正式开工建设，2013年8月首批机组建成发电，2016年4月通过枢纽工程专项验收。

锦屏一级水电站工程勘察获2015年中国电力规划设计协会工程勘测一等奖、2015年四川省优秀工程勘察一等奖、2016年中国电力建设股份有限公司工程勘测一等奖。

1 复杂区域地质背景下高坝场址选择

锦屏一级水电站工程区位于杨子地台与松潘甘孜地槽褶皱系交界部位，所处“川滇菱形断块”的边界断裂均为多期继承性活动断裂带，喜山期以来，由于印度洋板块向欧亚板块的强烈推挤，使得在青藏高原急剧抬升的同时，川滇菱形断块亦向南东方向推移，导致上述各边界断裂均发生强烈的水平剪切错动，成为现代地震活动的发震构造。这些发震构造的发育分布及其新活动性直接影响工程场地区域构造稳定性。

锦屏一级水电站区域构造稳定性研究在传统的地质调查、坑槽探和断层活动性测龄等手段、方法的基础上，基于20世纪80年代末期、90年代初期的技术水平，引进新技术、新方法开展了航卫片的遥感地质调查、构造稳定性数值模拟研究、地球物理场深部构造研究等专题研究，并采用多层次、多手段、不同方法来查明工程区所在大地构造单元、区域地质背景、地貌与新构造运动特征、主要断裂及其活动性。

首先，开展了锦屏一级所在大河湾地区区域地质背景遥感地质调查和外围地质调查、测绘工作。从锦屏大河湾地区及其外围地区1∶20万航卫片的遥感地质调查开始，到大河湾地区1∶5万航卫片的遥感地质调查，再到锦屏一级工程区1∶2.5万航卫片的遥感地质调查，逐步逼近工程区，并结合地面地质调查成果，反复深入研究了河湾地区的地层岩性及地质构造形迹；其次，在查清河湾及其外围地区地层、地质构造形迹、外动力地质作用等的基础上，开展工程区主要断层同位素年龄测定及活动性研究，对研究范围内具有一定规模的断层，全面系统、逐条地取样，应用多种实验室测试方法进行同位素年龄测定，提出了一批数量较多的断层活动测年数据，为研究论证锦屏地区的地壳稳定性提供了较充分的定量依据；再次，在大河湾地区1∶10万地面区域地质调查的基础上，又开展大河湾地区深部构造解译和构造稳定性数值模拟研究。

1993年完成了《雅砻江锦屏大河湾地区区域构造稳定专题研究》，在充分研究由断裂活动性、地震活动性、岩浆活动性及水热活动性等因素综合作用所表现的稳定程度的基础上，还研究了与内动力作用密切相关的地形地貌及介质块体的特征及完整性等的影响，选择断层活动年代新老、地震活动性、水热活动性、构造活动性、块体的介质条件、地形地貌特性等6个因素，分“稳定、较稳定、较不稳定和不稳定”4个等级，对锦屏一级所在整个锦屏大河湾地区进行分级分区的区域构造稳定性评价、筛选，最后确定的锦屏一级工程建设的场址位于构造稳定区。

2 “深部裂缝”勘察及对工程影响研究

锦屏一级水电站普斯罗沟坝段河谷狭窄，地形陡峻，两岸谷坡相对高差达千余米。坝区左岸为反向坡，边坡中上部由三叠系杂谷脑组变质砂岩、板岩组成，下部为大理岩。勘探过程中，在岸坡浅表卸荷带以里穿过一段相对紧密完整的岩体后，又陆续揭露出一系列规模不等的张开裂缝或裂隙松弛带，由于其分布深度大，与已有的工程经验中对岸坡卸荷改造规律性认识不一致，因此，统称为“深部裂缝”。

“深部裂缝”是锦屏一级水电站特有的地质现象，对建坝条件具有重要影响，它的存在制约了坝址、坝线选择，是影响坝基变形稳定、渗透稳定以及边坡稳定评价的最主要不利地质因素之一。查明其发育特性、形成机制及演化趋势，是评价坝基岩体和工程边坡稳定性十分重要的基础工作，研究电站建设过程中及在泄洪雾化和工程蓄水后深部裂缝可能产生的变化，对确保工程安全意义重大。

