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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:42:43
洪家渡水电站工程地质问题及对策
肖万春邹林田茂中
（贵阳勘测设计研究院，贵州贵阳550002）
关键词：地质条件枢纽建筑物工程地质问题洪家渡水电站
摘要：洪家渡水电站坝区内发育有大小冲沟10条，其中4条与水工建筑有关；计有21条断层，通过水工建筑物的有6条；岩体呈不同程度的弱风化至强风化，卸荷裂隙较发育，1号塌滑体达98万m3，2号塌滑体有60万m3。主要工程地质问题有：左岸坝肩开挖高边坡，地下洞室群进口顺向坡稳定问题，大坝渗透稳定问题，基坑涌水问题等；采取的主要对策有：左坝肩高边坡布设预应力锚索、系统锚杆、挂网喷混凝土、打排水孔、坡顶设排水沟；塌滑体用抗滑桩加固、地下设排水廊道、地面设排水沟；对大坝渗透用帷幕灌浆、回填混凝土进行处理。
1基本地质条件
1.1地形地貌
洪家渡水电站枢纽段长约1.5km，右岸发育有底纳河（伏流）支流，底纳河出口上游为S45°W、以下转为S45°E，在左岸形成向西凸出的河湾。河湾以上左岸为25°～30°的斜坡，各引水建筑物进水口均位于此地带；右岸为高190m左右的陡壁；河湾以下左岸形成两层高达100m以上之灰岩陡壁，其间为宽80～120m的泥页岩缓坡，缓坡高程向上游逐渐降低；右岸为25°～40°之缓坡与10～60m的灰岩陡壁。枯期河水位976.58m，汛期达993m左右。坝段内发育有大小冲沟10条，均为暂时性水流，其中与水工建筑物有关的有4条。
1.2地层岩性
枢纽区出露地层为三叠系下统夜郎组沙堡湾段（T1y1）、玉龙山段（T1y2）、九级滩段（T1y3）、永宁镇组第一段（T1yn1）及第四系。T1y1为泥页岩、泥灰岩、泥质灰岩，厚95～110m；T1y2为厚层、中厚层及少量薄层灰岩，厚275～305m；T1y3为泥页岩夹泥灰岩，厚75～85m。T1yn1为厚层、中厚层及少量薄层灰岩、白云质灰岩，厚210～237m。第四系为厚1～8m的河床冲积砂卵砾石层（Qal）与厚1～45m的坡积、崩积碎石、块石夹粘土层(Qdl col)。
1.3地质构造
枢纽区位于贵阳复杂构造变形区西北边缘，化稿林背斜弧形转折端北西翼，呈单斜构造，岩层产状N60°～70°E，NW∠26°～34°。断裂构造线为NE～NEE向，计有21条断层，属低序次的伴生或派生构造，其中通过厂、坝等水工建筑物区的有F3、F6、F8、F13、F15、F23等断层。倾角40°～80°，地层断距均不超过20m。裂隙发育NE、NEE、NW、NWW4组，为陡倾角。
1.4岩溶水文地质
(1)岩溶。枢纽区岩溶主要发育于T1y2灰岩与T1yn1灰岩中，地表发育有洼地、漏斗、落水洞、竖井、溶洞、溶槽等，地下发育有溶蚀晶孔、溶蚀裂隙、溶洞、暗河等，存在4条岩溶管道系统。2条发育在T1yn1灰岩中，即左岸的K91～W15岩溶管道系统和右岸的底纳河伏流岩溶管道系统；2条发育在T1y2灰岩中，即左岸的K80-1～W12岩溶管道系统和右岸的K40～W9～W2岩溶管道系统。
(2)水文地质。枢纽区为2个岩溶区（T1yn1与T1y2灰岩）与2个非岩溶区（T1y3与T1y1泥页岩、泥灰岩）相间分布，T1yn1与T1y2灰岩为岩溶裂隙与岩溶管道系统并存的岩溶含水透水层；T1y3与T1y1泥页岩、泥灰岩分别厚80m与100m，均为连续分布、稳定可靠的隔水层，使得T1yn1与T1y2岩溶含水透水层各为系统，其间无任何水力联系。两岸地下水位高于河水位，为地下水补给河水。近岸地下水位低平，与河水位相近，水力比降1左右，洪枯水位变幅一般为1～10m。岩体透水性极不均一。
1.5物理地质现象
(1)风化。T1yn1与T1y2灰岩风化程度微弱，微风化带铅直深度5～20m；T1y3泥页岩风化强烈，分为强风化带水平厚5～10m，弱风化带水平厚5～30m，微风化带水平厚5～20m。
(2)卸荷裂隙。主要分布在两岸的T1yn1与T1y2灰岩陡壁上，其中右岸更为突出，卸荷裂隙延伸长度达20～240m，宽0.2～2.0m，垂直发育深度40～100m以上，卸荷带宽20～45m。主要沿N60°～80°W与N10.30°W两组构造裂隙发育。
(3)塌滑体。分布于坝址下游右岸T1y2灰岩上，其中1号塌滑体为98万m3，2号塌滑体为60万m3，系沿T1y2灰岩中软弱夹层产生滑塌、倾倒形成堆积，现处于临界稳定状态。
1.6岩体物理力学特征
根据室内、现场试验成果，得出枢纽区岩体的物理力学指标见表1。
2主要工程地质问题及对策
2.1岩质边坡稳定问题
2.1.1左坝肩开挖高边坡
