紫坪铺水利枢纽工程研究成果

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：对同一重大地质问题,采用不同的分析研究方法,相互论证结果的可靠性。为查清极其复杂的地质条件,深入论证重大工程地质问题,确保基础资料的可靠性奠定了坚实的基础。为工程提前1年顺利建成起到了重要的作用,取得了巨大的经济效益和社会效益。紫坪铺工程自2005年9月30日蓄水、发电以来,一直安全运行。

紫坪铺水利枢纽工程地质条件复杂,工程难度大,有区域构造稳定、水库向邻谷白沙河渗漏、软基建坝、坝区水文地质和水动力场、工程开挖高边坡稳定、废旧煤洞分布及其对工程建筑物稳定性影响、坝前左岸堆积体稳定问题等。通过开展一系列专题研究,解决了这些重大的工程地质问题,取得了较好的成果。

工程区夹持于北川—映秀断裂和安县—灌县断裂之间,区内无大的活动性断裂分布,枢纽区地震基本烈度为Ⅶ度,肯定了工程区可以建高坝。在极为复杂的地质构造环境中选择了条件适宜的坝址。水库蓄水后,库区左岸龙溪河支库不存在库水沿飞来峰条形碳酸盐岩向邻谷白沙河产生岩溶渗漏的可能性。在天然状态下坝前左岸堆积体整体和局部均处于稳定状态。在水库运行条件下,整体稳定,在遭遇Ⅶ度地震情况下,整体安全系数仅1.001～1.005,安全裕度甚少。灯盏坪、葫豆坪前沿一带K=0.811,处于不稳定状态,对堆积体采取了压坡体和坡脚的处理方案,经一年多水库蓄水运行,监测成果表明,堆积体处于稳定状态。枢纽区内无大区域性断裂通过,沙金坝向斜核部保存完好,层间剪切错动带是枢纽区最为普遍的构造形迹,其他断层以压扭性为主,均属区域主干断裂之派生的次级浅表小断层,不是切穿地壳的基底断层,不具新活动性,也不是发震断层。尽管煤洞对工程造成的危害可能较大,但重视废旧煤洞的勘察研究与处理,消除了工程隐患,经水库蓄水检验效果较好,目前尚未发现沿煤洞产生的渗漏迹象。开展软基建坝专题研究,直接节约工程投资约5000万元。提出了紫坪铺趾板地基可利用岩体质量标准,抬高了建基面,节约了大量工程投资。重视工程高边坡稳定性研究与处理,处理后的边坡处于稳定状态。重视边坡变形监测资料的反馈动态设计,直接节约工程投资上千万元,创新提出了具先进水平的滑坡临滑预报方法,准确预报了2号导流(泄洪)洞出口边坡多次滑坡,避免了人身伤亡事故和财产损失。重视地下洞室群围岩的稳定研究,工程处理针对性强,地下洞室瓦斯危险性预测评价准确,较好地指导了工程施工,防止了瓦斯事故的发生。开展坝区水文地质条件与水动力场研究,使防渗方案做到经济、合理,水库蓄水运行检验,防渗效果较好。重视天然筑坝材料的勘察与运用,选用料场质量、储量均满足要求,保证了大坝的填筑质量和工期。

取得的基本经验如下。

(1)重视前期勘察工作,确保基本勘探试验工作量的投入和基本的勘察周期。尤其是针对重大的、有争论的地质问题更要投入大量的研究力量。该工程共累计完成钻孔2万余米,洞探5000多米,物探剖面长达数十千米,各种试验累计1000多组,专题研究数十项。为了论证右岸沙金坝向斜形态、查清地下洞室群围岩稳定条件、评价瓦斯危害,在条形山脊布置长勘探平硐(长约630m),平硐贯穿了条形山脊。根据探硐资料分析枢纽区右岸条形山脊是一个完整且倾伏的向斜,施工开挖表明这个向斜的形态特征与前期一致,长勘探平硐对查明枢纽区构造条件和洞室群的条件起到了至关重要的作用。在极为复杂的地质构造环境中选择了条件适宜的坝址。