成都院自1992年底勘探发现深部裂缝后，围绕深部裂缝发育、分布规律开展了大量洞探、物探、连通试验工作，联合成都理工大学、中国科学院地质与地球物理研究所、清华大学等多家知名科研院所，开展了有关左岸高边坡深部裂缝形成机理、工程适宜性分析、边坡稳定性评价等方面的多项专题研究。在施工详图阶段，成都院与成都理工大学再次联合开展了“左岸深部裂缝发育特征” 研究工作，利用左岸的各种施工通道、廊道、排水洞及抗剪传力洞等开挖，对深部裂缝的空间分布特征、工程地质性状进行详细调查，进一步研究深部裂缝的空间展布规律及其成因机制，得出了与勘测设计阶段一致的结论。坝区左岸深部裂缝是在左岸特定的高边坡地形、地质构造、高地应力环境和岩性组合条件下，伴随河谷的快速下切过程，边坡高应力发生强烈释放、分异、重分布，而在原有构造结构面基础上卸荷张裂所形成的一套边坡深卸荷拉裂体系。

通过对深部裂缝的勘察、研究，准确把握了其对大坝工程及左岸边坡稳定的不利影响，拱坝轴线选择避开深部裂缝发育强烈区域，具备建高拱坝的地形地质条件，为坝址和坝型比选提供了有力地质依据。

3 河床及两岸建基面选择研究

河床坝基建基面高程的选择直接关系到坝高，对拱坝体形、基础处理的设计影响大。

电站地处高山峡谷地区，地质条件极其复杂，通过大量的分析研究工作，首先确定了建基面选择中应遵循的原则。①河床坝基建基面：第一，应尽量利用杂谷脑组第2段第3层大理岩中较完整的微新无卸荷的Ⅱ级和微风化、弱卸荷的Ⅲ1级岩体；第二，鉴于河床应力集中较高，建基面应尽量远离河床谷底应力集中带(1 550 m高程以下)，减小高应力对河床坝基开挖的影响。②两岸坝基建基面：建基面可利用岩体的确定,应充分考虑拱坝受力状况，拱坝坝基中下部应全部置于Ⅱ级或Ⅲ1级岩体之中，中上部应尽可能置于Ⅲ1级岩体之中。

根据上述原则，确定的河床坝基建基面高程为1 580 m，避开了河谷地应力集中区，合理的建基高程最大程度地减小了高地应力对河床坝基开挖的不利影响，建基面物探检测显示，河床坝基开挖后地应力集中造成的岩体松弛较弱。

考虑到左岸深部卸荷形成的深部裂缝岩带分布深度大，在加强基础处理的基础上，应减少开挖深度，左岸平均挖深40～60 m，右岸平均挖深20～40 m。

经过蓄水运行检验，坝体工作正常，说明最终确定的坝基建基面是合理的。

4 坝基岩体质量评价

4.1 研究并建立了适合锦屏一级水电站工程地质特点的坝基岩体质量分类体系

锦屏一级水电站坝址区岩性层位多，既有坚硬的大理岩、变质砂岩，又有相对软弱的板岩和绿片岩，岩石组合较复杂；岩体内层面、层间挤压错动带、断层及节理裂隙发育；岩体赋存环境地应力高；两岸浅表部岩体受卸荷作用影响强烈，特别是左岸存在的深部裂缝等构成了影响坝基岩体质量的主要地质要素。因此，在坝基岩体质量分类时，首先以岩体所属地层层位和岩石组合特征为基础，同时考虑岩体结构特征及卸荷作用影响程度，进行基本工程地质单元划分和岩体质量初步分级；其次对初分岩级与岩体力学试验成果进行相关分析，研究主要地质因素与岩体力学参数的相关性和规律性，在此基础上，进行岩级的调整、归纳，并结合相关规范，建立了以“工程地质岩组+岩体结构特征+岩体紧密程度+深部裂缝”为要素的坝基岩体质量综合分级评价体系和标准。施工图阶段，通过拱坝建基面地质编录、多方法岩体结构参数调查、岩体结构面风化程度的回弹试验、补充原位承压试验、系统和针对性物探检测等，对坝基岩体质量综合分级评价体系和标准做了进一步完善，为客观评价坝基岩体质量奠定了良好的基础。

