腾龙桥二级水电站导流隧洞工程地质比选

唐运刚

((云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021)

腾龙桥二级水电站导流隧洞工程地质比选

唐运刚

((云南省水利水电勘测设计研究院,云南 昆明 650021)

通过腾龙桥二级水电站枢纽区工程地质勘察,区内工程地质条件极为复杂。龙江大断裂紧靠右岸通过,受其影响,岩体风化强烈,较破碎;左岸为顺向坡,大坝下游发育规模较大滑坡体,山坡不稳定。左、右岸导流隧洞选择极为困难,直接关系工程的安全和决策。通过大量的工程地质勘探、分析,比较了两岸导流隧洞的有利因素、缺点及风险和需要采取的工程处理措施,综合考虑工程地质条件推荐了右岸导流隧洞。

腾龙桥二级水电站;龙江大断裂;滑坡;导流隧洞

1 研究区概况

1.1 工程概况

腾龙桥二级水电站位于云南省保山市龙陵、腾冲两县交界处,处于高黎贡山西麓,伊洛瓦底江一级支流龙江上。地理位置:北纬24°40′00″～24°54′00″、东经98°37′30″～98°41′30″。

腾龙桥二级水电站采用拦河坝抬高水头,坝后布置电站厂房的布置方案。电站装机规模81 MW,最大坝高57.5 m,电站枢纽主要由取水枢纽、厂区发电枢纽等建筑物组成,坝型采用混凝土重力坝。电站厂房及导流隧洞布置于右岸。

1.2 基本地质条件

工程区坝址河段河流流向NNE向,呈直线延伸,河谷主要呈不对称的“U”型谷,谷底无阶地,也无高漫滩;谷底与河床宽一致,河床宽度一般50～100 m,河流纵比降约10‰～15‰。第四系洪冲积层(Qpal)厚度0.5～15.0 m,为杂色砂卵砾石夹漂石,局部上部为灰色、灰白色细—粗砂及粉砂,分布在工程区龙江河谷及两岸冲沟内;崩塌堆积物(Qcol)厚度1.0～15.0 m,为杂色孤石、块石、碎石夹砾质土、砂土、壤土等,分布在陡岩、陡壁下方;地滑堆积物(Qdel)厚度5.0～70.0 m,为杂色碎石土、砾质土、砂土、壤土、粘土夹孤石、块石等,主要分布在工程区左岸滑坡体上;残坡积层(Qedl)厚度0.5～5.0 m,为黄褐色、红褐色碎石土、砾质土、壤土、粘土,局部夹块石、孤石,分布在工程区两岸山顶、山坡位置。上第三系上新统芒棒组下段(N2m1)为灰色、灰白色砾岩、砂砾岩、砂岩夹粘土岩、褐煤、凝灰岩等,分布在工程区右岸。下元古界高黎贡山群上段(Pz1gl2)为灰白色、灰色、灰黑色石英片岩、石英岩、微晶片岩夹变粒岩,含石墨片岩、硅质岩、大理岩及变质砂岩、板岩等,分布在工程区左、右两岸。

工程区为单斜构造,主构造线方向为SN或N-NE向。岩层走向N0°～35°E,倾向NW-W,倾角30°～50°,其中左岸及河床岩层倾角较陡,倾角40°～50°;右岸岩层倾角相对较缓,倾角30°～40°。

工程区断裂主要有走向SN或N-NE的F18断裂(龙江深大断裂)与走向NW的F46断裂(团田断裂)。其中,F18断裂从右岸通过,F46断裂斜跨工程区下游河床,这两条断裂为工程区的控制性断裂(图1)。

工程区滑坡主要分布在左岸顺向坡地段,为基岩滑坡,对工程区有影响的主要是左岸的HP1、HP6规模较大的滑坡及右岸的HP4滑坡。工程区崩塌现象主要分布在左岸坝址上游冲沟及右岸坝址下游,堆积物为碎石、块石、孤石及土,厚度不大[1-2]。

