轩莱水电站导流方案选择和适宜性分析

王捷

（福建省水利水电工程局有限公司福建泉州362000）

轩莱水电站导流方案选择和适宜性分析

王捷

（福建省水利水电工程局有限公司福建泉州362000）

本文结合轩莱水电站工程施工导流方式比选，详细分析了左岸导流泄洪遂洞方案、左岸导流明渠方案，并对两种导流方案进行了工程地质分析和适宜性等因素分析比较，最后从施工难度、工期、质量、投资成本等角度选择了隧洞导流设计方案。

轩莱水电站；导流方式；隧洞；明渠；适宜性

1 工程概述

镇康县轩莱水电站是利用南捧河上游轩干河段进行开发的水电站项目。南捧河属怒江流域南汀河水系，是南汀河干流中下游右岸加入的一条一级支流。轩莱水电站装机16MW，电站最大引用流量37m3/s，为引水式小（I）型水力发电站。电站取水口位于镇康县勐堆乡与凤尾镇相联的轩干河上，取水坝地理位置东经98°58′7″，北纬23°53′49″，厂址位于轩干河与凤尾河汇口上游约100m轩干河右岸，左岸为汇华硅厂厂区，厂址距轩莱大桥约200m，桥右岸公路可至南伞，左岸公路可至凤尾坝（原县城）交通条件较好。电站厂址距南伞县城公路里程35km，至昆明公路里程为805km，厂址距坝址公路里程4.2km。

2 导流泄洪隧洞方案选择

导流泄洪隧洞位于左岸山体。导流洞全长约466.65m(其中隧洞段约为347.28m)，进口底板高程967.00m，城门洞型，洞径规模(宽×高)7m×8m。

2.1 基本地质条件

隧洞横穿法郎组上段上部第二层（T2fb-2）、第三层（T2fb-2-3）及第四层（T2fb-2-4）地层，岩性灰褐、青灰色薄层粉砂岩及灰黄色厚层状细砂岩。岩层产状变化大，隧洞轴线与岩层走向夹角65°左右，岩层倾角45°～62°。

穿越枢纽区褶皱构造，断裂构造不发育。除层间裂隙发育外，其余构造裂隙不发育。大部岩体完整性为中等，渗透性为弱—中等，地下水主要位于洞身附近，对隧洞围岩稳定性影响小。

隧洞主要处在强～弱风化岩体之中，进口段和出口段为强风化岩体。出口段明渠位于河床堆积层中。

2.2 遂洞工程地质评价

（1）洞脸稳定性

进口215.6m～245.3m段：明挖段，洞脸岸坡表层为残坡积碎石土，覆盖层厚度小于3m，现处于稳定状态。下伏基岩岩层倾向山内偏下游，地形坡度35°～40°，隧洞轴线与岩层倾向基本一致，对稳定有利，进口洞脸自然边坡基本稳定；

出口592.7m～683.0m段：明渠段，洞脸山内侧岸坡表层为第四系残坡积碎石土，厚度小于3m，底板部位为河床砂卵砾石层。山内侧岸坡稳定性差，岩层总体陡立倾向下游，自然边坡稳定性差。开挖边坡稳定性差。进、出口开挖边坡需采取工程措施处理。

（2）围岩分类

导流泄洪隧洞围岩主要以强～弱风化岩体薄层粉砂岩及厚层细砂岩为主，隧洞洞径跨度较大，总体对围岩的稳定不利。

①进口段215.6m～245.3m

该段围岩主要为强风化细砂岩夹粉砂岩，岩体层理发育，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，存在软弱结构面及不利结构面组合，岩体整体呈层状碎裂结构夹层状裂隙结构，地下水处于洞身以下，隧洞围岩自身自稳能力差，开挖中易产生坍落破坏。总体上该段隧洞围岩主要属“Ⅴ”类围岩。

②245.3m～300.3m段

该段围岩主要为弱风化细砂岩夹粉砂岩，岩体层理发育，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，存在软弱结构面及不利结构面组合，岩体整体呈层状碎裂结构夹层状裂隙结构，地下水处于洞身以下，隧洞围岩自身自稳能力较差，开挖中易产生坍落破坏。该段隧洞总体属Ⅲ类夹30%～40%Ⅳ类、Ⅴ类围岩。

