虎跳峽河段水電開(kāi)發(fā)方案研究

虎跳峽河段水電開(kāi)發(fā)方案研究

金沙江虎跳峽段位于云南省西北高山峽谷和金沙江上游上游。從上到下，從下到下，全長(zhǎng)約185公里，水位下降到340米。它擁有豐富的水和豐富的能源資源。這是中國(guó)西部重要的水資源能源基地之一。虎跳峽河段水電開(kāi)發(fā)方案研究工作始于20世紀(jì)50年代，至今近60年。該河段規(guī)劃比選壩址從下游到上游依次有下峽口、上峽口、龍?bào)?又稱龍盤)、石鼓、紅巖、上江、塔城、其宗8個(gè)壩址，其中前5個(gè)壩址為虎跳峽建壩的比選方案，后3個(gè)壩址為替代虎跳峽高壩的比選方案。虎跳峽河段河床覆蓋層深厚，除下峽口、上峽口河床覆蓋層相對(duì)較薄外，其余深厚為100～250m，其中龍?bào)?10m、石鼓172m、紅巖250m、上江206m、塔城100m、其宗100m，覆蓋層成分復(fù)雜，其特征研究是本河段水電工程建設(shè)的重大工程地質(zhì)問(wèn)題之一。1虎跳峽第三河段金沙江虎跳峽河段處于青藏高原東南隅，金沙江河谷谷底高程為1610～1950m，切割深度1500～3000m。本河段在其宗以上為峽谷河段，河面寬100～230m;其宗-上峽口為寬谷河段，河面寬500～800m(石鼓鎮(zhèn)一帶最寬處達(dá)2000m);虎跳峽大峽谷，河面寬30～80m。本河段金沙江兩岸斷續(xù)分布Ⅰ～Ⅳ級(jí)階地，出露地層除奧陶系中統(tǒng)、侏羅-白堊系、上第三系缺失外，其它各時(shí)代地層均有分布，此外區(qū)內(nèi)還有巖漿巖侵入。在大地構(gòu)造單元上，以中甸-龍?bào)?喬后斷裂(F16)為界，東為揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)，西屬松潘-甘孜褶皺系，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NNW～近SN,NW和NE向斷裂(圖1)。本河段最早的地震記錄為1474年云南鶴慶5.5級(jí)地震，近場(chǎng)區(qū)最大地震是1996年云南麗江7級(jí)地震，到2007年共記錄到破壞性地震128次，其中震級(jí)4.7～4.9級(jí)共25次、震級(jí)5.0～5.9級(jí)共81次、震級(jí)6.0～6.9級(jí)共20次、震級(jí)7.0～7.9級(jí)共2次，歷史地震對(duì)石鼓及其以上壩址的最大影響烈度為Ⅴ～Ⅵ度，石鼓以下壩址Ⅶ～Ⅷ度?？梢?jiàn)，本河段屬于強(qiáng)地震區(qū)或強(qiáng)地震影響區(qū)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差-差。2河床深度涂層特征2.1．河口覆蓋層厚度金沙江虎跳峽河段河床地質(zhì)縱剖面見(jiàn)圖2。其宗以上河段，河床覆蓋層厚度約100m;其宗至龍?bào)春佣?，河床覆蓋層厚度約100～250m;龍?bào)匆韵潞佣?，河床覆蓋層厚度約50m。因此，河床覆蓋層厚度超100m的河段為其宗-龍?bào)春佣?，最大厚度達(dá)到250m。2.2覆蓋層巖組分析已有的研究成果表明,本河段河床覆蓋層物質(zhì)包括現(xiàn)代河流沖積層、古河(湖)沖(堆)積層,以及近岸坡積層,成分復(fù)雜,但呈現(xiàn)出一定規(guī)律性。以塔城壩址為例,該壩址河床覆蓋層厚27.9～106.5m。根據(jù)河床覆蓋層物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征,自上而下將其劃分為4個(gè)巖組(表1、圖3)。