2 工程地质问题

图1 枢纽区工程地质平面图Fig.1 Engineering geological plane of the junction area

2.1 左岸HP1滑坡特征

左岸存在HP1滑坡,位于坝址左岸下游。HP1滑坡整体为一基岩顺层滑动形成的不稳定体,根据平硐PD1、PD13、PD14、PD15与钻孔ZK1及探槽揭露情况看,滑坡体分布范围较大,宽度180～300 m,长度190 m,厚度20～40 m,属于厚层的中型滑坡。根据HP1在不同部位的物质组成、应力作用、堆积体变形特征,可将整个不稳定体分为三部分:下部倾倒蠕动变形体(HP1-1)和顺层蠕动变形体(HP1-2),上部卸荷崩塌堆积体(HP1-3)。

2.1.1 HP1-1:倾倒蠕动变形体

分布在HP1上游部分,根据PD1、PD14与钻孔ZK1及探槽揭露情况,在其上游边缘部位浅层存在松动堆积层,堆积物为块石、碎石混砂土,结构松散,厚度约5～6 m。倾倒蠕动变形体长180 m,宽110～150 m,平均深40 m,滑坡体方量估计可达93.6×104m3。倾倒蠕动变形体主要由陡倾及倾倒变形的石英片岩组成,裂隙夹泥和土(约10%),变形体内岩石以强—弱风化为主,局部夹全风化(约12%)。片理呈陡倾角,角度70°～85°。岩石卸荷现象明显,拉裂缝普遍分布,拉裂缝宽2～12 cm。靠近变形体与基岩接触带岩石挤压褶皱强烈,岩石破碎,有滴水及线状流水现象。在变形体与基岩接触部位,为一层厚度约3.2 m粉质粘土混岩屑软弱层,其产状:走向N20°E,倾向NW,倾角59°。接触带约3 m地段,都有滴水及线状流水,呈雨淋状,流量约2～3 L/s。在接触带经取样实验,γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c残余=9.8～29.4 kPa,φ残余=14.3°～14.7°。该变形体是由于岩石上部倾倒,下部存在局部临空面,在应力作用下引起岩体整体顺层蠕动变形、拉裂,直至目前已无临空面。变形程度基本未造成位移或位移很小,仅沿粘土混岩屑带的蠕动变形。目前处于极限相对稳定状态。

2.1.2 HP1-2:顺层蠕动变形体

分布在HP1靠下游部分,根据PD4、PD13、PD15勘探及地表情况,在其下游边缘部位存在松动、架空堆积层,堆积物为块石、碎石混砂土,厚度约8～10 m。顺层蠕动变形体长140 m,宽90～120 m,平均深20 m,滑坡体方量估计可达30.8×104m3。顺层蠕动变形体由变形石英片岩组成,局部裂隙夹泥(约5%),岩石以弱风化为主。岩石片理呈陡倾角,角度50°～70°,岩石卸荷现象明显,拉裂缝较多,多为顺片理拉裂,拉裂缝宽2～10 cm。靠近变形体与基岩接触带长约3 m地段岩石挤压褶皱强烈,岩体揉皱破碎。未见地下水。在变形体与基岩接触部位,为一层厚度约0.4 m粉质粘土,产状:走向N20°E,倾向NW,倾角43°。经取样实验,γ=21.2～21.4 kN/m3,c=14.4～29.4 kPa,φ=23.4°～25.1°;c残余=9.8～29.4 kPa,φ残余=14.3°～14.7°。该变形体是由于山坡下部存在局部临空,岩石在应力作用下,整体顺层蠕动变形、拉裂,滑动带底部岩体有轻微变形,未完全产生剪切破坏,变形程度基本未造成位移或位移很小,仅沿粘土带的顺层蠕动变形。目前处于相对稳定状态。

