湖南新化县芭蕉圆水电站工程初步设计阶段工程地质勘察报告.doc

绪言 一、工程概况 芭蕉园水电站位于资江一级支流渠江新化县境内上游，坝址位于新化县天门乡大山村渠江与镇溪江汇合处下游200m，坝址中心径纬度座标为：东径1105449，北纬275139。坝址距渠江发源地干流全长38km，至新化县城80km。坝址至镇溪江不通公路，交通较为不便。水电站站址位于天门乡林场村的芭蕉园，距离新化县城约90km。本工程为引水式电站，设计正常蓄水位380.5m时，坝高32.0m，相应库容395.77万立方米，装机容量7.5MW。枢纽包括大坝、引水发电隧洞、电站厂房等。其中大坝坝型为小石子砼砌块石双曲拱坝，引水发电隧洞全长5.12km（彭子塘引水隧洞全长3.58km，蛇坪河引水隧洞全长1.54km），隧洞进口位于坝址上游镇溪江的右岸山坡，于林场村的芭蕉园山坡出洞，汇合蛇坪河引水隧洞水流后进入压力前池，通过压力管道进入发电厂房。 二、自然地理条件 芭蕉园水电站位于资江一级支流渠江新化县境内上游，渠江为资水一级支流，发源于新化县双林乡分水界茶亭，流经双林、奉家、天门等乡镇，沿途纳入玄溪、小桥江、横南溪、白水溪、蛇坪河等溪河，与镇溪江汇合后，向北流入溆浦县、安化县境内，在安化县渠江口注入资水。流域面积851km2，干流长度98.8km，流域平均坡降6.05。渠江支流麻溪流域面积2.67km2，渠江支流横南溪流域面积11.10km2，渠江支流白水溪流域面积4.61km2。渠江流域地处高山区，耕地分散，水田较少，森林茂密，雨量充沛，地表水、地下水丰富。 工程区属典型的中亚热带季风气候区，气候温和，降水丰沛、径流丰富。多年平均年降雨量为1613.7mm，多年平均蒸发量为1423.9mm。多年平均风速1.7m/s，最大风速20.0m/s。多年平均气温16.8，年极端最高气温40.1，最低气温-10.7。 芭蕉园水电站上游有拟建的平游桥水电站和已建有投产的奉家水电站。 三、地勘工作概况 2006年8月，娄底市水利水电勘测设计院编制完成了渠江奉家至县界河段规划报告，在规划报告编制期间，我院组织技术力量对水库区与坝址区进行了工程地质调绘与区域工程地质问题调查研究工作。 受新化县诚源水力发电有限公司委托，娄底市水利水电勘测设计院承担芭蕉园水电站初步设计阶段工程地质勘察工作。2006年8月底，娄底市水利水电勘测设计院主工室编制了湖南省新化县芭蕉园水电站初步设计阶段地勘工作大纲，并及时下达了新化县芭蕉园水电站初步设计阶段地勘任务书。2006年9月1日，我院组织地质、勘探技术力量及相应的勘探、试验设备进场，历时两个半月，于11月中旬完成野外作业。 本阶段的地勘工作是在设计所选定的范围内进行的。在本次地勘工作中充分利用了1997年我院在原坝区（本次设计选定的坝址与原坝址一致）的现场勘探、试验资料，并对原有平硐重新进行了地质素描，对原有的地质资料进一步进行了野外现场复核，并根据本次勘察的要求进行了补充野外地质调绘和现场勘察。 本阶段勘察任务主要为：查明水库区水文地质、工程地质条件，对水库渗漏、库岸稳定、浸没和固体径流等问题做出评价，预测蓄水后可能引起的环境地质问题；查明坝（站）址、输水线路和其他建筑物的工程地质条件并进行评价，为选定坝线、坝型和其它建筑物轴线位置及地基处理方案提供地质资料与建议；对天然建筑材料进行详查。 