蘇仁庚

（廣東省能源集團貴陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，貴州 貴陽 550000）

0 引言

貴陽抽水蓄能電站位于貴州省貴陽市修文縣西部谷堡鎮(zhèn)境內(nèi)，上水庫布置在烏江貓?zhí)恿壖t巖水電站庫區(qū)右岸的烏栗村境內(nèi)，下水庫為紅巖水電站水庫。電站規(guī)劃設(shè)置4 臺單機容量375 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機，總裝機容量1 500 MW、額定水頭492 m。電站建成后承擔(dān)電網(wǎng)中的調(diào)峰、填谷、調(diào)相等工作，同時承擔(dān)事故的備用工作[1]。樞紐建筑物主要由上、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)和地面開關(guān)站等建筑物組成。按裝機容量大小確定為一等大(一)型工程。

1 工程地質(zhì)

1.1 區(qū)域地質(zhì)與地震

工程區(qū)區(qū)域上處于我國階梯地勢的第二級臺階云貴高原東部，北側(cè)的大婁山脈（高程1 200~1 500 m）構(gòu)成烏江與赤水河的分水嶺，南側(cè)的苗嶺（高程 1 200~1 600 m）蜿蜒曲折，呈近東西向延伸，構(gòu)成烏江與珠江水系的分水嶺。區(qū)內(nèi)為典型的巖溶高原地貌類型，受新構(gòu)造運動間歇性隆升及河谷發(fā)育過程的影響，高原區(qū)地形地貌具有明顯的層狀特點。從地形分水嶺到烏江及其一級支流河谷，主要發(fā)育有三級臺狀地形，河谷地帶以峽谷地形為主。

區(qū)內(nèi)除缺失奧陶系、志留系、泥盆系、第三系地層外，現(xiàn)已露出前震旦系至第四系地層，并有廣泛的展布，如三疊系、二疊系、寒武系地層等。除第四系及白堊系地層與下伏地層為角度不整合接觸外，其余各時代地層間均為整合或平行不整合接觸[2，3]。

工程區(qū)位于上揚子陸塊——黔北隆起區(qū)——織金穹盆構(gòu)造變形區(qū)。近場區(qū)新構(gòu)造運動的特點主要表現(xiàn)為繼承性、間歇性，新構(gòu)造運動方式以掀斜、差異性隆升為主，新構(gòu)造活動強度中等。

工程所在區(qū)域內(nèi)存在北西向、北東向、近東西向及近南北向等多個區(qū)域性斷裂系統(tǒng)，它們在新構(gòu)造期都有不同程度的活動性，活動時代大部分為第四系早～中更新世，在這些早、中更新世活動的區(qū)域主要斷層帶的端部、交匯部位、斷層階區(qū)具有發(fā)生中強地震的構(gòu)造背景條件。近場區(qū)及近鄰地帶歷史和現(xiàn)代地震活動呈中等偏下水平。對工程場地的主要影響來自區(qū)域內(nèi)較大中強震，最大影響烈度為Ⅵ度。

根據(jù)GB18306-2015《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》及《貴陽抽水蓄能電站工程場地地震安全性評價報告》，工程區(qū)50 年超越概率10%地震動峰值加速度50.8 cm/s2~54.7 cm/s2，屬于0.05 g 分區(qū)，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，兩者一致。50 年超越概率 5%地震動峰值加速度70.7 cm/s2~75.5 cm/s2，100 年超越概率 2%地震動峰值加速度134.3 cm/s2~142.1 cm/s2，100 年超越概率 1%地震動峰值加速度170.7 cm/s2~178.2 cm/s2。

根據(jù)NB/T 35098-2017《水電工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性勘察規(guī)程》區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)，工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