(2)加强工程地质宏观分析判断,采用定量与定性分析相结合,充分利用先进勘察手段、分析方法和分析计算程序,开展深入的专题研究工作。对同一重大地质问题,采用不同的分析研究方法,相互论证结果的可靠性。前期工程勘察采用了航空地质测绘、SM植物胶冲洗液与SD系列钻探工艺、瞬变电磁法测试、现场大型基岩群孔抽水试验、斜坡稳定性离心机物理模型试验、数码地质编录、渗流场的非稳定流分析、岩土体稳定性数值模拟计算等多种新技术、新方法。如为论证坝前堆积体的稳定性,在对堆积体进行了大量的地面地质调查、多手段勘探和物理、力学性试验,查清边界条件的基础上,运用4种以上的刚体极限平衡法和平面、空间弹塑性有限元法进行稳定性计算,同时还将离心机模型这种物理模拟试验运用到稳定性分析中,这在当时国内还不多见；重视工程高边坡稳定性研究与处理、软基建坝、趾板地基利用部分强风化岩体、废旧煤洞的勘察与处理、地下洞室瓦斯危险性预测评价等专题研究,解决了一系列重大工程地质问题,消除了工程隐患,为设计提供了坚实的基础工程地质资料,较好地指导了工程施工,并节省了大量的工程处理量和工程投资。经水库蓄水检验效果较好。

(3)积极开展与有关科学研究单位协作,集中国内优秀的科研院所和大专院校的研究力量,互为补充。在长期的勘察工作中,联合了20余个国内高水平的科学研究院和大专院校,开展了数十项专题研究,取得了大量的研究成果。为查清极其复杂的地质条件,深入论证重大工程地质问题,确保基础资料的可靠性奠定了坚实的基础。

(4)重视监测工作,加强对监测成果的分析判断,根据监测结果进行动态岩土工程设计和实施工程处理。施工初期对监测重视不够,边坡和洞室开挖中均出现了一些变形,多次造成边坡滑坡和洞室变形、垮塌,使工程建设一度处于被动状态。后期加强了边坡和洞室的变形观测,边坡上建立了多点位移计、倾斜仪等,灌浆时地基中采用多点位移计,及时捕捉了变形情况,指导了工程处理,如提出了具有先进水平的滑坡临滑预报方法,准确预报了2号导流(泄洪)洞出口边坡多次滑坡,避免了人身伤亡事故和财产损失；引水洞进口边坡通过监测发现边坡开挖过程中坡体变形量较大,及时采取加强处理措施后,控制了变形的进一步发展,并保证了坡体的稳定；溢洪道边坡通过监测资料反馈,取消了部分锚索工程量。

(5)组织精干的勘察设计代表队伍,安排高水平的专业技术人员,及时编录、分析、反馈施工开挖揭示后的各种地质缺陷和地质问题的信息,提出针对不同地质缺陷和问题的处理措施与建议；针对重大工程地质问题,集思广益,开展不同层次的专题技术讨论会。施工过程中严格按设代工作大纲进行工作,制定符合紫坪铺工程特点的各种编录卡(表),使工作做到标准化、规范化；并将任务落到实处,具体分解到项目、部位和人员。工作中做到了前瞻性和预见性,对施工可能出现的地质问题及时发出各种预报和对策措施建议,以指导施工。为工程提前1年顺利建成起到了重要的作用,取得了巨大的经济效益和社会效益。

紫坪铺工程自2005年9月30日蓄水、发电以来,一直安全运行。水库库岸边坡稳定,水库无明显渗漏现象；枢纽区边坡、地基、洞室围岩稳定。安全监测表明,各项标均处于正常工作状态。这些都证实了前期勘察工作成果的正确、可靠。紫坪铺工程的成功建成,在中国水利水电工程建设历史上具有重要意义,为复杂地质条件下的工程勘察、设计、施工等提供了可资借鉴的宝贵经验。

紫坪铺水利枢纽工程研究成果

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