4.2 开展系统检测和随机检测相结合的多种定量测试

锦屏一级水电站拱坝坝基地质缺陷发育，除贯穿坝基规模相对较大的顺河向软弱结构面(右岸f13、f14、f18断层及煌斑岩脉，左岸f2、f5、f8断层)外，还有随机分布的溶蚀裂隙带、风化绿片岩，特别是左岸拉裂松弛岩带等软弱岩体(岩带)，对拱坝变形稳定影响大。坝基左右岸、上下高程间的地质条件差异较大，右岸坝基由较完整的大理岩构成，而左岸坝基有较多的风化卸荷拉裂的砂板岩岩体；右岸坝基中上部大理岩模量较高，而下部及其深部含较多绿片岩，模量较低；左岸中上高程坝基由砂板岩构成，岩体普遍风化卸荷拉裂，岩体完整性差，模量较低，而低高程坝基由新鲜大理岩构成，模量较高。

为了查明建基面及建基面以里一定范围的岩体质量，科学评价岩体质量和地质缺陷，评价爆破开挖对岩体质量的损伤，在坝基开挖前和开挖过程中开展了系统和随机检测相结合的多种定量测试，包括单孔、对穿孔声波测试、钻孔摄像、钻孔弹模测试、坝面刚性承压板测试以及坝基岩体长期声波检测。通过检测和测试获得了大量的实测资料，得到了各级岩体和各类地质缺陷的定量化指标，查明了开挖爆破对坝基岩体质量的损伤，分析预测了坝基岩体卸荷松弛随时间的变化趋势，从而准确地进行了坝基岩体质量分级分区评价，建立了坝基岩体质量分布三维模型，实现了对坝基岩体质量、地质缺陷的科学评价。

4.3 多项新技术新方法应用于坝基岩体质量评价研究

在坝基地质编录中引进三维激光扫描及内置高清晰相机真彩取像技术，适时地获得了坝基开挖后的建基面地形、地质体真彩信息资料，建立起包括长度大于50 cm节理裂隙的坝基三维模型，从三维模型上完成建基岩体质量分级分区评价、地质缺陷圈定，为工程处理设计提供了详实可靠的基础地质资料。

在坝基岩体力学指标检测中引入了基于成都院科研所研制的建基面岩体变形快速检测仪(YBKC-70)的坝面刚性承压板试验技术，克服了建基面不具备常规平洞的反力条件而无法进行承压板变模测试的困难，跟随开挖进度在坝基的每一开挖梯段均选择代表部位(重点是低岩级岩体和地质缺陷)进行现场承压板测试，并完成了配套声波测试，共获得了83组测试数据，复核验证了可研阶段建立的坝基岩体变模-波速关系(E0-Vp关系)。