1.2 工程區(qū)地質(zhì)條件

1.2.1 基本地質(zhì)條件

（1）地形地貌

站址區(qū)位于烏江支流貓?zhí)酉掠瘟壖t巖電站水庫區(qū)峽谷與烏栗巖溶槽谷之間的地塊上，總體上屬巖溶低中山峰叢洼地及峽谷地貌。上水庫區(qū)位于山盆期第二亞期早期夷平面上，洼地發(fā)育，地形較封閉，多為耕地；下水庫為峽谷地形，岸坡陡峻，跨山盆、寬谷及峽谷地貌單元。

（2）地層巖性

工程區(qū)出露寒武系至第四系地層，分布較廣泛的地層為寒武系及二疊系地層，三疊系地層分布于貓?zhí)恿夒娬編焓椎貛Ъ盀趵醪酃葨|側(cè)，第四系則零星分布于河谷階地、漫灘、溶蝕洼地及槽谷等地帶。其間缺失奧陶系、志留系、泥盆系、侏羅系、白堊系及第三系地層；石炭系地層出露不完整，分布不連續(xù)。除第四系與下伏地層間呈角度不整合接觸外，其它各時代地層間均為整合或假整合接觸。

（3）地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)處于北東向構(gòu)造變形區(qū)和貴陽復(fù)雜構(gòu)造帶的復(fù)合部位，展布形跡主要為NE 向及NEE 向的斷裂和褶皺為主，少量為NW 向構(gòu)造?？傮w構(gòu)造格局是：以那灑斷層（F7）、谷堡斷層（F2）為代表的 NE 向構(gòu)造帶斜穿區(qū)內(nèi)工程區(qū)兩側(cè)，該構(gòu)造帶除上述兩斷層外尚于站點北西面分布梨木斷層（F11）及三岔河向斜、站點南東面分布烏栗向斜及谷堡掃帚狀構(gòu)造等；站點北東、南西面分布以F16、F8、F5 為代表的NW向構(gòu)造。NE 向構(gòu)造帶總體屬于新華夏系構(gòu)造體系。

（4）物理地質(zhì)現(xiàn)象

工程區(qū)下水庫為貓?zhí)酉掠瘟壖t巖電站峽谷水庫，峽谷岸坡陡峻；上水庫區(qū)位于山盆期第二亞期（Ⅱ2-1）剝夷面臺地上的巖溶峰叢槽谷（洼地）內(nèi)，上、下水庫之間地形高差430~500 m。主要的物理地質(zhì)現(xiàn)象有風(fēng)化、卸荷、崩塌、堆積體及滑坡。風(fēng)化主要表現(xiàn)在碎屑巖地層內(nèi)，風(fēng)化分帶明顯，一般具全風(fēng)化、強風(fēng)化、弱風(fēng)化特征。

工程區(qū)卸荷作用相對較弱，未發(fā)育大型卸荷裂隙及危巖體，庫岸山體整體穩(wěn)定。在上水庫盆Ⅱ（天馬山上水庫）西側(cè)靠近陡崖邊緣地帶，局部強卸荷帶深度5~10 m，弱卸荷帶水平深度20~40 m。

下水庫區(qū)為峽谷地形，河谷深切、岸坡陡峻，在河谷緩坡及沖溝地帶，零星分布崩塌塊石、碎石等崩塌堆積物，一般規(guī)模較小。

工程區(qū)有兩處規(guī)模較大的崩塌堆積體，一處位于上水庫盆Ⅰ西南側(cè)（BT1），分布高程為1 280~1 330 m，分布面積約6.2 萬m2，最大厚度22 m，體積約90 萬m3；崩塌堆積體組成物質(zhì)主要為巖塊夾碎石及少量粘土。崩塌堆積體（BT2）位于下水庫右岸，處于下水庫進（出）水口下游170~830 m的地帶，堆積體沿河岸寬度約660 m，分布最高高程1 050 m 左右，堆積體體積約220 萬m3。

