虎跳峡河段水电开发方案研究

虎跳峡河段水电开发方案研究

金沙江虎跳峡段位于云南省西北高山峡谷和金沙江上游上游。从上到下，从下到下，全长约185公里，水位下降到340米。它拥有丰富的水和丰富的能源资源。这是中国西部重要的水资源能源基地之一。虎跳峡河段水电开发方案研究工作始于20世纪50年代，至今近60年。该河段规划比选坝址从下游到上游依次有下峡口、上峡口、龙蟠(又称龙盘)、石鼓、红岩、上江、塔城、其宗8个坝址，其中前5个坝址为虎跳峡建坝的比选方案，后3个坝址为替代虎跳峡高坝的比选方案。虎跳峡河段河床覆盖层深厚，除下峡口、上峡口河床覆盖层相对较薄外，其余深厚为100～250m，其中龙蟠110m、石鼓172m、红岩250m、上江206m、塔城100m、其宗100m，覆盖层成分复杂，其特征研究是本河段水电工程建设的重大工程地质问题之一。1虎跳峡第三河段金沙江虎跳峡河段处于青藏高原东南隅，金沙江河谷谷底高程为1610～1950m，切割深度1500～3000m。本河段在其宗以上为峡谷河段，河面宽100～230m;其宗-上峡口为宽谷河段，河面宽500～800m(石鼓镇一带最宽处达2000m);虎跳峡大峡谷，河面宽30～80m。本河段金沙江两岸断续分布Ⅰ～Ⅳ级阶地，出露地层除奥陶系中统、侏罗-白垩系、上第三系缺失外，其它各时代地层均有分布，此外区内还有岩浆岩侵入。在大地构造单元上，以中甸-龙蟠-乔后断裂(F16)为界，东为扬子准地台，西属松潘-甘孜褶皱系，区内主要发育NNW～近SN,NW和NE向断裂(图1)。本河段最早的地震记录为1474年云南鹤庆5.5级地震，近场区最大地震是1996年云南丽江7级地震，到2007年共记录到破坏性地震128次，其中震级4.7～4.9级共25次、震级5.0～5.9级共81次、震级6.0～6.9级共20次、震级7.0～7.9级共2次，历史地震对石鼓及其以上坝址的最大影响烈度为Ⅴ～Ⅵ度，石鼓以下坝址Ⅶ～Ⅷ度。可见，本河段属于强地震区或强地震影响区，区域构造稳定性较差-差。2河床深度涂层特征2.1．河口覆盖层厚度金沙江虎跳峡河段河床地质纵剖面见图2。其宗以上河段，河床覆盖层厚度约100m;其宗至龙蟠河段，河床覆盖层厚度约100～250m;龙蟠以下河段，河床覆盖层厚度约50m。因此，河床覆盖层厚度超100m的河段为其宗-龙蟠河段，最大厚度达到250m。2.2覆盖层岩组分析已有的研究成果表明,本河段河床覆盖层物质包括现代河流冲积层、古河(湖)冲(堆)积层,以及近岸坡积层,成分复杂,但呈现出一定规律性。以塔城坝址为例,该坝址河床覆盖层厚27.9～106.5m。根据河床覆盖层物质组成及结构特征,自上而下将其划分为4个岩组(表1、图3)。从表1可以看出,Ⅰ岩组混杂有片岩、千枚岩成分,为近岸坡积层物质,是河流冲积、冰水堆积等共同作用的结果(又称加积作用),这一现象在金沙江虎跳峡河段的其宗、上江、红岩、石鼓河段的河床覆盖层中普遍存在。2.3工程属性2.3.1勘探与实验研究方法为获取河床深厚覆盖层工程特性指标，针对覆盖层的物质组成及埋藏条件，普遍采用的室内实验及现场原位试验方法见表2。2.3.2土的分类结构根据表1颗粒组分成果，采用《DL/T5355-2006》土的分类标准，Ⅳ、Ⅲ岩组为混合巨粒土，Ⅱ岩组为细粒类土，Ⅰ岩组为巨粒混合土。各岩组常规物理力学性质指标见表3。2.3.3压缩模量与试验压力对Ⅱ岩组分别进行了0.05～1.60MPa压力下的压缩试验，其压缩系数与压缩模量与试验压力表现出较好的相关性。压缩系数随着试验压力的增加呈线性减小(见图4(a));压缩模量则呈线性增大(见图4(b))。2.3.4岩组岩组剪切波波速变化河床深厚覆盖层声波波速:Ⅳ岩组为839～1193m/s;Ⅲ岩组为839～1939m/s;Ⅱ岩组为965～1072m/s;Ⅰ岩组为1495～1836m/s。剪切波波速:Ⅳ岩组为331～469m/s;Ⅲ岩组为357～658m/s;Ⅱ岩组为410～806m/s;Ⅰ岩组为751～1031m/s。成果表明，河床覆盖层声波波速自上至下呈现逐渐增大的趋势，从一个方面反应出河床覆盖层密实度由上至下逐渐增大。3坝体变形特征分析金沙江虎跳峡河段河床深厚覆盖层的存在，对该河段水电开发而言，适宜修建当地材料坝。与河床深厚覆盖层相关的主要工程地质问题有坝(堰)基压缩变形、坝(堰)基渗透稳定与基坑涌水、坝(堰)基土层震动液化。本河段河床深厚覆盖层Ⅰ岩组为巨粒混合土，Ⅲ、Ⅳ岩组为混合巨粒土。其中，Ⅰ岩组变形模量为60～70MPa、Ⅲ岩组55～65MPa、Ⅳ岩组60～70MPa，变形模量较高、压缩性较低，在坝体作用下的变形量较小;中部Ⅱ岩组为黏土，压缩系数0.15～0.18MPa-1，变形模量15～18MPa，变形模量较低，具中等压缩性，在坝体作用下将产生一定的压缩变形量，能否满足大坝安全需要核算、论证。本河段河床覆盖层厚度大，上部为混合巨粒土(Ⅲ、Ⅳ岩组)，下部为巨粒混合土(Ⅰ岩组)，中间夹黏土层。根据表3，河床坝基覆盖层上部Ⅲ、Ⅳ岩组允许破坏比降为0.10～0.20，存在坝基渗透稳定问题，需要采取工程措施进行防渗处理;混合巨粒土(Ⅲ、Ⅳ岩组)与巨粒混合土(Ⅰ岩组)，渗透系数i×10-2～i×100cm/s，具强透水性，坝(堰)基坑涌水问题将十分突出。此外，本河段地震基本烈度为Ⅶ度，按照规范要求，需对河床覆盖层土的震动液化进行判别，因此应重视坝(堰)基土层震动液化问题。4覆盖层对河流覆盖层生长的控制金沙江虎跳峡河段河床覆盖层深厚，组成物质包括现代河流冲积层、古河(湖)冲(堆)积层，以及近岸坡积层，成分复杂，但呈现出一定规律性。河床覆