4.4 坝基软岩带——绿片岩的性状及其对坝基岩体质量的影响研究

锦屏一级左岸坝基高程1 730 m以下、河床及右岸坝基全部由大理岩组成，随机分布有不同规模、不同性状的绿片岩。绿片岩性状软，对大坝变形稳定有较大不利影响。

在前期勘察阶段，调查研究表明左岸绿片岩以绿泥石片岩为主，顺层发育、延伸较长；右岸绿片岩中微新的钙质绿片岩、大理片岩占62.5%，弱～强风化的绿片岩占37.5%，多呈透镜状。施工详图设计阶段，对建基面揭示的每一个绿片岩透镜体(夹层)都进行了仔细的地质编录，详细划分了绿片岩的风化程度，分析了不同绿片岩的工程性状、空间展布情况及其对坝基岩体质量的影响；对其中规模较大的、性状较差的绿片岩开展了声波、钻孔变模以及现场承压板测试，获得了极其宝贵的检测资料。通过上述调查、分析、测试，对随机分布的各类绿片岩对坝基岩体质量的影响有了更为深入、系统的认识：微新的钙质绿片岩、大理片岩对岩体质量影响小，不单独划分岩级；微新的炭质片岩和弱～强风化的绿片岩性状差，对岩体质量影响大，单独划分了岩级，其中弱风化的绿片岩划为Ⅲ2级，强风化的绿片岩及微新的炭质片岩划为Ⅳ级。研究成果为各类绿片岩的工程处理设计提供了有力的地质依据。

4.5 低高程坝基开挖卸荷松弛研究

针对锦屏一级水电站坝区实测最大主应力达40 MPa以上的情况，拱坝基坑开挖前和开挖过程中，高度重视高应力可能引发的坝基岩体松弛破坏研究。

从低高程建基岩体分析，河床建基面选择时就考虑了要远离应力集中区，河床建基岩体为微新、弱卸荷的Ⅲ1级岩体，河谷演化过程中已发生卸荷，应力已释放。综合分析后预测基坑开挖后岩体发生大规模强烈卸荷松弛破坏的可能性较小。河床建基岩体采取了预留了保护层开挖等措施，开挖后即开始拱坝混凝土浇筑，建基面暴露的时间短，卸荷松弛深度仅2～5 m。

基坑开挖验证了上述预测的准确，保证了基坑开挖的顺利完成。

5 高陡边坡稳定性研究

锦屏一级水电站枢纽区左右岸开挖边坡均超过了300 m，特别是左岸边坡，自然谷坡高陡，岩体卸荷强烈，发育有断层、层间挤压带、深部裂缝，地质条件极其复杂。左岸开挖高达530 m，是当时水电工程开挖高度最高、开挖规模最大、稳定条件最差的工程边坡之一，发育变形拉裂岩体及倾倒变形岩体，稳定问题突出，在国内外水电工程中十分罕见。从可研阶段一直到施工图阶段，成都院开展了大量的勘探、试验工作，并联合多家科研院所共同对边坡稳定性进行了长期研究。

枢纽区左岸为反向坡，下部为较坚硬的大理岩，上部为砂板岩。边坡稳定条件复杂，中低高程大理岩岩体卸荷拉裂明显，高高程砂板岩在卸荷松弛的基础上又叠加了倾倒拉裂和蠕滑拉裂等变形，且受岩性、岩体结构控制明显，按变形破裂型式可分为卸荷拉裂、倾倒拉裂、蠕滑拉裂和变形拉裂岩体，稳定性研究难度大。前期采用平洞结合钻孔的勘探方法和专题研究，查清了自然岸坡已有变形破坏模式，通过数值模拟分析等研究了边坡变形破坏机制，分析了边坡在天然、暴雨、地震、雨雾等各种工况下的稳定性。

施工开挖期继续地质资料的收集和检测试验工作，对关键技术问题进行深入研究，开展了砂板岩岩体及结构面流变特性研究，岩体长期强度参数取值研究，高应力强渗水条件下软岩体、弱化效应研究、动态反馈分析等。通过深化左岸复杂高边坡地质条件的认识，优化了设计方案，取得了显著效益，边坡降低开挖高度250 m，减少锚索3 500束，减少交通道路长约6 km，共计节约工程投资6.65亿元，缩短工期2年，效益显著。

6 高地应力条件下地下厂房围岩稳定性研究

锦屏一级水电站主厂房水平埋深约110～300 m，垂直埋深约180～350 m。主厂房全长276.99 m，开挖跨度28.90 m，高度68.80 m。主变室位于主厂房下游，厂房和主变室之间的岩墙厚度为45 m，主变室尺寸为197.10 m×19.30 m×32.70 m(长×宽×高)。尾水调压室采用“三机一室一洞”布置型式，设置两个圆型调压室，直径(上室)分别为37.00 m、41.00 m。