那灑殘坡堆積體在下水庫左岸那灑斜坡地帶（處于河谷的“凹”岸），沿坡面分布大量的殘坡積覆蓋層，由于殘坡積層堆積較厚且地形較陡，坡積體后緣曾經(jīng)在暴雨后出現(xiàn)過開裂變形及局部塌滑，該地村民已作為地質(zhì)災(zāi)害移民搬遷至岸坡頂部的臺地上。

下水庫庫首右岸河灣滑坡體位于紅巖水電站拱壩上游2 km 范圍內(nèi)，水庫右岸為一向南突出的河灣，在紅巖電站工程勘測階段和建設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)該部位主要有5 個滑坡體（分別稱1 號~5 號滑坡），離大壩直線距離約260~760 m。該滑坡群前沿高程841~850 m，其后沿出露高程882~910 m。經(jīng)水庫近50 年運行，已經(jīng)過庫岸再造的過程，已逐漸調(diào)整至穩(wěn)定狀態(tài)。

（5）巖溶水文地質(zhì)條件

工程區(qū)碳酸鹽巖分布廣泛，根據(jù)出露地層的巖性及巖溶發(fā)育強度、透水性程度等，將工程區(qū)出露地層劃分為強巖溶巖組、中等巖溶巖組、弱巖溶巖組、非可溶巖組4 類巖組。強巖溶巖組（P2 m、P2q2）主要分布于兩個初選上水庫（上水庫盆Ⅰ、上水庫盆Ⅱ）南東側(cè)及以東區(qū)域；中等可溶組（∈2-3ls、∈2s、∈1q2）主要分布于庫盆大部及以西區(qū)域；弱巖溶巖組分布于河谷地帶；非可溶巖組（C1d、P1l）出露于上水庫盆Ⅱ南側(cè)至上水庫盆Ⅰ中部一帶，呈北東向展布；金頂山組（∈1j）、明心寺組（∈1m）砂巖、泥巖分布于下水庫區(qū)域。

在P2m、P2q2 強巖溶地層出露的南東側(cè)區(qū)域，洼地、落水洞、溶洞及地下巖溶管道發(fā)育，主要的巖溶管道均位于該套地層內(nèi)。樞紐區(qū)貓?zhí)雍庸妊匕都鞍镀碌貛匆姶蟮娜芏捶植迹匆姶蟮娜l(fā)育，僅發(fā)現(xiàn)一些小的季節(jié)性的泉水。

工程區(qū)地下水以巖溶管道水為主要類型，次為基巖裂隙水，再次為第四系松散堆積層中的孔隙水。貓?zhí)雍庸葹楣こ虆^(qū)地下水最低排泄基準(zhǔn)面。上水庫區(qū)巖溶洼地、落水洞、溶洞、地下巖溶管道等巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，無常年地表水系分布。上水庫區(qū)地表降水主要通過巖溶洼地匯集后，通過落水洞排入地下，大部分通過Kw2、Kw4、Kw5 巖溶管道系統(tǒng)向烏栗槽谷排泄，再以地表水的形式（烏栗小河）排入貓?zhí)?；上水庫區(qū)北面和南面的地表水匯集或分散滲入地下后，通過Kw1、Kw3 巖溶管道系統(tǒng)直接向貓?zhí)优判埂?/p>

（6）壓覆礦

站址區(qū)出露石炭系大塘組（C1d）地層，含鐵礦及鋁土礦，站址區(qū)曾經(jīng)有地表開采痕跡，主要集中在上水庫盆Ⅱ周邊區(qū)域，采礦方式主要為地表開采，少量開挖深度一般小于5 m 的礦洞，對工程無影響。

根據(jù)貴州省地質(zhì)調(diào)查院完成的《貴州貴陽抽水蓄能電站工程建設(shè)項目用地壓覆礦產(chǎn)資源評估報告》，項目壓覆修文縣烏栗礦區(qū)資源量235.37 萬t，其中控制資源量91.50 萬t，推斷資源量143.87 萬t。未列入壓覆量的潛在資源量97.66 萬t；壓覆修文縣烏栗礦區(qū)伴生鎵金屬量139.46 t，其中，控制資源量44.84 t，推斷資源量94.62 t，未列入壓覆量的潛在資源量52.32 t。

