安宁水电站地下厂房位置及其轴线方向选择

杨 鹏 飞

(1.吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026； 2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

安宁水电站地下厂房位置及其轴线方向选择

杨 鹏 飞1,2

(1.吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026； 2.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

在分析安宁水电站厂房区工程地质条件的基础上，就厂房位置及其轴线方向的选择进行了研究，结合厂房区围岩类型，确定了地下厂房位置的选择原则，并从地质条件与枢纽布置条件比较了轴线的方向，建议厂房轴线方向为NW335°

地下厂房，轴线，方向，围岩，位置

0 引言

枢纽布置格局比选工作是水电工程研究的一项重要工作，而地下厂房位置及轴线方向的选择是枢纽布置格局比选过程的关键性地质工作，厂房位置和轴线方向确定后，枢纽布置格局就基本确定了[1-4]。本文通过对安宁水电站地下厂房区勘探平洞的围岩地质分类，结合优势结构面发育状况及地应力等地质因素对地下厂房区进行工程地质单元分区，从而选择合适的地下厂房位置。同时结合地下厂房轴线方向与发育的优势结构面夹角大小、水工布置方案顺畅等，对厂房轴线的选择提出地质建议。

1 工程概况

安宁水电站位于四川省阿坝州境内的大渡河干流上，电站最大坝高66 m，装机容量400 MW。枢纽建筑物由沥青混凝土心墙堆石坝、右岸泄水建筑物、左岸输水系统及地下厂房组成[5]。

地下厂房布置于坝址左岸山体内，主要建筑物包括主厂房、副厂房及安装场，主副厂房、主变室和尾调压平行布置。地下厂房设计顶拱高程2 113.0 m，底板高程2 051.2 m；地下主副厂房开挖尺寸(长×宽×高)为175.8 m×24.9 m×61.8 m。

2 工程地质条件

地下厂房区地表高程2 180 m～2 363 m，地形坡度为27°～43°，局部呈近平台状缓坡，坡面基岩裸露。主厂房水平埋深181 m～288 m，垂直埋深144 m～281 m。厂房区围岩为新鲜的似斑状黑云花岗岩，其间穿插少量宽度小于1 m的石英脉，脉体与花岗岩多呈焊接接触，个别呈裂隙式接触。花岗岩体中常见变质砂岩捕掳体，直径一般5 cm～10 cm，大者可达1.2 m。厂房区地表岩体多以强卸荷、弱风化为主，强卸荷垂直深度约2 m～3 m，弱风化垂直深度约69 m～130 m，厂区围岩均为微新岩体，岩石新鲜，致密坚硬。

地下厂房区无区域性断裂通过，据勘探平洞揭示，结构面发育主要为小断层和节理裂隙，厂房部位岩体完整性总体为较完整～完整，岩体整体以块状～整体状结构为主。

1)小断层：厂房勘探平洞PDk01揭示对地下厂房有影响的小断层发育有14条。小断层走向以NE向为主，NW向较少，倾向NW居多，倾角多为中缓倾角，小断层均为压性或压扭性，主错带多为碎裂岩、碎粉岩和泥质，带宽一般5 cm～10 cm，断层面多起伏粗糙，个别呈波状起伏，多附着水锈和泥质，断层影响带均不宽或者无影响带。

2)节理裂隙：对厂房勘探平洞编录的424条裂隙进行统计分析(如图1所示)，优势结构面主要有4组：L1:NW270°～290° SW∠30°～80°；L2:NW310°～320° SW/NE∠10°～60°；L3:NE5°～30° NW/SE∠30°～50°；L4:NE60°～70° SE/NW∠20°～60°。

其中L1组最为发育，L2，L4组次之，裂面多起伏粗糙，面上多附着泥、锈膜，充填以岩屑为主，L2组中倾NE的缓倾角裂隙较为发育。同一部位裂隙发育组数一般1组～2组，除个别段外，裂隙发育间距一般较大。