本阶段勘察过程中遵循的规范规程及相关要求：中小型水利水电工程地质勘察规范（SL55-2005）、水利水电工程天然建筑材料勘察规范（SL251-2000）、水利水电工程坑探规程（SL166-96）、水利水电工程钻探规程（SL291-2003）、水利水电工程钻孔压水试验规程（SL311-2003）、水利水电工程地质测绘规程（SL299-2004）及相关行业标准、业主要求。 本阶段完成的地勘工作详见表1。 表1 本阶段芭蕉园水电站完成地勘主要工作量统计表 序号 工作内容 单位 初步设计 阶段 1 1/10000水库区地质调查 Km220 2 1/500坝址区地质平面测绘 Km20.15 3 1/500坝址区地质剖面测绘 Km 0.3 4 1/500引水隧洞进出口地质平面测绘 Km20.15 5 1/2000引水发电隧洞地质剖面调查、测绘Km 4.0 6 1/500厂区地质平面测绘 Km20.06 7 1/500厂区地质剖面测绘 Km 0.3 8 1/500压力管线地质剖面测绘 Km 0.2 9 槽坑探 m358.8 10 收资前期钻孔 m/孔 741.78/16 11 收资钻孔压水试验资料 段 26 12 收资前期水质分析 件 3 13 前期平硐 m/个 158.8/6 14 天然建材调查与收集资料 组日 15 第一章 水库区工程地质条件及评价 第一节 水库区工程地质条件 一、地形地貌 水库区属侵蚀中低山地貌，山岭高程7001000m，地势北高南低，岸坡陡峻，坡度3050。当水库蓄水至正常高水位380.5m时，渠江回水至平游桥下游约100m，回水长度2.8km；长丰河回水至锡江溪，回水长度2.1km。整个水库呈峡谷型条带状，库区河流弯延曲折，总体走向由南向北。库区河谷大多呈“V”字型，两岸相对高程350m500m，无低矮垭口分布。水库蓄水至正常高水位时，水面宽度70m100m。库内冲沟发育，由于地面流水的朔源侵蚀而向源头方向延伸较远，冲沟内有泉水流出；库尾正溪江分布I级阶地，阶面高程425428m。 由于河流的冲刷、侵蚀，水库区河床大部分地段基岩裸露。 二、地层岩性 库区出露地层：奥陶系下统印渚阜组，宁国组及中、上统和志留系下统上、下段以及第四系松散堆积层。岩性主要为含砾绢云母砂质板岩、浅变质石英细砂岩与板状砂质页岩等，岩层产状320350/NE4058。地层由老至新分述如下： 1、奥陶系下统（O1） 奥陶系（O1）：主要岩性为砂岩、页岩、石英砂岩及硅质页岩，厚度20200m， 本系内及与上下地层均为整合接触； 整合 2、奥陶系中上统（O2+3） 分布于库区上游接近库尾段，主要为灰绿色浅变质砂岩，底部夹黑色薄层状碳质页岩。总厚度50200m。 整 合 3、志留系下统下段（S11） 库区在志留系仅发育下统（S1），为巨厚的类复理石沉积，普遍浅变质。主要岩性为含砾绢云母砂质板岩、浅变质石英砂岩、板状砂质页岩等；与下伏奥陶系整合接触，区域上与上覆泥盆系跳马涧组（D2t）或半山组呈角度不整合接触关系；该地层为坝址区的主要岩性，总厚度约200m。 整 合 4、志留系下统上段（S12） 该层主要为砂质板岩夹浅变质细砂岩，层内构造活动强烈，小褶皱较发育。水电站站址区、蛇坪河引水坝址区和引水隧洞穿越区主要地层为该层。 不整合 5、第四系全新统（Q4） 第四系全新统零星分布于沿河两岸，主要为残坡积、冲洪积和崩坡积。冲洪积主要分布于河漫滩、边滩及阶地上，岩性以砂卵石、砂土为主。崩坡积主要分布在沿河岸边，以块碎石土为主，局部为大块石堆积，厚度02m。残坡积主要分布在山麓缓坡地带，以含砾、碎石粘土为主，厚度24m，植被较发育。 三、地质构造 库区在大地构造上位于雪峰山褶皱带北部，祁阳山字型构造前弧北翼，NE向构造是本区域显著的构造形迹。