1.2.2 地下洞室放射性和環(huán)境Rn 濃度檢測

地下廠房PD1 平硐及支硐的硐室內(nèi)進行的放射性、氡氣及子體濃度含量檢測結(jié)果表明，平硐內(nèi)放射性總輻射量在0.017 μSv/hr~0.311 μSv/hr 之間，平均值為0.067μSv/hr，總輻射量水平較低，職業(yè)工作人員照射水平未超過國家標(biāo)準(zhǔn)。

平硐內(nèi)氡及子體濃度較高，在1 525.6 Bq/m3~2 470.2 Bq/m3，平均值為1 943.85 Bq/m3，測試結(jié)果顯示硐室內(nèi)氡及子體濃度超過規(guī)范要求的400 Bq/m3，由于平硐才開挖完成不久，硐室通風(fēng)不足等原因造成，建議定期對洞內(nèi)開展環(huán)境放射性的復(fù)查，以便及時做好放射性的防護措施。

1.2.3 地應(yīng)力及高壓壓水

（1）地應(yīng)力

本階段在地下廠房勘探平洞內(nèi)的高壓岔管及主廠房位置鉆孔ZKd2、ZKd4、ZKd6 中采用水壓致裂法進行地應(yīng)力測試，終孔深度分別為130.1 m、135 m、131.0 m。在鉆孔測試深度范圍（60~115 m）內(nèi)，最大水平主應(yīng)力值13.12 MPa，平均最大水平主應(yīng)力值7.10 MPa，最大水平主應(yīng)力優(yōu)勢方向為N12°W~N20°W 左右。水平大主應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)λ范圍為0.20~0.91 之間、均值為0.48，表明鉆孔深部區(qū)域存在的水平大主應(yīng)力均值約為估算自重應(yīng)力的0.48 倍；在鉆孔測試深度范圍內(nèi)，各測試段結(jié)果正常，未見異常偏高的構(gòu)造應(yīng)力場。

工程區(qū)主壓應(yīng)力方向N12°W~N20°W 左右，主要構(gòu)造線方向N50°E~N70°E，樞紐區(qū)構(gòu)造線方向與河谷走向近于平行。地下廠房勘探平洞PD1 水平深度634 m，洞內(nèi)未見明顯因高地應(yīng)力引起的圍巖破壞現(xiàn)象。綜合分析認(rèn)為，庫址引水發(fā)電系統(tǒng)區(qū)域因區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場造成的高地應(yīng)力特征不明顯，引水發(fā)電系統(tǒng)區(qū)域地應(yīng)力以巖體自重應(yīng)力為主。

（2）高壓壓水試驗

本階段在引水豎井附近鉆孔ZKD1 和岔管位置鉆孔 ZDK3 進行了高壓壓水試驗，兩鉆均為PD1 平洞內(nèi)。

高壓壓水試驗結(jié)果表明，廠房區(qū)上部清虛洞組第二段（∈1q2）白云巖巖體透水率1.75~20.55 Lu，屬弱透水~中等透水巖體，廠房區(qū)軸線清虛洞組第一段（∈1q1）泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥灰?guī)r及鈣質(zhì)泥巖地層透水率0.62~1.99 Lu，屬微透水~弱等透水巖體。