地下厂区洞室群置于三叠系中上统杂谷脑组第2段大理岩内，洞室密集，规模较大，断层、煌斑岩脉等软弱结构面发育，实测最高地应力高达35.7 MPa，高地应力是制约洞室围岩稳定的关键工程地质技术问题。勘测设计阶段开展了大量勘探、试验、测试工作，查明了地下洞室区工程地质条件和影响围岩稳定主要地质问题，如高地应力、地下涌水、局部稳定问题等。开挖期又联合中国科学院地质与地球物理研究所、清华大学、四川大学等，针对厂房工程地质条件、围岩变形与稳定问题开展了专题研究。

厂房三大洞室区进行了较全面的地应力测试，包括孔径法和孔壁法。结果表明，地下厂区实测地应力量级较大，最大主应力20～37.5 MPa，属高～极高地应力区，地应力方向为NW向，高地应力对洞室稳定影响大，而且锦屏一级地下洞室区除层面裂隙外主要结构面多为陡倾角，方向不利时对洞室稳定影响较大。

三大洞室轴向拟定时综合考虑了以下几个主要因素：①地下厂区为高地应力区，最大主应力σ1方向为N48.7°W，三大洞室轴向尽量与σ1平行；②主要结构面的优势方向为N40°～60°E/NW∠15°～30°；N50°～70°E/SE∠50°～80°；③N50°～70°W/NE(SW)∠80°～90°；洞室轴向尽量与主要结构面走向呈大角度相交。最终将三大洞室轴线方向确定为N65°W，与σ1夹角仅15°，与第①、②组结构面夹角为70°～90°，最大程度地减轻了高地应力和结构面的不利影响。

在地下洞室开挖过程中，除常规围岩工程地质分类进行稳定性评价外，还进行了地下洞室围岩二次应力测试、系统声波长观测试、孔内电视成像和围岩变形监测，开展了块体稳定分析，监测反馈分析、二维反演分析与开挖支护模拟、三维数值仿真分析等，有效地指导了洞室开挖与支护动态设计和施工。

开挖期由于复杂的洞室结构、超高地应力、相对较低的岩石强度等因素的影响，厂房围岩出现了较大的变形破坏现象。针对围岩变形问题，及时开展了地下厂房洞室群围岩变形破坏机理及加固措施专题研究，详细调查了围岩变形破坏情况，利用各种测试成果(长观声波测试、孔内电视、CT成像、变形监测等)，将围岩卸荷松弛岩体分为坡坏区、强松弛区和弱松弛区，提出了每一分区的松弛岩体工程特性。进行的围岩变形机理分析认为:高地应力与相对较低岩体强度之间的矛盾是厂区围岩变形破坏的根本原因，而洞室与地应力主轴之间空间角度关系的不对称性形成的“偏压”是造成厂房洞室群破坏位置不对称的主要原因。围绕围岩稳定和支护设计问题，进行深入的研究和分析，结合现场出现的围岩破坏现象及破坏机理，针对性地进行了局部加强支护，确保了围岩稳定。

锦屏一级水电站地下厂房洞室群施工期明显呈现出高地应力条件下围岩变形与松弛的时效特征，这种围岩时效力学行为超出已有工程的经验判断，因此锦屏一级水电站地下厂房洞室群所总结出的地质勘察经验，施工经验，设计理念，以及围岩变形控制、加固等，对其他类似工程将具有重要的借鉴意义。

7 左岸抗力体地质缺陷勘察

锦屏一级水电站工程高坝承受荷载大、坝体应力量级高，拱坝、垫座建基面形态较为复杂，因而对坝基及抗力体的要求较高。左岸抗力体地质条件复杂，软弱岩带较发育，针对左岸抗力体工程地质条件，采用了混凝土垫座、软弱岩带混凝土网格(斜井、平洞)置换、抗剪传力洞及固结灌浆等大量而复杂的工程处理。左岸抗力体的工程处理主要通过1 885 m、1 829 m、1 785 m、1 730 m、1 670 m高程5层洞室群进行施工，各层洞室群主要由施工主通道、次通道、灌浆平洞、排水洞、抗剪传力洞、断层及煌斑岩脉置换网格等组成。