水库区主要褶皱为葡萄岭倒转向斜，位于锡江溪至高阳一带，轴向NE7580，东端于青围溪扬起，西端于桐皮园南扬起，沿走向长约14km，正好横垮水库区。向斜核部由志留系下统组成，两翼为奥陶系中、上统，均向NNW倾斜，形成轴面向SSW倒转的褶皱，两端岩层陡立，倾角7080，一般倾角4050。在漏水洞至横江屏处，有桎木岭压性断层通过，该断层东起桎木岭、经上石灰冲、邓家、横江屏，西至上许家溪，走向NE80，为冲断层。断层长达数十公里，多伴生次级断层。沿断裂带有强烈的挤压破碎现象，挤压带宽达数十至数百米，破碎带以碎裂岩为主，少量断层泥，胶结差。由于河流的冲刷、侵蚀，水库区河床大部分地段基岩裸露。 新构造运动在库区境内不强烈，地壳自中新生代以来，已进入稳定阶段。上述断裂不具活动性。 本区域自第四系以来，地壳运动形式主要表现为震荡性的不均匀间歇性上升，造成山体侵蚀与剥蚀，形成山地。据区域地质调查资料，晚近期地壳抬升速度相对减弱，渐趋缓慢。 根据国家地震局颁布的中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度a22 ZK2 左岸 14 左岸 4.5 ZK13 左岸 9.8 右岸 5 ZK3 河床左侧 6.2 右岸 22 ZK12 河床右侧 5.0 右岸 15 ZK4 右岸 12.7 左岸 35 ZK5 右岸 17.7 编号 PD1 PD2 PD3 PD4 PD5 PD6 卸荷：坝址区属于构造剥蚀地貌，两岸山坡较陡峻，有部分悬崖峭壁，岩性较坚硬，两岸发育卸荷裂隙，张开宽一般0.10.6m，最宽达2m。多呈碎裂状，并充填次生粘土，水平深度510m。 崩塌：在坝址区由于卸荷裂隙发育，两岸发生多处崩塌，尤其是靠近河床部位常形成陡崖。崩塌物为碎石夹粘土，受水流冲刷，残留较少。 冲刷：坝区河流比降相对较陡，砂岩抗冲刷能力较强，板岩抗冲刷能力较弱，在板岩分布区形成了几个深坑，比较大且深的冲坑位于坝址下游约40m处。 第二节 坝址工程地质条件及评价 一、坝址工程地质条件 坝址位于渠江与镇溪江汇合处下游200m处，河底高程353.72m354.9m。蓄水至正常高水位380.5m 时，河面宽度70m。左岸山顶海拔高程605m，坡角50；右岸山顶海拔高程619m，坡角53。 坝址覆盖层为第四系全新统冲洪积和残坡积。冲洪积局部发育，仅在坝址河床段上游部分地段零星分布，主要由块石及少量砂、砾石组成，厚度0.52.0m，块石多呈扁平状，块径0.10.4m，最大达0.5m。残坡积分布在两岸斜坡地带390.0m高程以上，以坡积为主，岩性为块碎石土和粘土，厚度14m。 坝址出露基岩为志留系下统下段灰绿色、灰深灰色、少量紫灰色浅变质砂岩、含砾绢云母砂质板岩、浅变质石英细砂岩与板状砂质页岩等，坝基全为浅变质砂岩与砂质板岩。变余砂质、泥质结构，层状、板状构造。在坝址坝轴线上，两岸和河床段均出露浅变质砂岩。 坝址区地质构造上为单斜构造，岩层产状为N7080E/NW3250，倾向下游偏左岸。坝址区无区域大断层通过，坝址区岩体节理裂隙主要发育三组，其中两组为共轭剪节理，产状分别为： S30W/SW72、N3045E/SE6286、N3040W/NE8088；节理面较平直，延伸长度较长。 坝址轴线5个钻孔及上游和下游10个钻孔资料统计结果显示：强风化岩石层面裂隙平均间距0.5m，弱风化岩石层面裂隙平均间距5m，岩体完整程度等级属“完整”。 坝址主要不良地质作用为风化作用。坝基由于构造作用强烈，河床段强风化层底界埋深35m。