2 工程地質(zhì)條件及評價

2.1 上水庫（壩）

（1）上水庫

上水庫Ⅱ位于貓?zhí)恿壖t巖電站水庫庫尾右岸陡崖頂部臺地上，庫盆為一淺切的天然巖溶洼地槽谷。出露基巖主要為白云巖、灰?guī)r、泥巖等，上庫區(qū)發(fā)育3 個小型巖溶漏斗及4 個巖溶洼地。上水庫巖體以弱透水巖體為主，微新巖體一般屬弱~微透水巖體，但受巖溶影響整體屬于中等~強透水層。上水庫存在巖溶管道及巖溶裂隙滲漏問題，不具備垂直防滲的條件，需進行全庫盆防滲。庫區(qū)無規(guī)模較大的不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定條件總體較好，上庫西側(cè)及北側(cè)陡崖卸荷弱發(fā)育，卸荷巖體現(xiàn)狀基本穩(wěn)定[4]。

（2） 壩址

壩基主要位于婁山關(guān)群（∈2-3ls）白云巖地層上，滿足建壩要求；壩址南側(cè)壩基大塘組（C1d）、棲霞組第一段（P2q1）弱風(fēng)化巖體為Ⅳ2C，允許承載力為2.0 MPa，該區(qū)域最大壩高約為45.20 m，滿足壩基承載力要求；梁山組（P1l）弱風(fēng)化巖體為V 類，允許承載力為0.8 MPa，該區(qū)域最大壩高為34 m，滿足壩基承載力要求。壩基底部K05 落水洞連接巖溶管道，洞口內(nèi)空腔及豎井1 規(guī)模較大且埋深較淺，建議進行回填處理。豎井1 之后的巖溶管道規(guī)模?。▽挾刃∮? m）且埋深大于40 m，對壩基穩(wěn)定影響小。

2.2 下水庫

下庫紅巖水電站大壩壩肩抗滑穩(wěn)定，壩體及壩基防滲效果較好，拱壩及下游水墊塘兩岸邊坡整體穩(wěn)定。抽水蓄能電站建成后，將與紅巖電站聯(lián)合運行，水庫正常蓄水位及死水位與原紅巖電站一致，對大壩基本無影響。

2.3 輸水發(fā)電系統(tǒng)

（1）地下廠房

廠房1 號~4 號機組地基均為清虛洞組第一段第三層（∈1q1-3）薄~中厚層泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖；斷層fpd1-F3 從4 號機組附穿過，斷層fpd1-18 從2號機組附穿過。泥灰?guī)r巖塊強度較高，鈣質(zhì)泥巖夾層強度低、層厚薄無強度實驗數(shù)據(jù)，巖體完整性差，建議開挖后及時對地基進行封閉處理，對局部夾雜較軟弱的泥巖、斷層破碎帶采取必要的工程處理措施。估計廠房及其附屬洞室群的涌水量約3 500 m3/d，廠房涌水量較大，需考慮必要的排水措施。廠房開挖過程中存在沿斷層破碎帶及溶蝕裂隙帶的涌水問題，廠房區(qū)需進行全封閉防滲及預(yù)排水處理，外水壓力建議暫按0.5 倍水頭考慮。

（2）輸水系統(tǒng)

引水事故閘門井圍巖為婁山關(guān)群（∈2-3ls）淺灰、灰色薄層至中厚層細(xì)粒白云巖，為硬質(zhì)巖，巖體較完整，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，具備成井地質(zhì)條件。

壓力管道上平段及上彎段圍巖婁山關(guān)群（∈2-3ls）白云巖，主要為硬質(zhì)巖，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，具備成洞地質(zhì)條件。

豎井段圍巖主要為硬質(zhì)巖，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，具備成洞地質(zhì)條件，高臺組（∈2 g）地層洞段及斷層帶為Ⅳ類圍巖。

下彎段圍巖為∈1q2 白云巖及∈1q1-4 泥質(zhì)條帶灰?guī)r，主要為硬質(zhì)巖，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，具備成洞地質(zhì)條件。

下平段∈1q1-4 灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r段巖體較完整，圍巖類別以Ⅲ1 類為主，∈1q1-3 薄~中厚層泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖段巖體完整性差，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，fpd1-19 斷層帶及局部裂隙密集帶為Ⅳ類圍巖。