4)地应力特征：厂房勘探平洞未见片帮现象，钻孔中也未见饼状岩芯，厂区为中低地应力区。地应力测试结果显示最大主应力σ1量级为8 MPa～14 MPa，最大主应力方向为NE～NNE(即NE26°～38°)，倾角为9.89°(仰角为正)。

3 厂房区围岩分类

影响厂区围岩稳定的因素是多种多样的，主要是岩体的强度、完整性、结构面及水的赋存状态等。

根据厂区岩体试验成果，结合地下洞室围岩工程地质条件，以GB 50287—2006水力发电工程地质勘察规范附录J为分类标准，对厂房系统地下洞室围岩进行详细分类，并用巴顿Q系统围岩分类标准进行比对(见表1)，厂房区岩体类别分区见图2。

表1 厂房勘探平洞分段围岩工程地质分类表

由厂房勘探平洞围岩工程地质分类可知，厂区Ⅱ类围岩占31%；Ⅲ1类围岩占53%；Ⅲ2类围岩占6%；Ⅳ类围岩占10%，具备布置大型地下洞室的工程地质条件。

4 地下厂房位置的选择

地下厂房位置选择原则：1)厂房位置应位于微新岩体内；2)尽量避开不良地质条件发育段；3)厂房位置宜布置在岩性单一，岩体完整的岩体；4)有利于枢纽建筑物整体协调布置等。

厂房勘探平洞PDk01揭示：厂区岩性为似斑状黑云花岗岩，岩性单一；地表岩体风化卸荷较弱，垂直69 m以下、水平85 m以里为微风化～新鲜岩体；岩体以块状～整体状为主，岩体完整性好。

1)勘探平洞PDk01桩号K4+0～K4+75 m段无规模较大断层及软弱带分布，但小断层较发育，多为中等倾角或缓倾角，破碎带宽度较小，构造岩多为岩块、岩屑型或岩屑夹泥型，上下盘面均有0.5 cm～1 cm的断层泥。裂隙较发育，沿断层面或裂隙面滴水。岩体呈次块状结构，局部甚至呈镶嵌结构，个别走向与勘探平洞轴线近平行或小角度相交的中、缓倾角小断层、长大裂隙的组合常在拱角部位形成楔形塌块，围岩类别虽以Ⅲ2为主，但不乏Ⅳ类围岩；2)勘探平洞PDk01桩号K4+75 m～K4+225 m段岩体新鲜，小断层不发育，节理裂隙不甚发育，延伸不长，裂面多闭合。岩体呈整体状～块状结构，局部呈次块状结构，围岩类别以Ⅲ1～Ⅱ类为主，成洞条件较好；3)勘探平洞PDk01-1桩号K0+35 m～K0+60 m段发育一条与洞轴线小角度斜交的断层f20，压性，断层带宽为3 cm～5 cm，局部较宽，可达25 cm，构造岩多为挤压片状岩、碎裂岩，充填灰色断层泥，断层上盘发育长石石英脉，下盘有宽约0.5 m的影响带，沿断层有渗水现象，受其影响，该洞段围岩类别为Ⅳ类；节理裂隙虽发育组数较多，同一部位一般只出现1组～2组，但应注意缓倾角裂隙对洞室拱角部位的影响；4)地应力测试结果表明，厂房区为中低地应力区。

综上所述，PDk01桩号K4+75 m往里段，岩体新鲜，小断层不发育，节理裂隙不甚发育，延伸不长，裂面多闭合，岩体整体以块状～整体状结构为主，围岩类别以Ⅲ1～Ⅲ2类为主，Ⅱ类次之，局部可能出现Ⅳ类围岩，地应力不高，适宜布置地下厂房。综合考虑，建议地下厂房布置于此段，这样整个地下厂房均位于较为完整的花岗岩体内，并在此基础上，综合考虑输水发电建筑物的布置条件进行厂房轴线选择。