左岸强风化层底界埋深1020m，右岸强风化层底界埋深515m。 根据坝轴线上5个钻孔内的压水试验资料统计，坝基透水率q=10 Lu线埋深在左岸为2040m，在河床段为1015m，在右岸为1530m；透水率q=5 Lu线埋深在两岸为3040m，在河床段为2028m。 二、坝址工程地质评价 1、坝基岩体质量评价 坝基岩体为浅变质砂岩与砂质板岩，通过薄片鉴定，属浅变质细粒长石砂岩，其中碎屑占90%，填隙物占50%。碎屑物中长石占70%，石英占25%，其它为岩屑、黑云母、白云母、绿泥石、电气石、绢云母等含量微；填隙物中以绿泥石为主，沸石和水云母含量微。细粒砂状结构、孔隙式交结。 根据岩石试验资料与工程经验，弱风化浅变质砂岩饱和抗压强度为50.6MPa，砂质板岩饱和抗压强度为40.0MPa。 坝基岩体层理明显，弱风化岩石层面发育，节理裂隙不发育，岩体完整性程度属“较完整”等级。坝址区15个钻孔统计，岩心采取率平均值为65.0%，RQD平均值49.00，其中弱未风化岩层岩心采取率平均值为71.6%，RQD平均值65.00。 依据水利水电工程地质勘察规范附录L的规定，坝基岩体属B1B2类，岩体总体较完整，局部完整性稍差，强度中高，抗滑、抗变形性能受结构面性质控制。 2、坝基、坝肩稳定评价 F2断层破碎带影响带较宽，破碎带未胶结，断层与拱坝推力方向近于垂直，易产生压缩变形，对拱坝左坝肩不利，但断层越往下（深部）距离坝基越远。按断层产状推算，到达河床坝基高程，坝体距断层已达到240m左右，在坝顶高程处坝体与破碎带两者相距140m左右。因此，断层对坝肩稳定的影响已很小。 F3断层破碎带宽45m，破碎带胶结差。断层走向与拱坝推力方向近于垂直，易产生压缩变形和抗滑稳定问题，对拱坝坝基和左坝肩稳定不利，设计应进行稳定复核。建议对左岸坝基加强固结灌浆并根据设计要求采用专门性工程措施进行处理。 位于右坝肩的F10距离坝体较远，对坝肩稳定性的影响非常小。但发育的F12与F13距离坝体较近，断层破碎带宽分别为0.4、2m，影响宽度13m。断层物质为碎裂岩夹泥，未胶结。两断层相距较近，且拱坝推力方向与断层走向一定角度相交，右坝肩岩体受断层、节理裂隙及其他结构面组合切割后较破碎，对坝肩坝基抗滑稳定不利，需要进行专门处理。 卸荷裂隙，一般顺河发育，裂隙带最宽达2m，易产生崩塌及变形破坏，建议全部清除。 坝基岩层产状 N7080E/NW3250，倾向下游偏左岸。坝基岩体属B 2类，坚硬较完整，岩体厚度较大 3、坝基坝肩渗漏评价 根据原钻孔压水试验资料，岩石透水率q5Lu的相对不透水层埋深左岸一般为20m，局部（F3）达到30m以上，河床1520m，右岸一般为25m，局部（F12，F13）达到30m以上。建议防渗帷幕深入相对不透水层35m。F3、F12和F13断层为主要渗漏通道，防渗帷幕在该部位需加深加强。两岸地下水位低于设计蓄水位，防渗帷幕接头需向山里延伸1020m。 4、坝基开挖深度 大坝基础开挖深度基本以强风化下限为标准，弱风化岩体局部较破碎，需固结灌浆处理，建议两岸开挖坡比1：0.5。 基础开挖深度（m）表 左岸 右岸 备注 铅直 水平 铅直 水平 由于坝址处局部地形较缓，导致水平开挖深度较大。 611 1112 35 河床 铅直 512.5814 5、抗冲刷稳定问题评价 冲刷坑位于大坝下游3040m处，此处岩性为砂质板岩为主，浅变质砂岩次之，河床覆盖层厚度13m。大坝下游约70m处，有一较大背斜褶皱横过河床，岩层倾向上游，因此对冲刷坑基础稳定有利。 