水利水電樞紐魚道工程地質評價及勘察方法研究

關鍵詞：地質結構；工程地質問題；勘探方案；魚道工程；拉洛水利樞紐

中圖法分類號：TV221.2;S956.3 文獻標志碼：A DOI：10. 15974/j.cnki. slsdkb.2025.05.008

文章編號：1006-0081（2025）05-0050-06

0 引言

評價，而渠道、溢洪道布置相對較為靈活，可以選擇地質條件較好地段。因此，魚道勘察的工作內容、布置和技術參數難度較大，工程地質分析與評價尺度不一，導致勘察成果質量存在隱患。

本文以西藏拉洛水利樞紐魚道工程地質勘察為例，通過探索與實踐，明確了魚道場地工程地質條件勘察內容和主要工程地質問題分析方法，對工程地質分類原則和勘探布置方案等關鍵技術進行了創新。

1工程概況及基本地質條件

隨著水利水電事業的不斷發展，大量攔河建（構）筑物的修建導致流域內水生生物洄游受阻，生物多樣性保護問題日漸突出，妥善協調好二者之間的關系有利于流域河湖生態環境的復蘇，實現可持續發展。魚道作為連接攔河閘壩上下游的“橋梁”，可有效減緩擋水建筑物對魚類洄游的阻隔，增強河流連通性。與國外相比[1-3]，中國魚道建設起步雖然較晚，但在魚道設計建設及運行效果監測等方面的研究取得了進步[4-5]。當前，水利水電行業相關部門發布了 SL 609-2013《水利水電工程魚道設計導則》、NB/T35054-2015《水電工程過魚設施設計規范》，可供技術人員進行魚道設計。在魚道勘察方面，國內尚未出臺相應的技術標準，勘察工作無據可依。另外，魚道與渠道、溢洪道等其他類似水工建筑物不同，具有一定的特殊性和復雜性。一方面，魚道有繞岸式、多層盤折式、格式等多種平面型式（渠道、溢洪道則一般呈單一的線型[6-7]），每種型式的魚道對勘探布置有不同的要求;另一方面，由于過魚的需要，魚道縱坡舒緩且坡度變化小，魚道布置常難以避開潛在不穩定巖土和不良地質地段，需要對各種地質條件和工程地質問題進行勘察

拉洛水利樞紐工程位于西藏自治區日喀則市，是雅魯藏布江右岸一級支流夏布曲河上的控制性工程，主要任務為灌溉兼顧供水、發電和防洪，并促進改善區域生態環境[8]。樞紐主要建筑物由大壩、溢洪道、泄洪洞、電站、魚道等組成，大壩最大高度 61.5m ，水庫總庫容2.965億 m³ ，為 I 等大（2）型水利工程。魚道布置在壩址河床右岸，全長 2194m ，設有1個進魚口以及6個出魚口，魚池采用整體U形結構[9]

壩址位于夏布曲峽谷進口河段，漫灘寬 120～150m ，灘面高程 4258～4259m ，水面寬 38～50m ，枯水期水深 0.5～1.0m 。左岸山體高程 4259～4283m ，地形坡度 40^°～45^° ，高程 4283～4294m 地形稍緩。右岸分布I級階地，地面高程 4260～4264m ，寬 50～140 m 。右岸山體高程 4262～4375m 地形坡度 40^° ＼～50^° ，局部形成高約 10m 陡崖。壩址下伏及周緣出露基巖為三疊系下統涅如組（ T₃n） ，巖性主要為灰色、深灰色板巖，巖性相對軟弱。覆蓋層有多種成因類型，主要為第四系全新統沖積（ Q₄^al ）和第四系崩坡積（Q^col+dl） 。 Q₄^al 分布于河谷谷底，河床及漫灘部位地表為灰黃色細砂，厚度 0.2～0.5m ，最厚 1m ，其下為砂礫石，厚度 4～8m ，最厚 14.5m ；I級階地主要為礫卵石，厚度小于 10.0m ，最厚 24.2m ，部分地段地表有灰黃色細砂，厚度小于 1.0m ，最厚 2.2m 。 Q^col+dl 分布于山體斜坡下部，為灰色碎塊石土，厚度 0.3～16.6m 。

壩址在大地構造上處于喜馬拉雅板片及雅魯藏布江縫合帶，新構造活動分區屬于喜馬拉雅強烈掀斜隆起區，近場區未發現活動斷層，屬較穩定的工程場地，50a超越概率 10% 的基巖場地地震動峰值加速度0.12g ，對應地震基本烈度為V度。基巖總體呈單斜構造，傾向北東（上游），傾角 55^°～70^° ，板理走向與河流流向近正交，河谷屬橫向谷。巖體中發育3組裂隙： ① 傾向 30^° ，傾角 55^°～65^° ② 傾向 350^° ，傾角 35^°～ 45^° 5 ③ 傾向 250^° ，傾角 30^° 。裂隙線密度5＼～8條 /m 延伸長度 2～6m ，部分長達 10m ，裂面較平直，裂隙多微張一張開。

夏布曲是最低排泄基準面，地表水通過坡表、沖溝匯集。河谷覆蓋層中賦存孔隙潛水，勘察期間水位4256.5m 左右。砂礫石、礫卵石具中等一強透水性，碎塊石土具弱透水性，弱風化板巖具中等一弱透水性，微新板巖具弱一微透水性。

