抽水蓄能电站地质勘查重点及对策分析.pdf

工程技术与应用 942023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：地质勘查工作是抽水蓄能电站工程建设活动的重要组成部分，勘查质量对工程设计、总体建设质量、水电站投运使用效果有重要影响。目前，部分水电工程施工单位并未对地质勘查工作予以充分重视，存在缺乏勘查重点、勘查手段落后等多项问题。鉴于此，文章以地质勘查为切入点，分析抽水蓄能电站地质勘查工作重点，剖析工程勘查期间存在的难点，在此基础上提出了相应的解决对策，以供参考。关键词：抽水蓄能电站；地质勘查；勘查手段；水电工程Abstract:Geological exploration work is an important part of the construction activities of pumped storage power station.The quality of exploration has an important influence on engineering design,overall construction quality and operation effect of hydropower station.At present,some hydropower engineering construction units have not paid enough attention to geological exploration work,and there are many problems such as lack of exploration focus and using outdated exploration methods.In view of this,this paper takes geological exploration as the starting point to analyze the key points of geological exploration of pumped storage power station and the difficulties during engineering exploration,and puts forward corresponding solutions for reference.Key Words:pumped storage power station;geological exploration;exploration method;hydropower engineering分类号：TV221.2抽水蓄能电站地质勘查重点及对策分析兰 梦上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434Analysis on the Key Points of Geological Exploration and Countermeasures for Pumped Storage Power StationLAN MengShanghai Investigation,Design&Research Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200434,China031.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.1 抽水蓄能电站地质勘查工作重点1.1 制订勘查方案不同地质区域的地质勘查重点如下。（1）构造背景复杂地区。这类地区主要分布在我国西北、西南区域，有强震活动频繁、地质构造稳定性差的特征。要求勘查人员遵循水电工程区域构造稳定性勘察规程（NB/T350982017）规定，重点开展构造稳定性分析、地震安全性评价、断层分布调查等工作。在勘查过程中，采取钻探、地面调查等多重手段，掌握工程现场断层分布位置和大体规模，尽量避开断层活动区域布置抽水蓄能电站，如果不具备避让条件，则在低压洞段内修建水电站，并在设计方案内额外采取抗断措施1。（2）缓倾角层岩体发育地区。这类地区主要分布在我国西南、西北区域，有碎屑岩石占比大、岩层软硬相间发育的特征。在地质勘查期间，勘查人员应把地下洞室群拱顶围岩稳定性分析作为勘查重点，根据已掌握工程资料与现场勘查资料建立组合悬臂梁模型与平行组合梁模型，仿真模拟地下洞室拱顶放置在各处岩体时的围岩结构稳定性能是否达到工程建设要求。（3）喀斯特发育地区。这类地区主要分布在我国华东、华南区域的沿海地带，以岩浆岩或火山碎屑岩为主，有喀斯特问题突出、防渗难度大的特点。要求勘查人员把揭露落水洞、溶斗、溶坑等不良地质问题作为重点，准确掌握溶蚀洼地和喀斯特通道分布情况，后续在现场施工阶段可采取注浆加固处理措施，在喀斯特发育程度较高或分布范围过大时，要重新开展工程选址设计工作。作者简介：兰梦，男，本科，工程师，研究方向为岩土工程、工程地质。工程技术与应用 95工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月（4）湿陷性黄土发育地区。这类地区主要分布在黄河沿途周边区域，分布了大量湿陷性黄土软弱地基，如果盲目开展水电站施工作业，易出现地基沉降、建筑物结构开裂等问题。要求勘查人员把地基勘查作为重点，优先调查工程现场是否分布各类软土地基等不良地质问题，掌握软基分布范围、软弱土层厚度与地层构造情况，再根据软基类型采取排水固结、垫层换填、强夯等处理措施。1.2 水文地质条件勘查（1）地形地貌。主要采取地面调查法，全面掌握工程现场的地势走向、地表高程、自然坡度、地表裸露情况与植被分布情况，绘制大比例尺地形图。为提高勘查效率，也可采取无人机航测技术，把无人机作为载具，搭载工业相机等设备，从高空向下拍摄地面像片。（2）地层岩性。采取勘探平洞、钻探等方法，准确掌握工程现场地层的分层情况、单个地层岩性，按照从上到下的顺序完成勘查作业，要求勘查报告中明确标注地层碎石含量、土体颗粒级配、植物根系分布情况、层厚值、坚硬程度等信息。