2.1.3 HP1-3:卸荷崩塌堆积体

分布于上部,根据PD15勘探及地表勘查,堆积体地表为孤块石,架空堆积,分布宽约110 m,长30～50 m。平硐0～8 m为粘土与孤块石胶结,8～18 m受崩塌应力作用岩层变陡角60°～74°,卸荷裂隙发育,有明显架空、坍塌现象,有顺层滑动迹象,无明显滑动面。目前,崩塌体后缘呈陡壁,高约5～6 m。崩塌体地形平滑,坡度约20°,处于稳定状态。

2.2 右岸龙江断裂影响带特征

F18断裂沿右岸坡分布,根据钻孔、平硐揭露,按物质组成、岩体结构分析,靠近岸坡为F18断裂的影响带。断裂影响带由碎块岩、透镜体彼此镶嵌而成或者是节理密集发育成节理密集带,裂隙间多充填碎裂物、泥质物。断裂影响带内岩石极破碎,见断层泥、角砾岩、压碎岩等,岩石存在一定的胶结,产状变得更缓,约20°～30°,岩层也见破碎的薄层状。砂泥质物质分布不均匀,有的地段占30%左右,胶结石英压碎岩或石英角砾岩,石英角砾岩沿片理分布,一般块径约20 cm×40 cm;有的地段主要分布薄层(1～2 cm)石英岩,较破碎,可见倾向山内的片理,依稀可见原岩结构。在正常岩石与断裂影响带接触部位分布一层宽0.5～2 m的黑色断层泥。地下水位较高[3]。

3 导流隧洞分析

3.1 左岸导流隧洞

通过以上分析,左岸存在HP1滑坡,分布范围大,滑面较深。隧洞轴线向山内偏移可避开了HP1滑坡的影响,左岸导流隧洞长约719 m,比右岸导流隧洞长约193 m,大部分为Ⅲ类围岩(图2)。其中,Ⅲ类为75.5%,Ⅳ类为10.2%,Ⅴ类为14.3%。

3.1.1 优点

由于隧洞向山内偏移,布置于滑动带下部,隧洞中段可避开HP1滑坡的影响,围岩主要为弱风化石英片岩,围岩类别以Ⅲ-Ⅳ类围岩为主。

3.1.2 缺点

比右岸导流隧洞长约193 m,隧洞出口段接近滑坡地带长度约103 m。不利因素主要有3点:①根据对HP1滑坡的分析,其滑动安全系数为1.1左右,目前处于极限稳定状态。②由于HP1-2目前仍在发生蠕动变形,将影响隧洞在施工期和运行期的稳定性;③出口段位于HP1的抗力段,施工期不利因素及不可预见性因素较多,影响HP1滑坡的稳定。

3.1.3 措施

针对目前HP1滑坡状况,隧洞选择从该处出来,出口段必然会穿越滑坡底部,隧洞施工前必须对滑坡进行工程处理。处理措施可采取锚索、抗滑桩及重力式挡墙等,并做好排水,再进行开挖,控制好爆破。

3.1.4 风险

出口洞脸不稳定,对滑坡处理后能否保证山坡不会滑动,不是完全肯定。隧洞在滑坡内通过地段卸荷裂隙很发育,不能肯定施工完全顺利进行。

3.2 右岸导流隧洞

右岸龙江断裂影响带分布范围宽,隧洞选择无法避免。右岸导流隧洞长约526 m(图3),右岸导流隧洞比左岸导流隧洞短约193 m。其中,Ⅲ类为21.9%,Ⅳ类为20.1%,Ⅴ类为58%。

3.2.1 优点

比左岸导流隧洞短约193 m,隧洞进、出口条件好,为Ⅲ-Ⅳ类围岩。

3.2.2 缺点

中间段0+079～0+384长约305 m为Ⅴ类围岩,达58%,埋深35～62 m。为龙江断裂影响带,岩体完整性差,主要为碎裂结构。地下水活动中等,沿裂隙面或软弱结构面存在滴水或线流。施工隧洞大约8 m×9 m,洞径较大。围岩自稳能力较差,边墙、拱顶极易坍塌变形,可能出现边挖边塌现象,变形破坏严重。但不会向河床方向发生位移。

