1、11 概述1.1 工程概况碾子湾水电站（霍河一级）位于竹山县东南部。是一座径流式开发的水电站。渠首 为翻板闸坝引水，渠系输水。 坝 址位于竹山县深河乡雷家坪村的桑树坪河段。翻板闸高 4.0m，闸坝长 72.0m，坝轴线走向东西向。输水渠系全长 6.08Km，其中隧洞 6 条，总长 5.82Km，台渠、涵渠、明渠、渡槽等 7 处， 总长 268.1m。隧洞断面为城门 洞型，底宽 3.6m，高 4.04m。渠系底坡 1/2000，设计引水流量 15.4m3/S，毛水 头 76.38m。发电厂房位于碾子湾鹞子崖河段右岸，电站总装机 10MW。1.2 地勘工作1976 年，湖北省第五地质大队对本工程厂
2、房区（原规划碾子湾电站坝、厂址区）作了地质调查，编写有霍河碾子湾水库坝址区地质调查简报。 1988 年，水利部 长 江流域规划办公室第一勘测队对碾子湾坝址及以上 3Km 河段进行了地质测绘与勘探；对坝址以上 7Km 范围内河段的工程地质和天然建筑材料作了调查。于当年 10 月编写了竹山县霍河碾子湾水电站可行性研究工程地质勘察报告。上述两个单位所作的地勘工作的范围，为当时规划的碾子湾水库的坝址、厂址（ 坝后式电站）区域，也是本次设计的碾子湾水电站径流式开发的厂房区。当时的库区地勘工作区域，也基本上是本次设计的引水渠2系所经过的区域。2010 年 10 月，鄂西北工程勘察总公司在参考、借鉴第五地质
3、大队、长办一勘队所作地质工作的基础上，对本工程引水渠首和引水渠系作了工程地质勘察和调查，撰写本竹山县碾子湾水电站（霍河一级）可行性研究（初设深度）地质勘察报告。涉及本电站的工程地质勘察工作综合列入表 1-1。表 1-1 完成工作量统计表区域 工作内容 单位 数量 备 注渠首坝址 地质测绘 Km2 0.10 位于原开山垭上渠系建筑物 地质线路测绘 Km 7.5料场调查 个 51.0厂区（含前池等） 钻探 m/孔 386.14/9 长办 一勘队作，下同平洞 m/个 40/1坑槽 m3 2200天然建材坑探 m3/个 22/5室内岩石力学性质 组 5压水 段 46岩石镜鉴 个 5砂石料颗分 组 46
4、水质分析 组 232 区域地质霍河是汉江支流堵河中游的一级支流，发源于房县西南部的天坪山。总体流向由东南向西北。于竹山县城南侧汇入堵河。全流域承雨面积 784.2Km2，主河长 72.7Km，平均底坡 0.6%。2.1 地形地貌本区属大巴山北坡鄂西北中、低山区，地势南高北低，峰顶高程：南部 9001300m，北部 6001000m。河曲发育，除中游门古、秦口河段，下游出口河段河谷较宽阔平坦外，流域地形陡峻，河谷深切，多呈“V”形河谷。岸坡脚坡度 3550， 为峡谷型河岸。断续见有 I、II 级阶地，局部残存有高阶地。流域植被良好，森林覆盖率 60%左右。2.2 地层岩性流域出露地层：上部为古生
5、界志留系下统大贵组。岩性主要为千枚岩、绢云母石英片岩、石炭质板岩、含碳硅 质 板岩等。下部为元古界下武当群化口组，岩性主要为白云变质粒岩、云母石英片岩、黑云变粒岩、钠长石英片岩等。地表为第四系堆积层、冲洪积层，分布于河床两岸漫滩及台地上。42.3 地质构造及地震2.3.1 地质构造本区处于秦岭褶皱带，武当淮阳隆起的西南端。构造线方向呈北西向、片理倾向北或北东，倾角 2050 度，为一单斜构造。因受多期构造影响，区域构造环境较为复杂，但坝址、输水隧洞、厂房正处于在钦峪河断裂及田家坝断裂之间的相对完整地段上，南距田家坝断裂 3.7Km，北距钦峪河断裂 610Km，引水坝址和渠系线路及厂房地段没有大
