宜昌肖家河水電站工程地質(zhì)問題分析

1肖家河及其電站肖家河水電站位于鹽陵區(qū)樟村坪市朱家河和西岔河。是柏樹河流域東支上游的第一個發(fā)水站。距樟村坪市35公里，距江西省中心城區(qū)131公里。電站取水壩位于董家河與干流匯合處向下約730m。取水壩高程約752m,長度約33m,為底欄柵壩。肖家河筑壩取水,經(jīng)3.7km隧洞引水至西岔河出口處的發(fā)電廠房發(fā)電。電站廠房位于西岔河出口上游附近的肖家河右岸,為地面式單層框架結(jié)構(gòu),長29.51m,寬10.56m,高約19m。電站設(shè)計水頭110m,發(fā)電流量2.19m3/s,裝機容量2000kW。該取水壩體較矮,后側(cè)不會形成水庫,不會產(chǎn)生對兩側(cè)的滲漏問題。工程區(qū)兩側(cè)山體完整,裂隙弱發(fā)育,未見較大的危巖體,因此也不存在墜石、掉塊的地質(zhì)危害問題。工程所在的宜昌市夷陵區(qū)屬于弱震活動區(qū),震級小,大部份小于3級,不存在地震危害性問題。工程主要地質(zhì)問題為引水隧洞工程區(qū)圍巖穩(wěn)定性和壓力管道———廠房區(qū)高邊坡穩(wěn)定性,對以上兩個主要的工程地質(zhì)問題作出工程地質(zhì)評價及相關(guān)建議,這對工程整體體系的安全是至關(guān)重要的。2大斷陵區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景工程區(qū)地形屬淺~中切割的中~低山區(qū),山體雄偉,山峰層疊,懸崖陡壁密布,森林茂密,植被發(fā)育,通行、通視難,區(qū)內(nèi)主體山脈大致沿北西~南東向展布,地形總體上呈南西高,北東低。最高點海拔高程556m,最大相對高差642m,一般相對高差300~400m,地貌形態(tài)受巖性控制明顯。工程區(qū)所在河谷型態(tài)多呈“U”型谷,河谷兩岸坡高且陡,肖家河兩岸山頂高程一般在800~1000m左右,岸坡陡峭,多成懸崖。工程區(qū)地處于揚子準地臺上揚子臺坪鄂中褶斷區(qū)“黃陵斷穹”北緣。“黃陵斷穹”軸向北東16度,南北長70余公里,東西寬40余公里,為東翼平緩西翼較陡的二端元短軸斷穹構(gòu)造。區(qū)域斷裂構(gòu)造較發(fā)育,主要為北西向及近南北向斷裂,前者以霧渡河斷裂為代表,斜切“黃陵斷穹”核部;后者以遠安西斷裂、新華斷裂、仙女山斷裂為代表,縱貫“黃陵斷穹”東西兩翼。工程區(qū)地層自新至老有第四系、寒武系下統(tǒng)石牌組、牛蹄塘組、震旦系上統(tǒng)燈影組、震旦系下統(tǒng)陡山沱組。第四系為崩坡積堆積物以及河床處的沖洪積物。基巖巖性以白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r為主,呈深灰~灰黑色薄層狀,強—中風(fēng)化,節(jié)理裂隙較發(fā)育,方向、長度不一。壩址工程區(qū)內(nèi)無明顯褶皺,地層總體呈北東向緩傾的單斜構(gòu)造,傾向35°~70°,一般45°左右,傾角5~10°,一般7°左右。3該流域圍巖的穩(wěn)定分析3.1高坡頂高坡頂隧道引水隧洞上游與取水壩相連,經(jīng)走馬嶺礦區(qū)至下游接壓力管線頂部,長約2900m,隧洞進口底部高程約750m,出口底部高程約745m。最高坡頂高程約1050m,隧洞大部分段屬深埋隧洞,除進出口及溝谷地段埋深約50m外,埋深一般為200~300m。隧洞圍巖為震旦系上統(tǒng)燈影組的中厚層、厚層、夾薄層白云巖,巖性堅硬,構(gòu)造不發(fā)育,為單斜緩傾~近水平巖層,產(chǎn)狀75°∠5°,以塊狀巖體為主,局部發(fā)育溶隙及小規(guī)模溶洞,巖溶水一般不發(fā)育。根據(jù)巖層產(chǎn)狀與洞軸線的位置關(guān)系判定,引水隧洞基本與巖層走向正交或斜切巖層走向延伸,洞口出露部分無順向坡。