3.2.3 措施

中间Ⅴ类围岩地段成洞条件差,而施工断面达8 m×9 m,施工存在一定难度,必须采取相应的施工措施(如超前锚杆、管棚、排水、灌浆),及时进行钢支撑挂网喷锚等。

3.2.4 风险

中间Ⅴ类围岩地段存在坍塌、冒顶的风险,但提前采取有效的工程施工措施可以控制一定的风险。

4 结论

左—右方案导流隧洞地质条件都很复杂,存在一定风险。

左岸方案的主要工程地质问题是施工使HP1滑坡不稳定,处理难度较大,存在施工和运行安全风险;右岸方案的主要工程地质问题是Ⅴ类围岩较多,可通过施工和设计措施保证隧洞施工和运行安全。如采用左岸方案,施工前,需对HP1滑坡进行工程处理,稳定性得到保证后,方能进行施工。但是滑坡处理难度较大、处理工程量也较大,在技术上、施工上都很复杂,需要专题研究。

图2 左岸导流隧洞工程地质剖面图Fig.2 Engineering geological section of the left diversion tunnel

图3 右岸导流隧洞工程地质剖面图Fig.3 Engineering geological section of the right diversion tunnel

右岸方案虽然有近58%的Ⅴ类围岩,但是施工方法和措施得当的话,该方案技术上是可行的。

根据比选,最终采用了右岸导流隧洞方案。目前,右岸导流隧洞已经顺利贯通并正常运行,隧洞施工过程中基本上在原来勘探位置进入Ⅴ类围岩,施工中给予高度重视,使用了超前锚杆、钢支撑、喷锚、及时排水等措施。对于左岸滑坡设计,建议施工中不能对其进行扰动的情况下采取必要的处理,但施工中为了工程施工便利,在中部和下部修建二个平台公路,影响了滑坡的稳定性,后来对滑坡采取了锚索处理,效果良好。该电站已经于2010年6月正式发电。

通过对该工程左、右岸导流隧洞的工程地质勘察,认真分析研究不同地质条件可能发生的工程地质问题,两个方案不同的优缺点、工程措施以及风险,最终为设计正确选择最优方案提供了可靠的工程地质依据。

[1] 中华人民共和国水利部.水利水电工程地质勘察规范:GB 50487—2008[S].北京:中国计划出版社,2008.

[2] 中华人民共和国水利部.中小型水利水电工程地质勘察规范:SL 55—2005[S].北京:中国水利水电出版社,2005.

[3] 陈南祥.工程地质及水文地质[M].北京:中国水利水电出版社,2007.

(责任编辑：陈文宝)

Engineering Geological Comparison of TenglongqiaoII Hydropower Station Diversion Tunnel

TANG Yungang

(YunnanInstituteofWater&HydropowerEngineeringInvestigation，DesignandResearch，Kunming，Yunnan650021)

According to the investigation of Tenglongqiao II hydropower station，it shows that the engineering geological conditions in this junction area is very complex.Longjiang fault closing to the right bank，the rock mass has been strong weathered，and rock has been broken under the influence of the station.Besides，on the left along the slope and the dam downstream developed a large scale of landslide，the slope is instable.Choosing the left or right bank diversion tunnel is very difficult，which directly related to the safety of engineering and decision making. Through a lot of engineering geological prospecting and analysis，comparing the diversion tunnel of the favorable factors，disadvantages and risks on both sides，the engineering measures need to be taken. Considering all of these engineering geological conditions，the right bank diversion tunnel has been recommended.

Tenglongqiao II hydropower station； Longjiang fault； landslide； diversion tunnel

2016-01-14;改回日期:2016-02-17

唐运刚(1965-),男,高级工程师,矿产普查与勘探专业,从事水利水电工程地质工作。E-mail:360037869@qq.com

TV554

A

1671-1211(2016)05-0748-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.018

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0822.012.html 数字出版日期:2016-08-11 08:22