從表1可以看出,Ⅰ巖組混雜有片巖、千枚巖成分,為近岸坡積層物質(zhì),是河流沖積、冰水堆積等共同作用的結(jié)果(又稱加積作用),這一現(xiàn)象在金沙江虎跳峽河段的其宗、上江、紅巖、石鼓河段的河床覆蓋層中普遍存在。2.3工程屬性2.3.1勘探與實(shí)驗(yàn)研究方法為獲取河床深厚覆蓋層工程特性指標(biāo)，針對(duì)覆蓋層的物質(zhì)組成及埋藏條件，普遍采用的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)方法見(jiàn)表2。2.3.2土的分類結(jié)構(gòu)根據(jù)表1顆粒組分成果，采用《DL/T5355-2006》土的分類標(biāo)準(zhǔn)，Ⅳ、Ⅲ巖組為混合巨粒土，Ⅱ巖組為細(xì)粒類土，Ⅰ巖組為巨粒混合土。各巖組常規(guī)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表3。2.3.3壓縮模量與試驗(yàn)壓力對(duì)Ⅱ巖組分別進(jìn)行了0.05～1.60MPa壓力下的壓縮試驗(yàn)，其壓縮系數(shù)與壓縮模量與試驗(yàn)壓力表現(xiàn)出較好的相關(guān)性。壓縮系數(shù)隨著試驗(yàn)壓力的增加呈線性減小(見(jiàn)圖4(a));壓縮模量則呈線性增大(見(jiàn)圖4(b))。2.3.4巖組巖組剪切波波速變化河床深厚覆蓋層聲波波速:Ⅳ巖組為839～1193m/s;Ⅲ巖組為839～1939m/s;Ⅱ巖組為965～1072m/s;Ⅰ巖組為1495～1836m/s。剪切波波速:Ⅳ巖組為331～469m/s;Ⅲ巖組為357～658m/s;Ⅱ巖組為410～806m/s;Ⅰ巖組為751～1031m/s。成果表明，河床覆蓋層聲波波速自上至下呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，從一個(gè)方面反應(yīng)出河床覆蓋層密實(shí)度由上至下逐漸增大。3壩體變形特征分析金沙江虎跳峽河段河床深厚覆蓋層的存在，對(duì)該河段水電開(kāi)發(fā)而言，適宜修建當(dāng)?shù)夭牧蠅?。與河床深厚覆蓋層相關(guān)的主要工程地質(zhì)問(wèn)題有壩(堰)基壓縮變形、壩(堰)基滲透穩(wěn)定與基坑涌水、壩(堰)基土層震動(dòng)液化。本河段河床深厚覆蓋層Ⅰ巖組為巨粒混合土，Ⅲ、Ⅳ巖組為混合巨粒土。其中，Ⅰ巖組變形模量為60～70MPa、Ⅲ巖組55～65MPa、Ⅳ巖組60～70MPa，變形模量較高、壓縮性較低，在壩體作用下的變形量較小;中部Ⅱ巖組為黏土，壓縮系數(shù)0.15～0.18MPa-1，變形模量15～18MPa，變形模量較低，具中等壓縮性，在壩體作用下將產(chǎn)生一定的壓縮變形量，能否滿足大壩安全需要核算、論證。本河段河床覆蓋層厚度大，上部為混合巨粒土(Ⅲ、Ⅳ巖組)，下部為巨?；旌贤?Ⅰ巖組)，中間夾黏土層。根據(jù)表3，河床壩基覆蓋層上部Ⅲ、Ⅳ巖組允許破壞比降為0.10～0.20，存在壩基滲透穩(wěn)定問(wèn)題，需要采取工程措施進(jìn)行防滲處理;混合巨粒土(Ⅲ、Ⅳ巖組)與巨?；旌贤?Ⅰ巖組)，滲透系數(shù)i×10-2～i×100cm/s，具強(qiáng)透水性，壩(堰)基坑涌水問(wèn)題將十分突出。此外，本河段地震基本烈度為Ⅶ度，按照規(guī)范要求，需對(duì)河床覆蓋層土的震動(dòng)液化進(jìn)行判別，因此應(yīng)重視壩(堰)基土層震動(dòng)液化問(wèn)題。4覆蓋層對(duì)河流覆蓋層生長(zhǎng)的控制金沙江虎跳峽河段河床覆蓋層深厚，組成物質(zhì)包括現(xiàn)代河流沖積層、古河(湖)沖(堆)積層，以及近岸坡積層，成分復(fù)雜，但呈現(xiàn)出一定規(guī)律性。河床覆