大坝下游4050m处，刚好有一层厚度约810m的砂质板岩通过冲刷坑，岩石的力学性质不及浅变质砂岩，加之受构造影响，岩石比较破碎，因此抗冲刷的能力相对较弱。建议在大坝下游约60m处修建二道坝，以水垫层消能，减少水流对河床的冲刷。 第三章 其他建筑物工程地质条件 第一节 引水隧洞工程地质条件 本阶段工程地质勘察中对引水隧洞全线进行了工程地质测绘，引水隧洞全长5.12km，其中彭子塘隧洞全长3.58km，蛇坪河引水隧洞全长1.54km。彭子塘引水隧洞进口位于长丰河上游距离交汇口约300m右岸山坡上，出口位于天门乡林场村的芭蕉园山坡上，汇合蛇坪河引水隧洞的水流通过压力前池和压力管道进入发电厂房。隧洞各个进、出口均位于山坡上，没有公路可以通到，均需修建进场公路，现有交通条件差。 一、地形地貌 芭蕉园水电站引水遂洞穿越地区为中低山区，海拔高程400750m，相对高差300350m，最低点在厂址渠江河床，标高324.8m，最高点在隧洞附近的肖家山，标高750m，山坡坡度一般在4060，进口处坡度较陡，几乎成陡壁，基岩裸露。标高500m以上山坡相对平缓一些，第四系残坡积层较厚。 1、冲沟：在隧洞沿线均发育多个冲沟，沟长约501300m。在冲沟沟口处堆积冲洪积物，部分基岩裸露，沟口段宽550m，部分沟内长年有水流过，部分随季节性变化。主要冲沟见冲沟统计表3.1.1。 表3.1.1 主要冲沟统计表 冲沟编号 冲沟长度（KM）沟底距离洞顶（m） 一号冲沟 0.3 30 二号冲沟 0.8 150 三号冲沟 0.4 0 四号冲沟 0.3 0 三潼湾 水平位置桩号 0+735 1+350 2+400 2+780 2+596 0.6 0 注：上表中数据均为在地形图上量测。 2、斜坡堆积地貌：沿线山顶高程400800m，斜坡地貌形态严格受岩性控制，浅变质砂岩、砂质板岩与硅质板岩出露地带大多形成陡崖及陡坎，板岩及页岩出露地带则形成缓坡台地。在缓坡台地上分布有崩坡积、残坡积物，岩性为块碎石土、含砾粘土、粘土等，厚度08m。 二、地层岩性 隧洞穿越地层在地表出露为下古生界志留系下统下段（S11）与志留系下统上段（S12），沿隧洞线地表覆盖第四系全新统松散堆积层，分层描述如下： 第四系残、坡积层：主要为粘土夹碎石及角砾，硬塑，碎石与角砾含量约10%30%，主要为砂岩质碎石、角砾，粒径260mm，广泛分布于地表山间槽谷坡缘及沟槽中，厚度13m，局部地段达到5m左右，属于级普通土。 志留系下统上段（S12）：主要岩性为灰色深灰色硅质岩、浅变质砂岩、砂质板岩。主要分布于隧洞出口段与蛇坪河引水隧洞全线，属于级坚硬岩。 志留系下统下段（S11）：主要岩性为灰色青灰色浅变质细砂岩、砂质板岩。主要分布于隧洞进口段与坝址区，属于级坚硬岩。 三、隧洞分段工程地质条件评价及围岩分级 隧洞进口段（0+0000+050m） 段长50m，洞向N4751E，与岩层走向夹角为3032。隧洞进口位于位于镇溪江上距离交汇口约200m，隧洞进口处河床高程357.5m。该段地层岩性为志留系下统下段（S11）灰绿色浅变质砂岩及砂质板岩和条带状板岩夹砂岩组成，岩层总体产状为N6070E/NW4550。进口段岩石由于节理裂隙与风化作用的影响，局部地段岩层产状紊乱，强风化层较厚，岩石破碎。 该段岩体中除了层面裂隙以外，发育两组主要节理：N30W/NE80，迹长一般56m， 间距0.40.5m， N67W/NE65，迹长一般34m，间距0.30.6。段内岩体强弱风化，受风化裂隙和构造节理的破坏，岩体完整性差，呈块裂结构或局部碎裂结构，围岩工程地质类型为类，属于不稳定围岩。