5 地下厂房轴线的选择

地下厂房轴线方向的选择主要考虑的因素包括：轴线方向与切割厂房的优势结构面的夹角等；轴线方向与厂房区围岩最大主应力方向的夹角大小；有利于其他建筑物协调布置等。厂房勘探平洞编录资料统计分析表明，厂房区小断层的主要发育走向为NE30°～60°，倾角以中缓倾角为主，节理裂隙的主要发育走向为NWW和NE向，倾角以中陡倾角为主，同时考虑小断层和发育裂隙走向，结合水工布置方案，厂房轴线方位宜为NW310°～340°之间；由于厂区地应力较小，厂房轴线选择可不作为主要因素考虑其影响。综合以上因素，本阶段初拟NW317°,NW335°两个轴线方向进行比选。1)从地质条件比较。两方案地下厂房均处于PDK01探洞K4+75 m以里，围岩均为微新岩体。两方案地下厂房纵轴线均与厂区揭露的小断层走向呈大角度相交，不同点在于：方案一厂房轴线方向为NW317°，与优势裂隙面L1最小夹角27°，与较为不发育的裂隙面L2近于平行，与L3，L4组裂隙面成大角度，裂隙面L1和L2对厂房上、下游边墙的稳定不利；方案二厂房轴线方向NW335°，与优势裂隙面L1最小夹角45°，成大角度，与较为不发育的裂隙面L2夹角为15°，与L3，L4组裂隙面成大角度，方案二厂房轴线方向与厂房区主要裂隙面和构造面的走向均成较大角度。从地质构造走向条件看，方案二厂房轴线方向较优，有利于洞室围岩稳定。2)枢纽布置条件比较。从枢纽布置条件看，厂房轴线越接近南北方向，输水线路的布置越顺畅、尾水隧洞长度越短，但压力管道却越长、电站调节性能越差。与方案一比较，方案二压力管道长度增加123 m，尾水隧洞减少了124 m，尾水调压室规模减小，总的输水系统工程量较方案一小。故方案二枢纽布置条件较好，工程量较小，从枢纽布置条件比较，方案二厂房轴线方向NW335°较优。综合考虑厂房轴线与主要裂隙面和断层面夹角大小、水工枢纽布置方案顺畅、开挖工程量方面等考虑，建议厂房轴线方向为NW335°

6 结语

安宁水电站地下厂房位于微风化花岗岩岩体中，岩石新鲜，致密坚硬。在地下厂房位置及其轴线选择时充分考虑了地质条件、水工布置及运行条件，根据综合比较，确定了安宁水电站地下厂房的位置，建议厂房轴线方向为NW335°。

[1] 李锦飞.琅玡山抽水蓄能电站厂房位置及轴线方向的优化选择[J].工程地质学报，2003(4)：57-58.

[2] 李广诚，王思敬.十三陵抽水蓄能电站地下厂房位置的选择[J].工程地质学报，1999(2)：11-13.

[3] 米应中.板桥峪抽水蓄能电站地下厂房位置及其轴线方向的选择[J].水利水电技术，1999(9)：109-110.

[4] 曲海珠，李治国，李红心.猴子岩水电站地下厂房位置及其轴线方向的选择[J].四川水利发电，2012(1)：85-86.

[5] 中国水电顾问集团北京勘测设计研究院.安宁水电站可行性研究报告[R].2012.

Selection on the location and axis for the underground powerhouse of Anning hydroplant

Yang Pengfei1，2

(1.CollegeofEngineeringConstruction，JilinUniversity，Changchun130026，China；2.PowerChinaBeijingEngineeringCorporationLimited，Beijing100024，China)

On the basis of analyzing geological conditions of Anning hydropower station workshop engineering, the paper studies the workshop location and its axis direction selection. Combining with the surrounding rock types in the workshop region, it determines the underground workshop location selecting principles, compares the axis direction from two aspects of geological conditions and hub distribution conditions, and suggests the workshop axis direction to be NW335°.

underground workshop, axis, direction, surrounding rock, location

2015-01-29

杨鹏飞(1982- )，男，在读工程硕士，工程师

1009-6825(2015)10-0054-03

TV222

A