3.2局部低負荷構(gòu)造巖結(jié)構(gòu)按照圍巖工程地質(zhì)分類標準要求,工程引水隧洞圍巖主要以II類為主,穩(wěn)定性較好,成洞條件較好;局部硐段裂隙發(fā)育巖體破碎段及進出口段為III類,穩(wěn)定性較差。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗,對于圍巖類別II類的可不支護或局部錨桿或噴薄層混凝土;III類圍巖需要進行支護,進出口段應(yīng)噴混凝土,系統(tǒng)錨桿加鋼筋網(wǎng)。3.3組合水洞施工(1)隧洞穿越石板灘段薄層狀白云巖,據(jù)鉆孔揭露,該層局部有小溶洞、溶孔及溶隙發(fā)育,多呈蜂窩狀、骨架狀排列,無充填。沿溝谷邊緣可見有分散流,含巖溶裂隙水,屬弱透水、弱富水層,施工時有可能發(fā)生洞內(nèi)漏水、突水等水患。因此,施工時需要做好探水、防涌水、排水準備,確保施工人員和設(shè)備安全。(2)引水隧洞進出口地段,巖石一般風(fēng)化強烈,且裂隙較為發(fā)育,同時洞頂山體厚度較薄,成洞條件較差,易產(chǎn)生洞頂坍塌。為了確保洞口穩(wěn)定,宜采用早進洞晚出洞的施工方法,避免洞口仰坡、側(cè)坡出現(xiàn)過高現(xiàn)象。此外,在施工中應(yīng)加強支護,及時襯砌。4m段斜節(jié)拍978m高邊坡已加固565崩坡該工程壓力管道前側(cè)接引水隧洞,后側(cè)直通廠房。壓力管道布置在高邊坡上,分兩段布置:高程745m~718m段由于斜坡陡峻,約70~75°基巖斜坡,設(shè)計為斜硐段;高程718m~678m(廠房)段為約40~45°崩坡積覆蓋層斜坡,管道布置于斜坡地面。該高邊坡坡腳的小路外側(cè)河灘即為廠房所在地。該高邊坡上部巖層完整,圍巖穩(wěn)定性好;現(xiàn)重點對下部的崩坡積堆積體進行穩(wěn)定性分析。4.1土壤侵性系統(tǒng)廠房所在工程區(qū)后側(cè)崩坡積堆積體厚約15~20m,其物質(zhì)成分為含碎石粉質(zhì)粘土,其表面覆蓋有草和樹木,坡度40-45°,如圖1所示。當(dāng)前堆積體坡體較為穩(wěn)定,但在雨水作用條件下局部有土溜的現(xiàn)象,不能排除其局部甚至整體垮塌的可能。預(yù)測其破壞模式為在降雨條件下堆積土體發(fā)生崩塌、圓弧型滑移破壞。4.2瑞典條分法的計算程序根據(jù)以上預(yù)測破壞模式,該堆積體坡體穩(wěn)定性采用GEO-SLOPE中的瑞典條分法計算程序進行計算。計算基本原理為極限平衡法,通常根據(jù)作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比(即為穩(wěn)定性系數(shù)K)來評價邊坡的穩(wěn)定性。4.3計算參數(shù)根據(jù)周邊同類型工程項目巖土參數(shù)并參考該地區(qū)同類土層的試驗值、經(jīng)驗值確定各土體的計算參數(shù),計算過程中參數(shù)選用情況見表1。4.4穩(wěn)定計算計算工況分為天然工況、暴雨或久雨工況,計算成果見表2。4.5整體安全儲備不高該邊坡設(shè)計安全系數(shù)根據(jù)其安全等級、計算方法確定為1.20。擬建廠房右岸的崩坡積堆積體在天然工況條件下整體處于穩(wěn)定,但安全儲備不高;在暴雨或久雨工況條件下整體處于不穩(wěn)定狀態(tài),坡體可能會發(fā)生溜土現(xiàn)象,甚至整體垮塌,解體滑移破壞,其計算結(jié)果符合之前的分析預(yù)測,因此,為了保證坡底的待建廠房及人員的安全,建議對相關(guān)崩坡積物進行挖除清理或支擋處理。5工程地質(zhì)評價及建議肖家河水電站總體工程地質(zhì)情況較好,適合攔水壩、廠房的修筑。主要的工程地質(zhì)問題為引水隧洞圍巖的穩(wěn)定性及壓力管道———廠房區(qū)高邊坡的穩(wěn)定性,對其工程地質(zhì)評價及建議如下:(1)引水隧洞通過的河谷兩側(cè)圍巖有小溶洞、溶孔及溶隙發(fā)育,施工時有可能發(fā)生洞內(nèi)漏水、突