左岸抗力体范围发育的主要地质缺陷有f5、f8、f2断层、煌斑岩脉(X)、层间挤压错动带及一系列规模不等的卸荷张开裂缝或深部裂缝，属Ⅳ2级、Ⅴ1级岩体，此外还有Ⅲ2级岩体，抗变形能力差，对坝体受力状态和变形稳定等均会产生较大不利影响。为了查明左岸抗力体范围工程地质条件，前期开展了大量地质调查、勘探、岩体和结构面测试、灌浆试验等工作，对左岸抗力体地质条件进行了详细勘察和深入研究，获得了大量工程地质勘察资料和研究成果，并据此提出了合理的加固处理建议。施工详图阶段利用左岸边坡和抗力体内基础处理各类洞室开挖，以及大量的测试工作和监测成果，对左岸抗力体变形及稳定性又进行了深入研究。基于地质精细测量、Jv测量、RQD测量等现场调查成果，对5层基础处理洞室岩体结构特征进行了分段统计分析，给出了各段岩体特征指标和各岩级岩体的空间分布特征，以及f5、f2断层和煌斑岩脉的空间分布、分区性状。为左岸基础处理设计和施工提供了坚实的基础资料。

8 组合混凝土骨料勘察

锦屏一级水电站混凝土工程共需成品骨料1 877万t，约800万m3，其中大坝混凝土骨料约510万m3。由于电站坝址区附近天然砂砾石料匮乏，混凝土骨料采用人工骨料。

工程区附近出露地层主要为一套三叠系浅变质岩，岩性以变质砂岩和板岩为主，局部夹大理岩，近坝范围内未发现坚硬的火成岩。从坝址附近出露的地层岩性分析，可作为人工骨料料源的仅有大理岩和变质砂岩。此外，在坝址下游51 km的九龙河口一带出露花岗岩，在大河湾东侧锦屏二级工程区模萨沟一带出露三叠系白山组大理岩，也作为大坝混凝土骨料进行了补充调查。

经调查，坝址附近三滩沟、兰坝及松坪子大理岩料场均含有强度较低的粗晶大理岩及绿片岩，岩性均一性差，不能满足大坝混凝土要求。模萨沟右岸分布的白山组大理岩储量大，但原岩强度较低，且运距较远。三滩右岸大理岩料场岩石强度基本满足人工骨料要求，储量较大，开采运输条件较优越，但料场岩性均一性较差，占总量20%～30%的白色灰色中晶大理岩强度偏低，呈条带状或透镜体状分布于料场岩体中，开采时无法剔除，岩石强度总体偏低。九龙河花岗岩料场强度较高，满足人工骨料质量技术要求，储量大，开采条件较好，但离坝址约51 km，运距较远。大奔流沟砂岩料场岩石强度较高，满足人工骨料质量技术要求，开采条件较差，有用层储量约1 320万m3，能满足工程需要，距坝址约9 km，公路直达坝址，运输方便，但存在潜在碱活性问题。

坝区附近没有单独一个料场质量指标能完全满足特高拱坝混凝土骨料要求，经过大量试验、研究，最终选择了大奔流砂岩粗骨料和三滩右岸大理岩细骨料的组合骨料做为大坝混凝土骨料，较好地适应了锦屏一级特高拱坝对混凝土骨料的要求。

9 三维数字化设计技术在工程勘察中的应用

锦屏一级水电站工程利用成都院开发的“水电水利工程地质三维数字化平台”(GeoSmart)建立了完整的工程地质数据中心和地质模型。项目首先由机载激光雷达形成高精度地形面，随即将物探、钻探、硐探、坑井、试验、地质编录、激光扫描、数码摄影等原始资料录入到数据中心。然后基于数据开展地质解析，进行交互式工程地质三维设计，形成含地质属性的三维模型和相关参数。除应用于常规生产过程中与下游专业协同设计、数值分析、施工预报、辅助决策和二维出图等方面外，还在研究和解决世界级重大工程问题分析中发挥了重要作用。