高壓鋼岔管及引水支管段圍巖∈1q1-4 灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r段巖體較完整，圍巖類別以Ⅲ1 類為主，∈1q1-3 薄~中厚層泥灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖段巖體完整性差，圍巖類別以Ⅲ2 類為主，fpd1-F3、fpd1-18 斷層帶及局部裂隙密集帶為Ⅳ類圍巖。

尾水鋼管及尾水隧洞穿越地層為寒武系清虛洞組一段∈1q1，圍巖類別以Ⅲ2 類為主；其中∈1q1-2 薄層鈣質(zhì)泥巖夾泥巖段巖體完整性差，圍巖類別Ⅳ類，fpd1-F3、fpd1-18 斷層帶及局部裂隙密集帶為Ⅳ類圍巖。

尾水閘室?guī)r體完整性差，局部較破碎，洞室圍巖以Ⅲ類為主，圍巖局部穩(wěn)定性差，局部斷層及巖體破碎帶為IV 類，頂拱局部緩傾角裂隙與斷層組合形成的不穩(wěn)定塊體，建議施工時及時采取隨機支護處理措施。

下庫進/出水口部位巖體卸荷作用較弱，下游側(cè)BT2 崩塌堆積體將進行削坡減載及護岸處理，其余滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育。進/出水口段建筑物主要位于弱~微風(fēng)化巖體中，巖體主要為薄~中厚層結(jié)構(gòu)，圍巖以Ⅲ類為主。進出口洞口邊坡穩(wěn)定性較好。

（3）開關(guān)站

開關(guān)站地基為強風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖地層，巖體質(zhì)量差，局部泥巖地基需采取混凝土置換等措施進行地基加強處理。開關(guān)站邊坡最大開挖高度40 m，位于斷層F 7 下盤影響帶內(nèi)，上部覆蓋層厚度4.5~10 m，為坡積粘土夾碎塊石，下部為強風(fēng)化巖體，巖體完整性差，邊坡穩(wěn)定性較差，建議加強支護。

3 結(jié)論

貴陽抽水蓄能工程地處高山巖溶洼地地區(qū)，巖溶發(fā)育，巖溶水文地質(zhì)條件復(fù)雜，存在巖溶滲漏、巖溶塌陷、洞室?guī)r溶涌水、邊坡穩(wěn)定等工程地質(zhì)問題[5]，本文通過對各建筑物的工程地質(zhì)評價，主要結(jié)論如下：

(1)工程近場區(qū)無活動斷裂分布，歷史地震活動弱，工程區(qū)50 年超越概率10%的地震動峰值加速度為50.8~54.0 cm/s2，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好。

（2）上水庫天馬山庫址為淺蝕巖溶洼地，庫盆基巖為寒武系、二疊系碳酸鹽巖，石炭系、二疊系碎屑巖，發(fā)育巖溶洼地、落水洞和管道型溶洞，巖溶滲漏問題突出，需進行全庫盆防滲處理。庫底落水洞可能發(fā)生小規(guī)模巖溶塌陷，影響庫盆穩(wěn)定，需采取處理措施。

（3）下水庫利用已建水庫，已穩(wěn)定運行多年，不存在水庫滲漏問題，庫岸主要為巖質(zhì)岸坡，整體穩(wěn)定性較好。

（4）輸水發(fā)電系統(tǒng)沿線山體雄厚，洞室穿越寒武系地層，主要為白云巖，石英粉砂巖，砂質(zhì)、泥質(zhì)白云巖，灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r、泥灰?guī)r，鈣質(zhì)泥巖等，巖體微新為主，小規(guī)模斷層與陡傾角節(jié)理較發(fā)育，勘探未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模巖溶管道。輸水隧洞圍巖以Ⅲ類為主、部分較軟巖洞段與斷層帶部位為Ⅳ類。下水庫進出水口后部自然邊坡高陡，局部發(fā)育危巖體，應(yīng)重視危巖體對進出水口運行安全的影響。