石灰岩地区小型水电站建设经验

陈逢骅 钟卫杰

1、金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 金华 321017 2、长沙市智才水利工程技术有限公司， 湖南 长沙 410007

石灰岩地区小型水电站建设经验

陈逢骅1钟卫杰2

1、金华市水利水电勘测设计院有限公司，浙江 金华 321017 2、长沙市智才水利工程技术有限公司， 湖南 长沙 410007

根据东流溪二级水电站建设过程中遇到的问

题和解决方法，总结了一些在岩溶地区建设

小型水电工程的经验。

岩溶地区；小型水电工程；防渗处理

1 工程概况

本人从2004年可研设计阶段开始，直到2007年完成机组启动验收，全程参与了湖北长阳土家族自治县东流溪二级水电站的建设。对于湖北省长阳土家族自治县这个典型的石灰岩地区，工程建设过程中遇到了很多石灰岩地区的常见问题，在处理过程中结合小型水电站工程的特点，感觉颇值得探讨。

东流溪二级水电站水库总库容102万m3，电站装机18900KW，工程属小（1）型工程。拦河大坝为混凝土重力坝，最大坝高46m；发电引水隧洞总长12km，设有8个支洞；隧洞出口接790m高压钢管至电站厂房。电站厂房30×18.7m，分设主、副厂房，厂区还设有35Kv升压站，占地19×8.7m。

在石灰岩地区建水利工程，首要的问题就是地下溶洞发育导致的渗漏问题。石灰岩地区岩溶发育，地质情况复杂。相对于其他地区的水利工程，岩溶发育地区的水利工程一般有几个重要的问题需要解决。

1）在这里建库，能有多少水量汇集？库区是否存在渗漏问题？

2）大坝基础的防渗措施。

3）长达12km的隧洞沿程溶洞发育情况如何？

为了探明和解决以上的3个问题，工程往往需要增加投资；而小型水电工程在规模有限的前提下，效益也有限，一旦工程防渗漏需增加的投资在总投资中占较大比例，则工程效益将明显降低，因此如何在防渗措施和投资之间平衡对工程效益来说十分重要。

2 工程建设过程中的实际情况

2.1 水量及库区渗漏

东流溪流域是湖北清江北岸的一级支流，流域集雨面积168km2，东流溪二级水电站坝址以上集雨面积68.8km2。流域内岩溶比较发育，在去坝址路上就发现沿途的支流河道内堆满乱石，长年不见明流，河道沿途存在好几个溶洞入口；而就在坝址上游约200m处，有一个大型溶洞出口，常年都有流量；甚至在后期施工过程中，库区内料场开采时还在发现有溶洞。因为东流溪流域内未设有水文观测站，没有实测流量资料，所以对于坝址处来水量的难以准确判断。

东流溪二级水电站坝址以上集雨面积68.8km2，如此大面积且复杂的地形，要想勘探清楚，几乎不可能；而且东流溪二级水电站作为一个私人投资的小（1）型工程，工程总投资前期投入太大对于业主来说是很难承受的。

工程前期过程中，业主委托宜昌市水文局进行水文计算，其成果中认为上游群山耸立，枯水期河床断流而溶洞出水，溶洞出水口高程较高，坝址以上流域可按闭合流域考虑，溶洞出水为本流域水源，流域来水量按集雨面积正常来水计算。对于水文计算的成果，前期审查的专家和业主都有一定的疑虑，业主主要担忧没有这么多的来水量，建成后电量不足，这种情况在岩溶地区的水电站项目并不少见。

我们和业主对这个问题进行了讨论，考虑到以下几点：1）、在坝址上游700多米有个土木趟电站，利用溶洞水发电，装机625千瓦，流量有0.5～0.6m3/s；2）、土木趟电站左侧的东流溪主流还是可常见流水；3）、加上坝址处的溶洞常年出水。从前面3点来看，水库的来水量还是有一定保证的。

另外东流溪二级水电站的可研、初设阶段，我们和业主多次到现场踏勘，通过和当地居民的交谈，我们得到一个很重要的信息，坝址处在几十年前是一个深潭，潭中水深与设计的水库水深差不多，后来因为地质变动，水潭下游出现缺口而形成现有河道。通过这个信息，我们可得知，坝址处汇集的水量还是比较充分，而且周围岩石的封闭情况较好。另外业主也采用了对坝址上游的外露溶洞口投放颜料来判断出口，发现库区内的几个溶洞（包括料场开挖发现的溶洞）水汇集到坝址处的大溶洞内流出，解决了关于库区渗漏的担忧。

来水量的多少关系到电站装机和效益，所以我们在前期设计时推荐东流溪二级水电站总装机3×630KW，分二期实施，一期先装机2×630KW，一期施工时预留一台630KW机组的场地，根据实际运行情况再确定二期何时上。

2.2 大坝防渗

工程拦河大坝采用混凝土重力坝，防渗措施还是以帷幕灌浆为主。在前期坝址的地质钻孔勘探中，未找到相对不透水层，考虑到本工程为小（1）型工程，最大坝高46m，属中坝，工程规模较小，不一定需要防渗帷幕到相对不透水层。根据《混凝土重力坝设计规范》，采用悬挂式帷幕，帷幕深度按0.7倍坝高考虑。前期设计审查时，专家提出在帷幕灌浆施工时，可考虑先进行先导孔施工，对下一步的灌浆施工起指导作用。