6、断裂通过（见图 2-1）。2.3.2 地震根据 1985 年湖北省地震史料汇考本区历史记载工程区周围100Km 范围内，所 发生的 4 次中、强震（M4 级）的地震震中，均距工34程 20Km 以远（见表 2-1）。表 2-1 区域内中强以上地震统计表震中地点（度）序号 发震时间北纬 东经震级（m） 震中烈度 震中参考区域1 BC143.6.7 32.1 110.0 5 竹山县西南部2 788.3.12 32.4 109.9 6.5 竹山县宝丰北部3 1632 年 32.4 109.7 5 竹溪县境内4 1742 年 32.1 110.8 5 房县境内1959 年至今，工程区 30Km 范围内
7、，无 Ms2.5级地震记录。据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区内地震 动峰值加速度为50.10g、地震动反应谱特征周期为 0.35s，相 应地震基本烈度为小于度区。 （见图 2-2）。6782.4 水文地质条件工 程 区 水 文 地 质 条 件 较 简 单 。地 下 水 按 其 赋 存 条 件 ，可 分 为 第 四 系 覆盖 层 孔 隙 水 、基 岩 裂 隙 水 ，水 量 不 丰 。均 受 大 气 降 水 补 给 ，向 河 床 排 泄 。河水及地下水的水质类型为 HCO3-Mg-Ca.HCO3-Ca-Mg 无侵蚀性CO2。岩体的透水性受风化及裂隙发育程度的影响。一般微新岩
8、体即为相9对隔水岩体。但局部因裂隙发育，成为不均匀的微透水体。103 工程区地质条件及评价3.1 地形地貌碾子湾水电站（霍河一级）位于霍河流域中游，径流式开发方案的渠首至发电厂房呈线形布置，长 6.09Km。工程区属二高山区，河道大体由东南流向西北，河曲发育，河谷多呈“V” 形。两岸山 势陡峻，少 见阶地。山上森林茂密，覆盖率 65%左右。3.2 地层岩性工程区主要出露地层为元古界下武当群化口组第二至第四亚组二云母石英片岩及第四系松散堆积物层。一、第二亚组（Ptm 1h3）上部为灰绿色黑云母绿泥石钠长片麻石，下部为黑云母白云母及二云母石英片岩为主，间有夹黑云母变粒岩。二、第三亚组（Ptm 1h
9、3）上部为黑云母钠长石石英片岩，下部为条带状黑云母石英片岩。三、第四亚组（Ptm 1h4）上部变为白云钠长石片岩；下部为含柘榴石二云母石英片岩；中部为白云母石英片岩。四、第四系（P ）冲积砂，砂质粘土及砾石。a l2-33.3 地质构造11因受多期构造影响，区域构造环境较为复杂，但坝址及输水隧洞、厂房处在钦峪河断裂及田家坝断裂之间相对完整地段上，南距田家坝断裂 37Km，北距钦峪断裂 610Km。工程区段内没有大的断裂通过。根据长委一勘队在碾子湾厂区的工作成果，厂区断层不发育，规模小，可见长 度 2045m，一般小于 20m。断 层 破碎带宽度 2040cm，大部分宽度小于 20cm，均已闭合
10、。工程区处于单斜构造带上，片理方向变化不大，裸露岩石裂隙较发育，主要有三组（见图 3-1）：一组，走向近南北（35010）， 倾向东，倾角 5080。二组，走向近北西（280290）， 倾向北东， 倾角 85。三组，走向北西（320 340）， 倾向北东，倾角 5080。裂面一般平直，有石英脉充填，长 12m， 临近岸坡受风化卸荷的影响，裂面张开，可达 1cm。123.4 岩体风化岩体风化程度，主要受控于岩性、地貌及裂隙密集程度。斜长角闪片岩、角闪绿 泥片岩抗风化能力较强，当角闪石、绿泥石含量较高或集中时， 则风化程度加强，云母石英片岩抗风化能力较弱，但又视白云母或黑云母及其含量与富集的程度而
