巴基斯坦卡洛特水电站软岩地下洞室围岩分类及应用

　　摘要：卡洛特水电站位于巴基斯坦吉拉姆河上，工程区分布地层为新近系弱胶结碎屑沉积岩，为较软岩一软岩。工程地下洞室围岩地质条件差，围岩稳定问题突出。在项目前期勘察中，对影响围岩稳定的主要地质问题进行了大量的勘察研究工作，并根据工程实际情况采用规范推荐的方法对围岩进行详细分类。工程施工期，应项目业主工程师要求采用Q系统进行分类，并开展了水电规范分类与Q系统分类的对比研究。简要介绍了项目地下洞室围岩的勘察研究，对围岩分类方法的应用进行了总结和阐述，以期对类似国外工程的勘察研究提供有益的借鉴。

　　关键词：围岩分类;围岩稳定;软岩;地下洞室;卡洛特水电站;巴基斯坦

　　1 工程概况

　　巴基斯坦卡洛特水電站地处巴基斯坦东北部，是吉拉姆河规划的5个梯级电站的第四级，上一级为阿扎德帕坦(Azad Pattan)水电站，下一级为已建成的曼格拉( Mangla)水电站。坝址位于巴基斯坦旁遮普省境内卡洛特桥上游1.75 km，下距曼格拉大坝74 km，西距首都伊斯兰堡直线距离约55 km。从伊斯兰堡一卡胡塔一科特里路可通往场址，交通较为便利。

　　坝址控制流域面积26 700 km2，多年平均流量819m3/s，多年平均年径流量258.3亿m3。工程为单一发电任务的水电枢纽。水库正常蓄水位46lm，相应库容1.52亿m3，电站装机容量720 MW(4台单机装机180 MW)，保证出力116.1 MW，多年平均年发电量32.1亿kW-h，年利用小时数4 452 h。

　　1975 - 2009年，加拿大、德国、澳大利亚等公司先后对卡洛特水电站项目的不同阶段进行过研究。2007年受巴基斯坦ATL公司委托，由澳大利亚雪山公司(SMEC)、巴基斯坦Mirza联合工程服务公司(MAES)及工程总咨询公司(EGC)组成咨询联合体。2009年9月，编制完成《720MW Karot水电站可行性研究报告》，并通过了巴基斯坦相关部门的审批。

　　2016年6月，电站前期工程启动，2018年9月实现大江截流，目前工程进展顺利，按进度计划将于2021年4台机组并网发电，2021年11月工程完建。

　　2 坝址地质概况

　　卡洛特水电站坝址位于吉拉姆(Jhelum)河中上游河段，坝址区属中低山地貌，两岸临江岸坡山顶地面高程一般510 - 870 m。吉拉姆河呈“几”字形穿越坝址区，在右岸形成宽约700 m的河湾地块。吉拉姆河枯水期水面宽30 - 60 m，水面高程388 -39lm，相应水深一般为6-8m。坝址区地形封闭，左岸山体浑厚;右岸河湾地块高程46lm处宽380 -700 m，不存在地形垭口。

　　坝址区出露基岩地层主要为新近系中新统纳格利(Nagri)组(Nlna)以及多克帕坦(Dhok Pathan)组(Nldh)地层，岩性主要为中砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩等，总体呈不等厚互层状，不同岩性所占大致比例分别为：泥岩、粉砂质泥岩23.7%，泥质粉砂岩、粉砂岩32.2%，中粗砂岩38.0%，细砂岩6.1%。岩石胶结成岩较差，较软弱，属较软岩一软岩。

　　坝址区在构造上处于左岸Karatot向斜SW翼与右岸Narwan背斜NE翼之间的宽缓单斜岩层部位，岩层产状平缓且较稳定，岩层倾角7° - 10°。坝址区断层、层间剪切带不发育，主要构造形迹为裂隙，地表露头主要发育两组裂隙，规模较大的一组走向NE-NEE，倾向NW，陡倾角为主，近岸坡部位卸荷影响张开。第二组裂隙与第一组裂隙近于正交，倾角70° - 85°，延伸一般受第一组裂隙限制，较短小。平硐揭露裂隙主要为NE、NEE、NNE走向3组及少量零散裂隙，中、陡倾角为主，少量缓倾角裂隙发育。裂隙延伸长度一般小于2m，少量可达3—5m，一般较平直、裂面粗糙，宽度一般小于1 mm，部分裂隙宽度可达1 -3 mm，泥质或岩屑充填为主，部分为钙质或方解石充填，部分裂隙见有铁质浸染。

　　区内地下水主要为基岩孔隙裂隙水和第四系松散层孔隙潜水。基岩孔隙裂隙水主要赋存于砂岩中，一般为中等一贫含水，具多层状水文地质结构，通过裂隙通道运移、排泄。各类岩石总体透水性较弱，中砂岩、细砂岩相对于其他岩类透水性稍大。

　　区内岩体全风化带厚度一般较薄且分布有限;强风化带厚度一般为O～ 10.7 m，弱风带厚度为0—28.3m，总体上岩体风化带厚度不大。坝址区陡立岸坡强、弱卸荷带水平深度一般为8 - 16 m、6- 25 m，随着高程的降低，卸荷作用逐渐减弱，强、弱卸荷带宽度也相应减小。

　　3 前期地下洞室围岩分类研究

　　根据前期咨询联合体可行性研究的枢纽总体布置方案，大坝采用弧形重力坝，布置于河湾上游，采取坝体泄洪。引水发电系统采用引水式地下厂房方案。导流方案采取穿越河湾地块的导流隧洞导流形式。原设计布置方案有地下厂房及导流洞等规模较大的地下洞室结构，在软岩条件下地下洞室的围岩稳定是项目需要研究的重要工程地质问题之一。长江勘测规划设计研究有限责任公司对引水发电系统的布置方案开展了专题勘察研究，提出了地下厂房及地面厂房方案，并对地下厂房的形式、布置位置开展了大量的勘察研究，以论证厂房布置方案的可行性。在枢纽布置方案专题研究中还对导流隧洞的布置也进行了进一步勘察研究。根据综合比较，枢纽布置格局采取了河床布置沥青混凝土心墙堆石坝;斜穿右岸河湾地块山脊布置溢洪道;在溢洪道引水渠左侧布置电站进水口的引水式地面厂房;大坝上、下游布置全年挡水土石围堰，导流洞布置在电站与大坝之间，采用导流洞导流的总体布置方案。

　　地下洞室围岩分类方法众多，初期的围岩分类多以单一的岩石强度作为分类指标，随着工程实际应用的需要及技术手段的进步，围岩分类走向多指标体系定性分类并逐渐从定性分类向定量分类方向发展。国际上比较流行的分类方法主要有泰沙基分类法、巴顿Q系统分类法、比尼奥斯基RMR分类法、法国隧道协会(AFTES)分类法等。国内主要采用的是现行国家标准《工程岩体分级标准》(BQ分类)、公路隧道围岩分类、铁路隧道围岩分类和水工隧洞围岩分类等。分类方法各有其优缺点，多数分类仍属于定性描述或经验判别的定性分类，但能反映围岩的地质构造特征、结构面状态、风化状况、地下水情况以及洞室埋深等因素，在评价洞室围岩稳定性、确定支护结构参数和选择施工方法等方面得到了广泛的应用。

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