锦屏一级水电站地处西部深山峡谷区，坝基既有坚硬的大理岩、砂岩，又有软弱的板岩、绿片岩，地层构成多样，两岸断层等结构面发育，且左岸发育特有的宽张的“深部裂缝”。通过三维数字化分析与设计，客观准确地再现了工程区地质条件，反映了锦屏的复杂工程地质条件，为世界第一高拱坝设计和施工奠定了基础。锦屏一级工程拥有高达500 m的陡峻边坡，且发育大量断层、层间挤压带、煌斑岩脉等软弱结构面，卸荷强烈，深部裂缝多达130条，最宽达150 cm，该边坡的稳定性分析及工程处理是世界级难题。利用三维数字平台协助解决了锦屏一级500 m世界级高边坡的一系列工程地质问题，如利用三维平台，准确地再现了深部裂缝的空间位置和分布规律，以此为边界条件，在三维条件下进行了受力分析验算和边坡稳定性分析，并据此进行工程处理设计，水库蓄水后的监测数据表明，设计方案经受住了时间的检验；锦屏一级地下厂房洞室群规模巨大，最大跨度达28.9 m，岩性复杂，结构面发育，地应力高，运用三维地质模型，除完成洞室块体稳定分析，准确预测断层等不良地质体在洞室分布位置外，更是对开挖后地应力重分布、集中部位、量值等进行了研究，找出了高地应力条件下洞室围岩变形破坏的分布规律、特征，为后期加强支护提供直接技术支撑；锦屏一级大坝现场施工涉及到高陡边坡、深部裂缝等一系列复杂工程地质问题，要求在施工期间及时开展地质预测预报，并根据现场开挖情况随时调整，出具设计方案，利用三维数字化平台进行现场编录，及时、准确地反映了现场地质条件，为设计、施工、业主决策等提供了坚实的基础资料。

数字化设计技术的应用，对锦屏一级工程关键技术问题的解决、施工布置与进度规划、安全评价与现场管理发挥了指导性作用。数字化设计精准、高效、丰富、直观，应用成效显著，具有极高的推广应用价值。

10 结 语

锦屏一级水电站成功建成离不开大量工程地质勘察和对重大工程地质问题的深入研究。前期勘察阶段完成了大量地质调查、勘探、试验和专题研究工作，施工详图阶段又开展了地质条件复核研究，补充开展了大坝建基岩体变形试验、坝基岩体质量和松弛检测、地下厂区地应力测试等，获得了大量详实的工程地质资料。针对锦屏一级水电站工程地质条件复杂特点，充分利用国内科研院所的科研优势，联合开展重大工程地质问题专题研究，先后有19家国内知名高等院校和科研单位，针对区域、水库和枢纽区重大工程地质问题开展了42项专题研究，取得了丰富的研究成果。通过上述大量地质勘察和专题研究，查明了区域、水库和水工建筑物布置区的工程地质条件和主要工程地质问题，为工程成功建成奠定了坚实基础。

[1] 巩满福，廖荣贵，彭文楷，等. 四川省雅砻江干流水电规划报告[R]. 成都：能源部、水利部成都勘测设计研究院，1992.

[2] 巩满福，杨静熙，邓卫东，等. 四川省雅砻江锦屏一级水电站预可行性研究报告4 工程地质[R]. 成都：国家电力公司成都勘测设计研究院，1998.

[3] 巩满福，郑汉淮，杨静熙，等. 四川省雅砻江锦屏一级水电站可行性研究报告3 工程地质[R]. 成都：国家电力公司成都勘测设计研究院，2003.

[4] 杨静熙，刘忠绪，舒建平，等. 雅砻江锦屏一级水电站枢纽工程竣工安全鉴定设计单位自检报告第三分册 工程地质[R]. 成都：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，2015.

2017-02-20

刘忠绪(1968-) ，男，河北元氏人，教授级高级工程师，从事水利水电工程地质勘察工作。

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1003-9805(2017)02-0005-06