旭龙水电站重大地质问题勘察与论证

2023-04-30刘冲平谭朝爽钟华王正波

人民长江 2023年13期

刘冲平谭朝爽钟华王正波

摘要：旭龙水电站位于金沙江上游高山峡谷地区，地形地质条件复杂，需要开展重大地质问题勘察。为合理进行旭龙水电站坝址选择、坝线比选、枢纽布置，采用传统与创新思路相结合的方法，进行深入、系统的地质勘查与科学论证，分析了特高陡环境自然边坡稳定、高拱坝拱座抗滑稳定、大型洞室变形稳定等关键或重大地质问题。该勘察方法可供其他类似工程参考。

关键词：

重大地质问题；地质勘察；环境自然边坡；高拱坝；大型洞室；旭龙水电站

中图法分类号： TV221.2

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.S2.035

0 引言

旭龙水电站为金沙江上游第12个梯级，所处河段位于四川省、云南省、西藏自治区交界，以发电为主要开发任务，是西电东送骨干电源点之一。电站正常蓄水位2 302 m，死水位2 294 m，装机容量2 400 MW（4×600 MW），保证出力609 MW，多年平均发电量105.14亿kW·h，水库总库容8.47亿m3，调节库容1.26亿m3，为Ⅰ等大（1）型工程。主要由高213 m的混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物、右岸地下厂房、左岸导流洞等组成。

西南地区巨型水电站所处区域地质条件复杂，需开展重大地质问题勘察专题研究，厘清系统与重点结合的勘察思路，采取传统与创新结合的方法，进行系统勘察与论证。

1 基本地质条件

坝址河段金沙江河势较顺直，河谷横断面为“V”形，两岸对称性较好，见图1。河谷宽高比为1.82。坝址区主要为印支期侵入花岗岩（γ15）、中元古界雄松群三段（Pt32X）混合岩与斜长角闪片岩，均为坚硬岩石。高程2 500 m以下全强风化带缺失，岩体多呈弱风化至微新状。坝址区断层较发育，规模多较小，断层走向以与河流近正交为主，地应力总体属中等地应力水平。高程2 300 m以下两岸边坡除浅表部、孤立山嘴及地形突出部位见强卸荷现象外，岸坡岩体主要表现为弱卸荷，其水平卸荷深度为15～35 m；高程2 300 m以上陡崖发育有强卸荷带，强卸带宽度一般小于30 m。地应力以中等水平为主，局部高地应力。坝址区主要工程地质问题为高边坡稳定问题、拱座抗滑稳定问题、洞室围岩稳定问题［1］。

2 特高陡环境自然边坡稳定勘察与论证

2.1 勘察思路

旭龙水电站特高陡环境自然边坡稳定问题是坝址区关键地质问题之一，事关枢纽建筑物施工期和运行期安全，对其稳定性进行了专题研究，勘察思路与研究路径见图2。

特高陡环境自然边坡稳定性包括整体稳定性与局部稳定性，整体稳定性通过地质宏观分析与数值分析结合进行研究，局部稳定问题进行分类研究，不同类型地质问题采取针对性勘察手段与分析方法。对大型危岩体，采取平洞钻孔、三维实景影像查明地质特征、变形失稳模式、成因机制等，评价其稳定性［2］；对中小型危岩体，采取高清三维影像获取技术、三维影像危岩体识别技术等［3］，对危岩体进行搜索定位，并结合定性与定量方法评价其稳定性［4］；对堆积体，除常规手段外，进行堆积体物质原位剪切试验，结合经验提出抗剪强度，并分析评价切脚对稳定性的影响；对强烈卸荷松弛区［5］，按照松动区、强卸荷区、危岩体集中发育区等进行分析评价。

2.2 主要成果

坝址区自然边坡大部分基岩裸露，山势雄厚、构造稳定，岩石坚硬，岸坡岩体风化弱，中下部卸荷总体较弱，上部浅表卸荷较强，未发现大型倾向坡外的软弱带（面），河谷自然岸坡总体稳定。

环境自然边坡发育的6处大型危岩体（体积164万m3）、270个危岩体（单个方量数十至数千m3）、6处大型堆积体（体积648万m3）、4处强烈卸荷松弛区

（面積40万m2），使环境自然边坡的局部稳定问题突

出（见图3～4），需要对自然高边坡进行综合防治。其中，①号危岩区Ⅱ区受长大张开滑移面及侧边界控制，可能整体滑移破坏，稳定性差，且受泄洪雾雨影响较大，可采取系统锚索+抗剪洞+压坡措施；1号堆积体Ⅲ区与6号堆积体天然状态下整体稳定，但6号堆积体前缘受缆机平台边坡开挖切脚影响，可采取锚索支护；4处强烈卸荷松弛区岩体松动、危岩体集中发育，可采取喷锚支护。