（3）地质构造。采取勘探平洞、钻探结合物探等技术手段，调查现场地质结构中是否存在断裂构造发育问题，重点调查裂隙面起伏情况、延伸长度、泥质填充情况等2。（4）地下水分布。采取水文地质测绘、物探、钻探、平洞等方法，重点调查工程现场地下水的水位值、水流量、岩石土壤含水程度，进而判断天然地基是否具备处理需求、是否需要额外开展降排水施工作业。（5）不良地质。搭配采取地面调查、钻探等多项技术，调查工程现场是否分布软基、喀斯特、采空层等不良地质问题，判断不良地质对地基整体性能造成的影响程度。1.3 地基参数特征值勘查在地基参数特征值勘查环节，为提高勘查精度，避免勘查结果与地基实际情况出现明显出入，勘查人员应同步开展现场原位测试与室内试验，对比实验数据，准确掌握工程现场天然地基的承载力、土体抗剪强度、变形模量、压缩模量、渗透系数、内摩擦角等参数的特征值。第一，原位测试。针对基岩，采取刚性承压板法，利用承压板向岩体表面施加压力，同步测量岩体变形情况，再把测量数据导入弹性理论公式，求解岩体变形参数。第二，室内试验。采取钻探方法，在现场布置若干测点，从测点内采集原状土样与岩芯样，再把样品送至实验室开展岩土体物理力学性能试验。1.4 场地地震效应评价在场地地震效应评价环节，查阅中国地震动参数区划图（GB 18306-2015）规范，初步了解工程现场的抗震设防烈度、地震动峰值加速度和基本地震动加速度反应谱特征周期。根据工程勘查报告依次完成地段划分、饱和土液化判断工作。地段主要分为有利地段、不利地段和危险地段，有利地段包括稳定基岩，不利地段包括软弱土、液化土、非岩质陡坡、输送断层破碎带等，危险地段主要指地陷、水土流失、泥石流灾害易发部位。在饱和土液化判断时，以黏粒含量作为判断依据，开展标准贯入锤击试验，在公式内导入实测数据求解粘粒含量，进而判断饱和土液化影响程度。待评价工作结束后，还要编制地震安全性评价报告3。1.5 围岩稳定分析在围岩稳定分析环节，勘查人员初步勘探工程现场拟定洞室群区域的裂隙分布情况，包括陡倾角裂隙角度、缓倾角裂隙发育情况、洞室端墙和拱顶区域是否分布不稳定块体等，优先在围岩整体稳定性较强的区域布置地下洞室群。随后，综合评判地层岩性、喀斯特情况、构造、地下水、地应力、岩爆，沿输水洞线、地下厂房布置钻孔，采取水压致裂法和应力解除法，根据测试数据判断测区内最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力，再根据岩爆发生强度推算岩石强度应力比值，判断后续施工期间是否存在围岩松脱、隧洞坍塌等安全事故发生的可能性。2 抽水蓄能电站地质勘查对策2.1 完善勘查方法早期水电工程普遍采取物探、钻探、勘探平洞、坑探、地面调查等地质勘查方法，可以大体掌握工程现场地质水文条件，了解地基物理力学性质指标。然而，从实际工作情况看，传统勘查方法存在流程烦琐、效率低下、错误率高的局限性，随着工程建设规模的扩大，已无法满足抽水蓄能电站地质勘查需要。因此，要推动地质勘查体系朝机械化、自动化方向发展。（1）超声波法。属于弹性波测试技术，采取人工激振方式向地质结构发射声波，声波在介质内传播期间发生反射、折射等现象，再使用传感器接收反射波，工程技术与应用 962023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究最终根据声波信号分析结果掌握地质构造情况，如岩层分布顺序、岩层厚度、是否存在喀斯特地质问题，钻孔波速测试方法如图 1 所示。30 cm20 cm径向换热器径向换热器激发换热器声波测试仪充满清水原始地面钻孔图 1 钻孔波速测试方法（2）原位试验法。根据大坝、厂房、引水等工程布置的压水试验（包含高压压水）、原位抗剪、变形（岩体/岩体、混凝土/岩体、结构面抗剪）、地应力测试等开展试验。（3）长期观测技术。该技术具备全过程跟踪监测现场水文地质条件的优势，可以在第一时间发现各项问题，并向施工单位发送警示信号。抽水蓄能电站工程主要采取 RS 遥感技术、GPS 卫星定位技术、GIS 地理信息系统、CT 地球物理层成像技术等勘查方法4。2.2 明确不同建设形式站点勘查内容在抽水蓄能电站工程中，虽然多数勘查人员已树立针对性勘查的正确意识，根据工程情况制订专项的地质勘查方案。然而，个别勘查人员仅把地质背景作为依据，没有认识到水电站建设形式对地质勘查工作质量造成的实质性影响。因此，勘查人员必须明确掌握各类建设形式下的水电站勘查内容与重点，具体分为常规抽水蓄能电站、混合式抽水蓄能电站、露天矿坑抽水蓄能电站三种。（1）常规抽水蓄能电站。此类水电站有装机规模大、建造技术成熟的特点，由上下水库、输水发电系统组成，利用地形高差在水体流动期间持续把动力能转换为机械能再转换为电能进行发电。要求勘查人员重点调查输水线路沿途是否分布地质断裂区域和喀斯特区域、地下洞室围岩结构稳定性、工程现场是否分布湿陷性黄土，尽量规避复杂地质区域，或在方案内采取软基处理、围岩永久支护等应对措施5。（2）混合式抽水蓄能电站。此类水电站适用于中小型水电工程，利用已建成的上水库、下水库进行发电，无须新建水库工程。要求勘查人员重点检查水利枢纽建筑物基础结构稳定性、已建成水库是否存在渗漏问题和岸坡稳定状态、水电站地下洞室群围岩稳定性，在其基础上合理选择进出水口位置。还要根据地质勘查报告判断水电站运行期间对水库岸边坡稳定性造成的影响。（3）露天矿坑抽水蓄能电站。此类水电站利用生产或废弃状态的矿坑作为下水库，在上游地势较高位置修建上水库，既可以减少工程量与造价成本，又可以取得理想的生态效益。要求勘查人员重点调查矿坑坑壁结构稳定性、矿渣渣体力学性能、上水库地质结构。根据勘查结果制订设计方案，如判断矿渣渣体是否具备再生利用价值，使用优质矿渣作为上水库建造材料。2.3 方案评价分析地质勘查是工程建设活动的重要组成部分，早期工程项目普遍存在地质勘查与工程设计环节相脱节的问题，勘查报告并未在方案设计期间发挥应有作用。因此，施工单位需要重点开展方案评价分析工作，把勘查报告作为依据，从作业安全、技术可操作性、工期时间、造价成本等多个维度出发，对初步设计方案进行评价，找出不合理之处，并加以改进。例如，在基础结构