在帷幕灌浆的实际施工中，参照专家的意见先实施先导孔，基本情况与前期勘探的基本一致，找不到相对不透水层，灌浆深度按照0.7倍坝高实施。灌浆过程中局部孔出现了吸浆量很大、灌浆压力上不来的情况，除了采取调整浆液配比，还采用分次灌浆的方式（第一次灌浆过24小时后再进行第二次复灌）。

2.3 引水隧洞

东流溪二级水电站工程最大的难点还是在于引水隧洞，在初步设计阶段，设计引水隧洞水平长度11.8km，沿程分别设有7个支洞，另外桩号7+804m～7+834m段为明钢管段。近12km的隧洞布置在大山中，覆盖层82m～700m，而且大部分人迹罕至，隧洞沿线地质勘探根本无法探查清楚。

根据隧洞开挖后的地质编录，隧洞沿程围岩主要为寒武系上统三游洞群厚层灰岩、白云质灰岩，大部分岩体呈微风化，局部风化部位呈强风化～弱风化；隧洞沿程节理裂隙及断层发育，常为贯穿性裂隙，充填方解石、可塑性黏性土等；围岩中溶蚀现象普遍，溶穴小为几公分，大到好几米，局部特大的为贯通性，溶穴中充填方解石、可塑性黏土等，特大溶穴则充填泥石。

在隧洞实际施工中，频繁碰到地质突发状况。隧洞进口挖进200m左右就突如其来的出现洞顶泥沙倒灌，清理了几天都无法减少泥沙淤积量，最后只能将该段隧洞封堵，改变洞线；溶洞、断层、夹层等不利情况在隧洞沿程屡见不鲜，很多地段出现几十甚至上百米的泥加石围岩；甚至在隧洞工程完成后，电站机组试运行时，突然出现水头骤降的情况，通过在支洞中预留的检查孔进去检查后发现，在2号支洞下游270m～396m段隧洞围岩中存在一个溶洞，衬砌时没发现，输水时压力增加而围岩厚度不足，导致衬砌和围岩被击穿产生漏水，后采用钢管内衬外包混凝土的形式重新衬砌。

对于隧洞如此复杂的情况，我们采用多种衬砌方式来应对隧洞不同地质情况。针对隧洞中普遍出现的小溶穴，采用清理充填物、混凝土回填方式；对于裂隙、断层及漏水的围岩段加强固结灌浆；对于完整性较好、无不良地质情况的Ⅱ类、Ⅲ类围岩采用喷射C20混凝土衬砌；对于小节理裂隙出现、完整性较差的Ⅲ类围岩采用单层钢筋混凝土衬砌；对于裂隙、断层发育，完整性差，层面泥化严重的Ⅲ类、Ⅳ类围岩采用双层钢筋混凝土衬砌；局部与岩溶交叉、泥石充填的位置，在隧洞开挖后马上采用临时支撑先进行加固，然后采用钢管内衬外包混凝土的形式衬砌，而且此衬砌形式应向两头适当延伸一定距离，避免侧向被水压击穿。

3 经验总结

东流溪二级水电站2007年9月开始运行，至今一直运行正常。经历了东流溪二级水电站的建设，对于在石灰岩地区建设小型水电工程总结了一些经验。

3.1 水电工程主要在于利用水资源，对于石灰岩地区的水电工程来说，防渗是主要问题，大型水电工程因为投资许可，往往可以采取比较保守、甚至浪费的工程方法来达到安全的防渗效果。但是对于小型工程，前期大量的工程勘探、建设过程中过大的防渗处理所耗费的投资占据太大的投资比重，因此需要从经济的角度来考虑工程措施。

在前期多咨询当地的部门和百姓，很多地形地质情况他们比较熟悉，可以节省很多周折；还可以考虑一些土办法（比如前面提到的往溶洞里灌注有颜料的水来判断溶洞出口）来降低勘探工作量。对于工程防渗措施，在满足国家及行业规范要求的前提下，不需苛求完美的防渗效果；比如大坝基础防渗在不易找到相对隔水层的情况下，按照0.7倍坝高设置防渗帷幕深度是规范中许可的。

3.2 有些地质情况在前期无法探明的，只能靠工程施工过程中现场处理了，有点凭运气的味道。工程引水隧洞就是很明显的例子，前期无法完全勘探，在施工过程中突发情况很多，导致最后隧洞洞线长度增加、衬砌投资增加了不少。因此在前期阶段，应对地质复杂的部分项目投资多考虑一点，适当增加点余度。

3.3 工程初步设计报告中计算电站多年平均发电量为5968万kw/h，电站2007年运行以来，2008年电量5000万kw/h，2009年电量4200万kw/h，2010年电量4300万kw/h，2011年电量3400万kw/h，发电量与计算值相比偏低，也许因为和运行年数不长、代表性不足等因素有关，但也有可能前期计算的来水量偏大，坝址以上流域按照闭合区域计算不准确。这个问题还需要运行多年以后来验证。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.11.014

陈逢骅（1978 - ），男，工程师，大学本科，主要从事水利水电工程设计工作。