3 高拱坝拱座抗滑稳定勘察与论证

3.1 勘察思路

旭龙水电站高拱坝拱座抗滑问题是坝址区关键地质问题之一，关系到大坝安全运行，对拱座抗滑稳定与变形稳定进行了专题研究，勘察思路与研究路径见图5。

采取4层勘探平洞、勘探路及钻孔，根据“嵌岩勘探路分层布置、上下勘探平洞交错布置、同层勘探洞网状布置、铅直钻孔跨层布置、水平（斜）孔适时布置、控制边界加密布置”的勘探布置思路，形成立体勘探控制网，控制大坝地质边界条件。搜索拱座抗滑稳定块体［6］，对底滑面（缓倾角裂隙）进行裂隙统计，对关键块体的控制性结构面进行连通分析，进行侧滑面（f57断层等）原位剪切试验、下游压缩面（f75断层等）变模试验，为抗滑块体计算提供地质依据［7］。分析拱端云母条带、片岩条带、断层带等变模较低带对拱座变形稳定的影响。

3.2 主要成果

以f57断层、花岗岩/片岩接触带为侧滑面，以f75、f3断层、自然岸坡为临空面，以缓倾角裂隙为底滑面，据此进行组合，左岸块体共有5大类，17个亚类，各种荷载组合下块体抗滑稳定控制指标均满足要求，且多数块体仍有较大安全余度。仅左岸L5-1号块体（以缓倾角裂隙为底滑面，以f57为侧滑面，以f75为下游压缩临空面，见图6～7）结构抗力与作用效应比值为0.87，不满足设计要求，通过f57断层设置抗剪洞、f75断层设置传立柱，能够明显提升块体的抗滑稳定性，满足设计要求。

拱座岩体绝大部分为ⅡA类，总体变形模量高，抗压缩变形总体较好。左岸SC3斜长角闪片岩条带为Ⅲ2A类，在坝基出露，除f57断层外无其他软弱面，于建基面出露部位采取了固结灌浆，内部f57断层采取了混凝土置换；左岸花岗岩与片岩接触带、横河向断层对拱座压缩变形影响较小；左岸f75断层软弱带较宽，对拱座变形存在影响，将采取灌浆或传力等工程措施。右岸2 220 m高程3条小断层充填2～4 mm 岩屑夹泥，与拱端距离小，对拱座压缩变形局部存在影响。

4 大型洞室变形稳定勘察与论证

4.1 勘察思路

旭龙水电站地下厂房洞室群变形稳定问题是坝址区关键地质问题之一，关系到地下厂房机组安全运行，对地下厂房洞室群变形稳定进行了专题研究，勘察思路与研究路径见图8。

采取勘探平洞与钻孔形成立体勘探控制网，控制地下厂房地质边界条件；在围岩分类的基础上，重视大型洞室局部稳定问题分类的分析评价［8］；对块体进行搜索确定定位或半定位块体［9］，对长大不利结构面（边墙小夹角长大结构面、顶拱缓倾角结构面）进行自动搜索，对局部高地应力岩爆［10］进行分析。

4.2 主要成果

地下厂房上覆岩体厚度260～410 m，围岩为微新与未卸荷花岗岩及少量混合岩，断层不发育，规模皆小，裂隙总体不发育，主要发育一组NE走向陡倾裂隙，与厂房轴线呈小角度相交；围岩稳定性较好，中等地应力水平，局部高地应力，与厂房轴线小角度相交。三大洞室Ⅱ、Ⅲ类围岩分别占82.4%～83.3%，16.7%～17.6%。

三大洞室存在半定位块体及随机块体，在主厂房顶拱区域未搜索到定位块体，搜索到6个半定位块体（5个顶拱、1个边墙，见图9）。小断层f3与尾调室、主变洞边墙小角度相交，于边墙存在变形稳定问题。最大主应力方向与厂房轴线方向小角度相交，有利于洞室围岩稳定，局部高地应力引起轻微岩爆（片状剥落）。

5 结论

经过系统地质综合勘察分析与研究，旭龙水电站坝址区重大或关键地质问题已经查明，具体如下：

（1）查明了环境自然边坡危岩体、堆积体、强烈卸荷松弛区等局部稳定问题，将采取针对性防治措施。

（2）查明了拱座抗滑稳定块体，各块体抗滑稳定均满足要求，左岸5-1抗滑块体侧滑面采取抗剪洞、下游压缩临空面采取传力柱后可满足要求。

（3）查明了地下厂房洞室群变形稳定问题，搜索了半定位块体、小夹角长大结构面，分析了局部高地应力轻微岩爆。

参考文献：

［1］王正波，柳景华，钟华，等.金沙江上游旭龙水电站可行性研究报告［R］.武汉：长江勘测规划设计研究有限责任公司，2020.

［2］刘冲平，钟华，柳景华，等.金沙江上游某特大型危巖体失稳模式分区与稳定性评价［J］.资源环境与工程，2022，36（1）：65-69.

［3］杨静，王吉亮，廖立兵，等.三维数码照相技术在高边坡地质调查中的应用［J］.人民长江，2015，46（14）：84-86.

［4］刘冲平，王吉亮，黄孝泉，等.环境边坡危岩体稳定性定性评价研究［J］.水利水电快报，2023，44（1）：43-47.

［5］郝文忠，刘冲平，王吉亮，等.乌东德水电站边坡岩体卸荷特征及稳定性评价［J］.人民长江，2015，46（14）：12-15.