11、异，黑云母含量高且集中时，则风化加强，河床向两岸增高， 风化深度增大。在断 层 或裂隙密集带往往呈带状，风化增强。根据钻孔、平洞资料，将岩体风化程度划分为全、强、弱、微四带，各带特征见表 3-1。表 3-1 岩体风化分带特征表风化带厚度（m）风化分带 风 化 特 征左 岸 河床 右 岸全风化外观保持原岩状态，组织结 构完全破坏，斜长角闪片岩呈褐黄褐色，云母石英片岩呈灰黄褐色，手可捏碎1.38.4 0 2 3.5强风化组织结构大部破坏，矿物风化 变异，斜 长角闪片岩呈暗灰绿黄绿色，云母石英片岩呈黄灰色，裂隙发育，线密度 25 条/米，密者达8 条/米，=0.130.05 升/分 米 米，锤击声哑
12、。9.317.2 0 2.85.4弱风化组织结构一般完好，沿裂隙 风化呈褐黄色或灰黄色，裂隙线密度 1.7 条/米，=0.11 0.02升/分米 米，锤击发声不够清晰。9.812.5 0 1.214.3微风化组织结构未变，仅沿裂隙面略有 变色，裂隙线密度 1 条/米，密者达 8 条/ 米，=0.020.01升/ 分米 米，局部微透水，锤击发声清脆。133.5 岩石的物理力学性质本区同类岩石在黄龙滩、潘口等水电站工程中广泛出露，已有较多的资料，为 了进一步核实坝址及工程区岩石强度，分别选取了代表样品，进行室内试验，其成果如表 3-2。一、勘察区的主要岩石斜长角闪片岩、云母石英片岩、微新状态的饱和
13、抗压强度 34.952.1MPa 均为中硬岩。其软化系数为：0.620.67。二、云母石英片岩弱风化岩石强度较新鲜岩石强度降低可达 50%。斜长角闪片岩弱风化岩石的强度较高，仅反映岩块的强度。三、片岩的强度具有明显的各向异性，单轴抗压试验，其受力方向与片理的夹角 50左右，易沿片理破坏。当含云母较多时，其强度降低更为显著。考虑上述因素，并参考已建工程，将岩石强度的主要指标、建议值见下表 3-3。表 3-3 岩石强度建议值表岩石风化程度 饱和抗压强度 （MPa） 弹性模量（103.MPa） 砼与岩石的 磨擦系数弱风化岩石 1520 68 0.50.55微新岩石 3040 1015 0.60.65
14、14表 3-2 碾子湾水电站（霍河一级）室内岩石物理力学试验成果表抗压强度（MPa） 变形指标 三轴强度 物理指标容重（104.N/m3）岩石名称风干 湿 E 变（103MPa） E 弹（103MPa） 抗拉强度（MPa）C（MPa） tg 比重干 湿饱水率（%）孔隙率（%）云母石英片岩 YSP（弱风化） 33.9 17.9 13.47 16.34 2.36 2.70 2.62 2.63 0.44 1.17云母石英片岩（新鲜） 53.4 34.9 16.51 17.49 0.16 7.04 5.99 0.87 2.70 2.58 2.60 0.99 2.60斜长角闪片岩SJP（新鲜）68.9
15、46 28.78 33.05 0.13 5.75 7.04 1.51 3.04 2.96 2.97 0.27 0.83斜长角闪片岩（弱风化） 93.6 52.4 21.64 28.04 6.66 3.05 2.96 2.97 0.34 1.01角闪绿泥片岩（含云母新鲜） 15.3 9.5 3.44 5.85 1.26 3.06 2.82 2.87 2.06 5.88153.6 水文地质条件工程区地下水不丰富。按其承赋条件分为第四系坡、洪积层的孔隙潜水，和基岩风化裂隙及构造裂隙水 2 种。孔隙潜水主要储存于第四系河漫滩及河谷阶地的冲、洪积沙砾石中，含水层厚度小于 15m，富水性较强，靠河水和降水
