浅析抽水蓄能电站预可研和可研阶段地勘工作

曹 畅，柴建峰，赵 强，李明阳，凌 超，马传宝

（1.中国电力财务有限公司，北京市 100005；2.国网新源控股有限公司技术中心，北京市 100161）

0 引言

抽水蓄能电站与常规水电工程相比，工程地质勘察有如下特点[1，2，3，4]：

（1）就水库、坝而言，要考虑上库库盆渗漏及其防渗问题，水库水位骤升骤降引起的库内、库外岸坡稳定问题，水库库盆开挖与筑坝材料的挖填平衡问题，位于较强地震区的高山水库的地震效应问题等；尤其是大气降雨偏少的中国北方地区，上库的防渗标准要求更高，防渗投资大。

（2）输水系统、厂房而言，要考虑深埋地下洞室群的围岩稳定性与地应力场问题，地下洞室的围岩与衬砌承受高外水压力问题，大直径压力水道围岩分担高内水压力等问题。

鉴于抽水蓄能电站具有上述特点，其预可研、可研阶段的勘测工作显得尤为重要。《水力发电工程地质勘察规范》和《水力发电工程地质手册》对抽水蓄能电站不同工程部位的勘测工作均有详细的规定，是抽水蓄能电站勘测的行业标准和工作指南，指导性和可操作性强。

以下通过收集已运行、在建和拟建抽水蓄能电站预可研和可研阶段勘察工作量等数据，探讨现今抽水蓄能电站地勘工作现状及存在问题，对于了解抽水蓄能电站勘察工作现状具有一定的现实意义。最后希望能起到抛砖引玉之作用，引起大家对勘察工作的重视。

1 部分抽水蓄能电站勘察情况

足够的地勘和测绘工作，是精细化设计和施工的前提和基础。

图1为国内部分抽水蓄能电站预可研阶段的主要勘察工作量统计情况，包括洛宁、赤峰、缙云、垣曲等15个电站。

图2为国内部分抽水蓄能电站可研阶段的主要勘察工作量统计情况，包括为西龙池、张河湾、琅琊山、呼和浩特、文登等28个抽水蓄能项目，主要统计了钻孔数量和进尺[4]。由于不同抽水蓄能电站可能采用首部、中部或者尾部厂房方案，所以勘探平洞长度本次不做统计比较。由图1和图2不难发现：

（1）预可研阶段，钻孔数量一般在20～40个，进尺位于2000～4000m这个区间。

（2）可研阶段钻孔数量多在60～160个之间，进尺多位于6000～10000m之间。

当然上述勘察工作量与项目所处地质环境有关，当地质环境相对差，往往勘察工作量较大，如在引水隧洞和地下厂房、库盆或坝基等区域出现规模较大的断层等破碎带时，为了追索其空间分布和研究其对工程的影响，往往会增加勘测工作投入。但就类似工程调研和统计成果而言，预可研阶段钻孔进尺宜在3000m左右（约30个钻孔）；可研阶段钻孔进尺宜在7000m左右（约90个钻孔），此外在上述总量基础上也可再预留约10%的机动勘察工作量，用于应对地质异常情况和关键部位的精细化勘察。

图1 部分电站预可研阶段勘察工作量统计Figure 1 Investigation work statistics of some pumped storage projects during the pre-feasibility studies stage

图2 部分电站可研阶段勘察工作量统计Figure 2 Investigation work statistics of some pumped storage projects during the feasibility studies stage

2 现状及问题探讨

勘探工作量是确保勘察成果质量的基本条件，预可研和可研阶段的勘察成果，直接决定工程是否可行、方案是否合理可靠，进而影响投资和工期。

抽水蓄能电站，主要由行业内几家勘测设计院完成，上述设计院均为建院历史悠久、设计经验丰富的大型设计院。但由于工期紧张等原因，难免有时会出现如下问题，如：

（1）有的项目纵横剖面图在绘制时，推测所占比例过大。地层风化界限是否准确，不仅控制工程开挖填筑量，还影响坝型方案选择等。

（2）有的工程地质剖面图上钻孔信息相对偏少，有的物探剖面上缺少钻孔验证信息。鉴于地球物理勘探的多解性，缺少地质钻孔揭示的物探剖面，可靠性较低。

（3）现场地质编录和描述有待于加强，如在探洞和钻孔断层/破碎带的描述中多处出现“糜棱岩”这样论述。糜棱岩一般完整致密强度高，是地壳深部高温高压构造作用形成的坚硬岩石。

（4）勘察工作量布设和工程地质评价宜充分考虑区域地理环境等因素。

图3为7个不同地域的运行、在建或拟建抽水蓄能电站，降雨量和蒸发量对比情况。

一些规划或拟建抽水蓄能电站所处地域为西北或华北区域，由于年降雨量相对偏少，且蒸发量远大于降雨量，加之岩体完整性较差，其上库必然采用全库盆防渗且引水系统采用钢衬。此时上库及引水线路段的压水试验数量可大量减少，只选择有代表性的地层做适量即可，这样一来不仅可降低勘察工作难度，而且有助于缩短勘察工作周期。

章鹏等（2017年）通过研究南网系统抽水蓄能电站，认为钢筋混凝土衬砌的高压水道必然发生内水外渗，尤其是东南沿海地区，由于降雨量充沛，加之电站的地形地质条件优越，山体内有相对稳定的地下水位，充沛的地下水补给来源。虽然基建期，隧洞开挖时，由于排水等工程措施导致天然地下水位的大幅度降低；但在水道充水运行后，在大气降雨，甚至是上库地表径流，和内水外渗的共同影响下，沿线山体中的地下水位一般会有所回升，形成一定相对稳定的地下水位，内外水压的抵消效应使得内水外渗趋于收敛可控，并有利于衬砌受力。