山岩压力计算采用块体或散体理论，处理建议：采用混凝土衬砌，开挖后需要支护；为了避免进口高边坡的的变形，建议采用超前进洞的施工方法。 建议各围岩参数值：铅直山岩压力系数sy为0.20.3；水平山岩压力系数sx为00.05。围岩单位弹性抗力系数K0=1020MPa/cm，岩石坚固系数fk=23，边坡m临=1：0.251：0.5，m永=1：0.51：0.75。 隧洞洞身段（0+0500+600 m） 段长550m，洞向N4751E，与岩层走向夹角为3032，垂直埋深40140m。该段地层岩性为志留系下统下段（S11）灰绿色浅变质砂岩及砂质板岩和条带状板岩夹砂岩组成，岩层总体产状为N6070E/NW4550。隧洞围岩岩性坚硬，岩体较完整，工程地质条件较好。 地表上覆第四系残破积松散堆积层，主要由含砂岩与板岩风化物的角砾、碎石的粘土组成，硬塑，潮湿，常被开垦为耕地。隧洞洞身均在微风化新鲜岩层中通过，节理裂隙稍发育，有少量软弱结构面，岩体呈层状或块状砌体结构；隧洞洞身位于地下水位以下，沿节理裂隙或软弱结构面有渗水，开挖中节理裂隙或软弱结构面密集区可能出现掉块、落石等问题。围岩工程地质类型为类，山岩压力计算采用极限平衡理论。 建议各围岩参数值：铅直山岩压力系数sy为0.10.2。围岩单位弹性抗力系数K0=3040MPa/cm，岩石坚固系数fk=56。 隧洞洞身段（0+6000+750 m） 段长150m，洞向N4751E，与岩层走向夹角为3032，垂直埋深3060m。该段地层岩性为志留系下统下段（S11）灰绿色浅变质砂岩及砂质板岩和条带状板岩夹砂岩组成，岩层总体产状为N6070E/NW4550。变质砂岩及砂质板岩岩性坚硬、完整，工程地质条件较好。其中穿过的主要冲沟为一号冲沟（距离隧洞顶板约30m ），冲沟内基岩出露，岩性为砂质板岩、浅变质砂岩夹板岩，岩石中硬硬、完整，工程地质条件较好。其中在该冲沟内发育一小型正断层。 受小型断层的影响，该段岩体小褶曲、层面裂隙和节理裂隙均发育。段内岩体结构面以节理裂隙为主，岩体中除了层面裂隙以外，发育两组主要节理：N35W/NE736，迹长一般36m， 间距0.30.5m， N51E/SE68，迹长一般24m，间距0.30.5。在强烈的拉张作用下，岩体完整性中等，呈次块状结构，对围岩稳定不利。隧洞位于地下水位以下，沿节理裂隙或软弱结构面有渗水；顶拱岩体受主要节理切割呈“人”形块体，无支撑时产生小规模坍塌，围岩工程地质类型为III类，山岩压力计算采用块体平衡理论，施工时应加强支护，及时清理松动岩块。 建议各围岩参数值：铅直山岩压力系数sy为0.20.32；水平山岩压力系数sx为00.05。围岩单位弹性抗力系数K0=2030MPa/cm，岩石坚固系数fk=34。 隧洞洞身段（0+7502+400） 段长1650m，洞向N4751E，与岩层走向夹角为3032，垂直埋深40220m。该段地层岩性为志留系下统下段（S11）灰绿色浅变质砂岩及砂质板岩和条带状板岩夹砂岩组成，岩层总体产状为N6070E/NW4550。隧洞围岩岩性坚硬，岩体较完整，工程地质条件较好。 地表上覆第四系残破积松散堆积层，主要由含砂岩与板岩风化物的角砾、碎石的粘土组成，硬塑，潮湿，常被开垦为耕地。隧洞洞身均在微风化新鲜岩层中通过，节理裂隙稍发育，有少量软弱结构面，岩体呈层状或块状砌体结构；隧洞洞身位于地下水位以下，沿节理裂隙或软弱结构面有渗水，开挖中节理裂隙或软弱结构面密集区可能出现掉块、落