③300.3m～405.9m段

该段围岩主要为弱风化薄层粉砂岩，岩体层理发育，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，存在软弱结构面及不利结构面组合，地下水处于洞身以下，隧洞围岩自身自稳能力差，开挖中易产生坍落破坏。该段隧洞总体属Ⅳ类夹10%～20%Ⅲ类、20%～30%Ⅴ类。

④405.9m～497.0m段

该段围岩主要为弱风化细砂岩夹粉砂岩，岩体层理发育，穿越断层f4，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，存在软弱结构面及不利结构面组合，岩体整体呈层状碎裂结构夹层状裂隙结构，隧洞围岩自身自稳能力较差，开挖中局部产生坍落破坏。该段隧洞总体属Ⅲ类夹30%～40%Ⅳ类、Ⅴ类围岩。

⑤497.0m～563.0m段

该段围岩主要为弱风化薄层粉砂岩，岩体层理发育，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，存在软弱结构面及不利结构面组合，岩体整体呈层状碎裂结构夹层状裂隙结构，隧洞围岩自身自稳能力差，开挖中易产生坍落破坏。该段隧洞总体属Ⅳ类夹30%～40%Ⅴ类围岩。

⑥563.0m～592.7m段

该段围岩主要为弱风化薄层粉砂岩，岩体层理发育，岩层倾角较陡，岩体完整性差，呈破碎～较破碎状态，冲沟处上部覆盖厚度小于7m，隧洞开挖中易产生坍塌及浅层滑动破坏，隧洞围岩自身自稳能力差，易产生坍塌。该段隧洞总体属Ⅴ类围岩。

2.3 导流遂洞施工处理措施

明挖段建议开挖坡比：覆盖层1：1.25，基岩1：0.75。洞脸边坡应进行专门锚固护坡处理。“Ⅴ”类围岩段隧洞采取导洞方式开挖，小炮爆破，并有超前临时支护措施，及时进行排水和钢筋混凝土衬砌。“Ⅳ”类围岩段隧洞采取导洞方式开挖，小炮爆破，及时进行钢筋混凝土衬砌。“Ⅲ”类围岩段隧洞采取全断面一次性开挖，光面爆破，进行喷锚，局部不稳定位置进行挂网喷锚或系统锚杆加固，并进行钢筋混凝土衬砌处理。

3 导流明渠方案工程

导流明渠布置于左岸，全长约443m，进口底板高程968.0m，出口底板高程966.0m，明渠底宽约20m，高约17m。

3.1 基本地质条件

左岸坡面产状57°∠35°～39°，山坡微向右岸突出，为陡坡地形。明渠横穿法郎组上段上部第二层（T2fb-2）、第三层（T2fb-2-3）及第四层（T2fb-2-4）地层，岩性灰褐、青灰色薄层粉砂岩及灰黄色厚层状细砂岩。岩层产状变化大，明渠轴线与岩层走向夹角65°左右，岩层倾角45°～62°。

穿越枢纽区褶皱构造，断裂构造不发育。除层间裂隙发育外，其余构造裂隙不发育。大部岩体完整性为中等，渗透性为弱—中等，地下水主要位于底板附近或略高于底板，对边坡稳定性影响较小。明渠主要处在强～弱风化岩体之中，出口段明渠位于残坡堆积层中。

3.2 明渠工程地质评价

（1）58.8m～108.3m段—边坡较稳定段

地形坡度35°～39°，地表残坡堆积层厚约2m～4m，为横向坡，岩体呈层状裂隙结构，岩体强风化下限深12m～16m。设计明渠底板在强至弱风化岩体内，地下水位在底板附近，内边坡开挖高25m～70m，外边坡开挖高5m～15m。除局部卸荷裂隙发育外，无其它不良物理地质体发育。该段边坡主要呈横向坡结构，主要结构面组合未形成倾向山外的软弱滑动面，自然岸坡及开挖边坡均较稳定。岩体强度满足明渠承载力要求，透水性中等，底板岩体抗冲刷能力中等。