文献[5]还指出在干旱和山体地下水位极低的条件下，即便满足挪威准则、最小主应力准则和具备优良地质的地质条件三个原则的基础上，高压引水隧道也不适宜采用钢筋混凝土衬砌。

建议从长远效益出发，在引水系统衬砌方式论证和经济比选时，综合考虑项目所在地的降雨量和水文地质条件等诸多因素。干旱少雨、围岩类较差地区，若高压引水隧洞采用钢筋混凝土衬砌，必然存在内水外渗现象，评价其影响时，至少应包含以下几个方面[5]：①内水外渗是否影响厂房的正常运行？②是否可以产生有害的水力劈裂？③是否可能出现集中的大量渗漏？④上库天然降雨量（来水量）减去蒸发量后，是否可抵消内水外渗量？相应地勘工作应围绕上述四点问题布设，工程地质评价应和区域降雨等地理因素、水文地质条件相结合。

图3 不同抽水蓄能电站降雨量和蒸发量Figure 3 The Column Graph of rainfall and evaporation according to different pumped storage projects

（5）专用公路的勘测工作。

抽水蓄能电站上库、下库多在复杂地形地质条件下筑坝与成库，加之电站多位于电力负荷中心，人类活动频繁，对外交通专用公路的勘测、设计、施工和运维显得尤为重要。根据《水电工程对外交通专用公路设计规范》（NB/T 35012—2013）中2.0.1对外交通专用公路的定义，抽水蓄能电站上库与下库之间的公路也属于对外交通专用公路。

抽水蓄能电站对外交通专用公路具有运输量大、运输强度高、荷载大、重大件超限超标准等显著特点，还体现在线路长，穿越的工程地质单元较多，受地貌和地形条件影响较大等。勘测设计时既要把握全线路地质情况，又要有重点突出，如线形、隧道进出口、高陡边坡和桥址区等为工程地质勘测和评价的重点。

目前不少在建抽水蓄能电站的交通工程，尤其是上下库连接公路等先期开工点的勘测深度和精度满足不了设计和施工需求。如某在建项目，开工后发现隧洞进口段地层为稳定性较差的土体，而设计文件却标为岩体，这样一来不仅影响工程进度，也会带来施工单位索赔等一系列后续问题，显而易见勘测工作量不足，甚至欠缺。

考虑到抽水蓄能工程从可研阶段到招标阶段时间比较紧凑。可研阶段，当枢纽布置方案确定后，宜尽快开展相关连接道路的勘测工作，将原本在招标阶段实施的勘测工作，纳入可研阶段的地勘工作之中，提前实施，且勘测深度达到公路勘察规范要求的初步设计深度，一般公路系统初勘工作量占总勘察工作量的三分之一左右。

可研阶段专用公路的勘察工作达到一般公路工程初勘深度，关键要在招、投标的商务文件中给予明确。相应的勘测工作量、费用和工期要求等，尽可能在合同中给予约定。

同时重视项目所在地区类似公路建设的经验和教训，尤其是山区公路。在建和拟建的抽水蓄能电站多位于火成岩地层，加之地形险峻，地貌条件复杂，如花岗岩地层修建山区公路，孤石叠石等地貌不仅增加道路建设难度，也制约工期和造成不必要的费用。在专用公路选线过程中，也可邀请水电系统之外、当地公路交通设计院地勘、测量和路线等相关专家参与方案咨询。

（6）地勘报告中尽量引用权威资料，规避模棱两可的论述和表达，确保工程地质勘察报告中引用的资料可靠。工程地质勘察中发现小断层和局部岩体断裂，地勘单位切勿盲目和区域活动断裂牵扯在一起，甚至代替地震局给断层的活动性下结论。这样一来，往往在后续评审时候给自己造成不必要的麻烦。

3 几点认识

（1）在“谁投资，谁决策；谁承担风险，谁收益”这一大环境下，优化和控制前期勘测工作的深度和质量，显得尤为重要。

预可研和可研阶段，可根据项目进度安排勘测工作，并在合同中给予约定。当然开展上述工作，除了招投标文件相关约定之外，更重要的是在费用支付方面给予支撑和明确。

（2）专用公路等线状工程，穿越的工程地质单元较多，工点多。可研阶段，当枢纽方案确定后，重视公路沿线的工程地质调绘工作，尤其是高精度带状工程地质图。高边坡等区域应通过钻孔揭示岩层地质特征，对于前期开工进出场隧道，应增加有关洞口勘察精度，在物探和槽探等基础上，洞口地层分布通过探洞、钻孔等直接勘探手段来查清。

（3）切实保证料场勘察工作深度，确保料源储量满足工程建设需求。

（4）高压水道的勘察工作除了重视地形地貌和地质条件外，还应重视降雨量和地表径流等因素。

（5）重视“勘察设计大纲”的咨询工作，尽可能组织行业内外、具有类似经验的专家对设计院提供的勘察工作大纲进行咨询。此外，若地形和地质条件较为复杂，比选业主营地时，也可邀请具有丰富地区经验的当地专家参与咨询和论证。

本文不足之处，主要讨论了总勘察工作量，而关键工程部位缺少统计分析。下一步将针对场内道路沿线（含桥梁、隧洞洞口）、库盆、库岸、水道、厂房的勘察情况分别进行分析评价，希望能对后续类似工程有借鉴意义。