16、补给。裂隙水主要存储于绢云母石英片岩、含碳质绢云母石英片岩的风化裂隙和构造裂隙中，富水性较弱，由降水和上复第四系含水层孔隙水补给。除地勘时曾对水质进行化验分析外，另据竹山县卫生防疫部门对本区河水的化验分析：本区河水类型为重碳酸钙型水，PH 值 8.0，呈弱碱性。按照水对砼腐蚀性的评价标准，本区水对砼无腐蚀性。164 主要建筑物的工程地质条件及评价4.1 引水渠系工程地质条件一、渠首工程地质条件发电引水渠系布置在霍河右岸，渠首布置在桑树坪河段的裁弯取直工程开山垭的垭口上。渠首由翻板闸坝、1 号隧洞进水口等建筑物组成。1 号隧洞进口段山坡高出河床 350m 顺坡，上覆盖第四系黄褐色粘土、土夹石及砂
17、砾石层松散堆积体，厚度 57m ，隧洞出口下接明渠、台渠，总长约 250m。然后接 2 号隧洞进口，隧洞轴线 走向 NE2030，岩石片理倾向 350，倾角 75，进、出口段地质条件 较好。出露岩石为下武当群化口组（P tm1h2）二云母石英片岩、绿泥钠长 片岩。二、2 号隧洞出口、 3 号隧洞进口间的龙王沟涵渠涵渠所处地段为一冲沟，冲沟走向 280，沟宽 1520m。2 号隧洞出口段岩石片理产状倾向 0，倾角 48，逆向岩层片理，地质条件较好。3 号隧洞进口段为顺片理层山坡，坡上坡角见零星块石堆积，无明显岩石片理产状露头。汛期及雨季时冲沟内见水流，枯水期断流。出露岩石为下武当群化口组（P t
18、m1h2），黑云母纳长石石英片岩。三、3 号洞出口、 4 号洞进口间的百川沟渡槽百川沟走向 320，沟 宽 1520m。涵渠位置下距霍河河道约 300 余米。出露岩石为下武当群化口组（P tm1h3），黑云母纳长石石英片岩。岩层倾向 NE18，倾角 39。渡槽墩基均处于裸露基岩上。四、4 号洞出口、 5 号洞进口间的大油榨沟涵渠17冲沟走向 45，沟宽 1520m，岩石片理产状倾 0，与洞轴线夹角75左右。 倾 角 55。距河床 200m。出露岩石为下武当群化口组（P tm1h4），黑云母纳长石石英片岩。上部为白云母纳长石片岩，中部白云母石英片岩，下部云母石英片岩。五、 5 号隧洞出口、 6
19、号隧洞进口间的小沟明渠冲沟走向 310，岩石片理产状倾 0，与洞 轴线走向夹角 70左右。倾角 36。出露岩石 为 下武当群化口组（P tm1h4）。上部为白云母纳长石片岩，中部白云母石英片岩，下部云母石英片岩。六、 6 号隧洞出口及前池6 号隧洞出口及前池段，下临霍河干流，河床走向 70，山体坡脚大于 50，岩石片理 产状 倾 20，倾角 40。该隧洞出口段即前池都置于出口山坡上，其地质条件较好，洞出口为岩层片理顺向边坡，岩石为中硬强度，山体高大雄厚，能满足建筑物要求。出露岩石为下武当群化口组（P tm1h4），黑云母纳长石石英片岩。上部为白云母纳长石片岩，中部白云母石英片岩，下部云母石英片
20、岩。七、各隧洞地质条件评价本工程引水隧洞 6 条，全长 5805.85m，经过冲沟 5 条，地质条件分别处于下武当群化口组第二亚组第四亚组岩层，岩石强度为中硬强度，围岩多为类，少见类岩石。洞挖围岩地质条件好，洞内无地下水出露。而冲沟内各洞口进口段为岩层片理逆向边坡，便于进洞口挖掘和施工。岩层走向与洞轴线走向夹角较大，接近 90。故成洞条件甚好。而出洞口都处于岩层片理顺向坡角，建议在洞口表面杂物清除后，对洞口周边先进行锚固和喷护，然后进行洞口开挖，确保人员设备、安全。渠系及厂房区工程地质见图 4-1。18194.2 厂房建筑物工程地质条件及评价霍河一级电站厂房拟建于碾子湾河床右岸漫滩，高程 40