（2）108.3m～374.7m段—边坡较稳定至边坡稳定较差段

地形坡度35°～39°，地表残坡堆积层厚约2m～5m，局部基岩裸露，为横向坡，岩体呈层状裂隙结构，岩体强风化下限深8m～ 16m。设计明渠底板在弱风化岩体内，地下水位在底板附近或略高于底板4m～9m，内边坡开挖高60m～90m，外边坡开挖高15m～30m。除局部卸荷裂隙发育外，无其它不良物理地质体发育。该段边坡主要呈横向坡结构，主要结构面组合未形成倾向山外的软弱滑动面，自然岸坡较稳定，但由于开挖边坡属高边坡，开挖边坡均较稳定（108.3m～153.8m、215.8m～267.7m）至边坡稳定较差（153.8m～215.8m、267.7m～374.7m）。岩体强度满足明渠承载力要求，透水性中等。底板岩体抗冲刷能力中等。

（3）374.7m～417.0m段—边坡不稳定段

横穿左坝肩下游小山脊，地形坡度36°～39°，地表残坡堆积层厚约5m～8m，为横向坡，岩体呈层状裂隙结构，岩体强风化下限深8m～15m。设计明渠底板在弱风化岩体内，地下水位高于底板6m～8m，内边坡开挖高50m～65m，外边坡开挖高15m～20m。卸荷裂隙较发育，地表有崩坡积层分布。该段边坡主要呈横向坡结构，主要结构面组合有形成倾向上游偏山外的软弱滑动面，自然岸坡较不稳定，开挖边坡不稳定。岩体强度满足明渠承载力要求，透水性中等，底板岩体抗冲刷能力中等。

（4）417.0m～466.9m段—边坡稳定较差段段

地形坡度32°～35°，地表残坡堆积层厚约2m～3m，局部基岩裸露，为横向坡，岩体呈层状裂隙结构，岩体强风化下限深7m～11m。设计明渠底板在强风化岩体内，地下水位高于底板3m～6m，内边坡开挖高25m～50m，外边坡开挖高5m～15m。除局部卸荷裂隙发育外，无其它不良物理地质体发育。该段边坡主要呈横向坡结构，主要结构面组合未形成倾向山外的软弱滑动面，自然岸坡较稳定，由于开挖都在强风化岩体中，故开挖边坡稳定较差。岩体强度满足明渠承载力要求，透水性中等，基础部分在第四系松散层中，底板岩体抗冲刷能力弱。

3.3 导流明渠施工处理措施

建议梯形断面分台开挖，开挖坡比：第四系堆积体1∶1～1∶1.25，内侧强风化岩体1∶0.75，弱风化岩体1：0.3～1∶0.5，过水段三面光钢筋混凝土永久衬砌，内边坡底部设挡墙，上部边坡采用锚固处理，基础抗滑稳定较差段及基础抗滑不稳定段的基础需采取抗滑措施。

4 结语

轩莱水电站导流方式初步选定导流泄洪隧洞、导流明渠两种方案，通过以上分析，考虑导流明渠方案由于开挖方量较大、开挖边坡较高，大部分地段为高边坡，边坡处理难度及工程量较大。隧洞设计断面较大，围岩稳定性较差。从工程地质角度，两方案地质条件较差，应综合比较。经地质、水工、施工、投资等专业综合比较，最终确定采用泄洪隧洞导流方式。

两个方案施工难度比对发现导流明渠开挖方量较大、开挖边坡较高，大部分地段为高边坡，边坡处理难度及工程量较大，而泄洪隧洞导流方式施工难度相对较小；由于导流明渠布置在江心滩左边缘靠近主河槽位置，水深及流速较大，临时航道大部分为水下开挖，开挖施工处于洪水高峰期难以施工，开挖期时间较短；因导流明渠边坡围岩稳定性较差，边坡加固处理工程量较大，工程投资远远超出工程投资概算，工程投资方未通过；泄洪洞导流方式建筑物布置和运行管理均较简单，且考虑发电工期因素采用泄洪洞导流方式施工工期明显缩短，有利于早日实现发电目标。陕西水利

[1]《水力发电工程地质勘察规范》（GB 50287-2006）.

[2]《水电水利工程坝址工程地质勘察技术规程》（DL/T 5414-2009）.

[3]王健.莲麓水电站导流方式的研究[J].中国农村水利水电，2011（05）：165-168.

[4]梁日新，蒋建林.枕头坝一级水电站导流明渠防渗方式的对比选择[J].水力发电，2011（05）：84-87.

[5]文强.岷江航电犍为枢纽工程导流方案比较[J].红水河，2012（31）：31-36.

（责任编辑：畅妮）

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