枢纽区河流切深400m。坝肩上部为高100m以上的灰岩陡壁，下部为40°左右的斜坡，坝肩开挖后，在左岸形成高达300m的岩质高边坡，其中趾板地基以上的永久边坡高达120m，稳定问题较为突出。永久边坡地层岩性为T1yn1，地层产状为N60°～70°E，NW∠30°，断层发育有NEE向的F6与F3，裂隙主要发育两组，产状分别为：N10°～20°E，SE∠70°～80°；N40°～60°E，SE∠60°～80°。坝肩开挖边坡走向N70°W左右，倾向SW，总体坡角76。
定性分析认为：边坡方向与岩层走向夹角50°左右，岩层倾向坡内，边坡属层状横向或逆向结构，开挖后边坡整体稳定。半定量分析认为：利用CSMR边坡岩体分类体系对其分类，评为57分，边坡岩体质量中等，破坏模式为小规模的楔型体破坏，浅层倾倒，需进行小规模加固与排水。定量分析：利用水科院“岩质高边坡稳定分析和软件系统”，根据工程地质类比、HoekBrown准则和连通率得三套边坡岩体强度指标，应用边坡稳定分析上限解法，计算相应临界滑裂面和相应的安全系数分别为2.246、1.830、2.162，边坡整体稳定。通过以上分析计算，认为边坡整体稳定，但存在小型楔型体破坏，加之开挖边坡高，坡角陡，存在二次卸荷，沿构造裂隙产生拉裂缝的可能。
根据以上分析计算成果，采用了在边坡顶部布设间距5m、排距7.5m的4排1500kN预应力锚索、坡面设系统锚杆、挂网喷混凝土、排水孔、坡顶开挖边线外排水沟、坡顶开挖边线与排水沟间的坡面喷混凝土封闭等处理措施。针对高边坡开挖可能引起的稳定和岩石力学问题，布设了内、外观监测点或监测剖面，并对部分锚索进行应力监测。
2.1.2左岸地下洞室进口顺向坡
电站的洞式溢洪道、泄洪洞，3条引水发电洞，2条导流洞均布置在左岸，进口处均位于底纳河上游左岸河大遍斜坡地带，边坡宽320m，倾向N36°W，自然坡角30°左右，河床岸边一带为高10～80m、坡角70°～80°的灰岩陡壁，坡高350m，洞室底板高程980～1102m。地层岩性为T1yn1厚层、中厚层灰岩、白云质灰岩，层间夹有岩屑夹泥型软弱夹层，岩层单斜，地层产状N60°～70°E，NW∠26°～34°。岩层倾向与边坡倾向的交角为20°左右，构成斜谷顺向坡，并产生自然边坡与洞室开挖边坡切脚现象，存在洞室群进口整体边坡与洞室开挖边坡的稳定问题。
通过边坡结构面赤平投影分析，裂隙组合交线的倾向与自然边坡或洞室进口开挖边坡的倾向相反，不存在断层及裂隙组合切割而形成的大型不稳定块体。边坡稳定几何边界条件为：层间软弱夹层构成边坡的底滑面，NNE、NNW、NWW组裂隙及西侧NNW向陡壁面构成边坡的侧向切割面或侧向临空面，NEE组裂隙及西侧NWW向陡壁面构成边坡后缘切割面或后缘临空面，自然边坡面或洞室进口开挖边坡面构成边坡前缘临空面。
根据Hoek-Brown准则和连通率得两套边坡最可能滑动方向岩体的综合强度指标，充分考虑边坡的地质特征后确定边坡侧裂面的综合强度指标。根据现场及室内试验值统计、分析,并考虑边坡总体地质特征后确定边坡底滑面的强度指标。
Kc=［Qcosα.tgφ cA τCK(A1 A2)］/Qsinα
式中，Kc为边坡安全系数；Q为滑体重量，kN；A为滑动面面积，m2；A1为一侧阻滑面面积，m2；A2为另一侧阻滑面面积，m2；α为岩层真倾角；φ、c、τCK分别为滑面内摩擦角、滑面凝聚力及侧向阻滑面凝聚力。计算得出，在天然状态或施工期边坡稳定，运行期边坡安全系数不能满足要求。结论是：整体边坡采用预应力锚索加固的同时，采用挖前锚杆、系统锚杆、喷混凝土、调整洞室开挖断面、早进洞、排水等措施改善边坡稳定条件，对边坡进行综合整治。
2.2土质边坡稳定问题
坝址下游右岸发育有1、2号塌滑体，其对岸为1、2号导流洞，洞式溢洪道、泄洪洞等洞室的出口，塌滑体处于泄洪消能防冲区；塌滑体上有施工公路，1号塌滑体坡脚为下游围堰，且西侧为卡拉寨石料场。由于2号塌滑体本专号另有文论述，这里只将1号塌滑体加以说明。1号塌滑体分布于高程967～1290m，岸边宽220m，往岸坡方向逐渐变窄，面积0.066km2，边坡坡向N10°W左右，与河流交角45°左右，地形坡度30°～40°，厚6.5～45.2m，方量为9.8×105m3，成分为块石、碎石夹少量粘土，局部见钙质胶结，并有架空现象，底部为0.1～1.0m的碎石、粘土层。下伏基岩为T1y2中厚层、薄层夹极薄层灰岩，层间多夹泥质、炭质，地层产状N70°～80°E，NW∠30°～35°。塌滑体的滑动面为塌滑体与基岩分界面，滑面平均倾角31°，与岩层倾角近似，滑面上见
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