21、0m 左右。据长委一勘队钻孔资料，河床覆盖层厚度 3m 左右，下覆地层为下武当群化口组第四亚组（P tm1h4），黑云母纳长石石英片岩。上部 为白云母纳长石片岩，中部白云母石英片岩，下部云母石英片岩。岩石强度能满足建筑物要求。厂房区岩石片理产状倾向 NE20，倾角 40。河床走向 70，公路以下坡角大于 70，公路以上坡角大于 50。坡角倾向与岩石片理倾向形成逆向坡，对 岸坡岩石的稳定、厂房安全有利。205 天然建筑材料根据设计要求，需砼骨料 1.15 万方，块石料 8500 方及围堰土料4800 方。砂砾石料：由于距堵河较远，其地段放在霍河。霍河属山溪式河流，河道窄，水流急，故料场小且分散，
22、有效 层薄 为其特征。一般有效层厚0.51.2m， 质量较差。自渠首的桑树坪至鹞 子崖 14Km 范围内的河床，进行了 46 个料场勘察（见长委一勘队：建筑材料料场分布图及储量总表）。总储量 9.3 万方，其中砾石 6.8 万方，砂料 2.5 万方。储量能满足要求。砂料含泥量一般 415%，最高达 24%，其含量超过技术指标。细度模数 33.5， 级配符合要求。砾石料针片状含量较高，细度模数一般在 7.78.4 之间，基本满足要求。土料：霍河 I、II 级阶地，均由亚粘土组成，现种有水稻。坝址桑树坪右岸山坡土料即可满足围堰用料；厂房碾子湾 300m 处的公路边，就见土料场地， 储量都能满足要求
23、。作为围堰用料，质量一般可以满足要求。块石料：可以在桑树坪、龙王沟、碾子湾等地选定合适地点开采石场。216 结论及建议一、因受多期构造影响，区域环境较为复杂，但坝址及隧洞、前池、厂房正处在钦峪河断裂及田家坝断裂之间的相对完整地段上，工程区内没有大断裂通过。据中国地震动参数区划图（B18306-2001），区内地震动峰值加速度为 0.10g，地震动反应谱特征周期为 0.35s，相应地震基本烈度为小于 6 度。二、两道河拟建翻板闸高 4.0m 的低闸坝，单斜岩层产状 45，倾角60，出露下武当群化口组二云母石英片岩组第二亚组（P tm1h2），河床岩石裸露，弱风化，局部微风化， 坝址走向东西向。坝
24、址内无断裂层，岩石稍作处理，能满足设计要求，无需进行特殊处理。三、引水隧洞全长 5085m，共见 5 条冲沟，每条冲沟的进洞口为逆向层岩石，出口为顺向岩石坡。进洞前， 应对 洞口处进行锚固和喷护处理，确保安全。裂隙较发 育，主要有三 组，裂面一般平直，有石英脉充填，长 12m， 临近岩坡受风化卸荷的影响，裂隙 张开，可达 1cm，洞口开挖前，应对张 开裂隙进行处理，确保安全。前池出口段，山体雄厚，高度均满足洞挖要求。四、发电厂房建于河床漫滩上，该处河道较窄，施工期最好安排在冬季枯水期，应先建防洪墙，后建厂房，确保安全。参考文献：1、长江流域地质图说明书（1：200 万）中华人民共和国地质矿产部水文地质工程地质 1986 年 10 月；222、湖北省地震史料汇考湖北地震史料汇考编辑室 地震出版社 1985 年；3、黄龙滩水电站工程地质水利电力部中南勘测设计院 1976 年1 月；4、长委一勘队竹山县霍河碾子湾水电站可行性研究工程地质勘察报告 1988 年 10 月。