2巖土工程地質特性

2.1 巖土物理力學性質

魚道位于壩址河床右岸I級階地及階地后山體斜坡，主要涉及 Q₄^al 礫卵石、細砂和 Q^col+dl 碎塊石土、 .T₃n 板巖。對各類巖土進行了物理力學性質試驗。

Q₄^al 礫卵石中可見最大粒徑 50cm ，粒徑小于5mm 顆粒含量為 13.7%～14.2% ；不均勻系數為37.5～47 ，曲率系數 1.6～1.72 ，為級配良好卵石混合土；重型動力觸探擊數大于10擊的試段占 91% ，結構中密一密實。

Q₄^al 細砂中粒徑小于 0.005mm 黏粒含量 1.6% ，粒徑 0.005～0.075mm 粉粒含量 15.3% ，粒徑 0.075～ 2mm 砂粒含量 78.8% ，粒徑 2～5mm 礫粒含量4.3% ；天然密度 1.79g/cm³ ，含水率 16.7% ;不均勻系數為2.5＼～5.4，曲率系數 0.9～1.7 ，總體級配不良。

Q^col+dl 碎塊石土中碎塊石含量 75%～85% ，土含量 15%～25% ，重度 20.0～21.6kN/m³ ；重型動力觸探擊數5＼～16擊，結構松散一中密，觸探數據分散無規律，表明碎塊石土密實程度差異大；抗剪強度內摩擦角17.5^°～22.1^° ，黏聚力 5.8～15.5kPa 。

T₃n 板巖弱風化巖石顆粒密度 2.7g/cm³ ，天然密 度 2.75g/cm³ ，含水率 0.36% ；飽和單軸抗壓強度為 6.2MPa ，屬軟巖；軟化系數為0.56，易軟化；巖體抗剪 斷強度摩擦系數1.26，黏聚力 0.39MPa ；巖體變形模 量 1.73GPa ，彈性模量 2.28GPa 。微風化巖石顆粒密 度 2.8g/cm³ ，天然密度 2.77g/cm³ ，含水率 0.27% ： 飽和單軸抗壓強度為 7.4MPa ，屬軟巖；軟化系數為 0.59，易軟化；巖體抗剪斷強度摩擦系數1.46，黏聚力 0.51MPa ；巖體變形模量 1.86GPa ，彈性模量3.14 GPa 。

根據巖土試驗成果，結合其工程性狀，提出魚道場地巖土體物理力學性質參數建議值見表1～2[10]

2.2 地質結構分類

按地層時代、巖性及其組合，將魚道場地巖土分為單一（I類）雙層（Ⅱ類）多層（Ⅱ類）等3個不同的地質結構類型，其中雙層結構進一步分為 、 I₂ 兩個亞類，多層結構進一步分為 I₁ 、 I₂ 兩個亞類，分類原則見表3。據統計，魚道全長？ 2194m ，I， ， I₂ ，I₁ ， I₂ 類地質結構長度分別為380，185，864，435，330m。其中，以雙層結構為主，占全長的 47.8% ;其次為多層結構，占比 34.9% ；單一結構占比較小，為17.3% [11]

3主要工程地質問題分析

3.1 地基滑動穩定問題

在樁號 K0+950～1+445，K1+555～1+655，K 1+925～2+194 處，魚道順山體斜坡中下部、下部展布。該地段分布有堆積體，堆積體前部斜坡地形坡度25^°～35^° ，后部地形總體較緩，坡度一般小于 15^° ；堆積體后緣接基巖山體，地形較陡，坡度大于 40^° 。場地屬雙層結構 亞類，上部為 Q^col+dl 碎塊石土，最大勘探厚度 16.6m ;下部為 T₃n 板巖，多呈弱風化狀。部分地段屬多層結構 I₂ 亞類，即在 Q^col+dl 碎塊石土和T₃n 板巖之間還分布一層 Q₄ a礫卵石。

魚道布置于堆積體上，堆積體順其與下伏基巖、礫卵石的接觸帶有發生滑動的可能，對魚道穩定不利。選取典型地質剖面（圖1），進行堆積體穩定性計算。計算采用SLOPE/W軟件中的Morgenstern-Price法，分別考慮了天然條件、正常蓄水位 4 298m 條件、水位從正常蓄水位 4298m 消落至死水位 4287m 條件等3種工況。根據： 5L386-2007 《水利水電工程邊坡設計規范》，邊坡屬3級邊坡，設計安全系數取值：正常運用工況為1.15、非正常運用工況為1.05。計算結果表明：天然條件下邊坡穩定性系數1.165，大于設計安全系數，較為穩定；正常蓄水位下邊坡穩定性系數1.013，水位變動下邊坡穩定性系數0.862，均小于設計安全系數，不穩定，應進行處理。

3.2地基沉降穩定問題

在樁號 K0+550～0+645 、 K0+715～0+950 ，魚道布置于階地平臺上。平臺地形平緩，坡度小于 5^° 。場地屬多層結構 II₂ 亞類，上部為 Q^col+dl 碎塊石土，中部為 Q₄^al 礫卵石，下部為 T₃n 板巖。

礫卵石級配良好，結構中密一密實，地基承載力400kPa ，可作為魚道地基持力層。碎塊石土厚度變化較大，勘探厚度 0～4.9m ;結構松散一中密，密實度差異大。如直接以碎塊石土作為地基，魚道會發生不均勻沉降或較大沉降，應進行處理。

3.3 邊坡穩定問題

壩址右岸山體總體為巖質橫向坡，局部順向坡的邊坡坡角與板巖板理傾角基本相同，邊坡整體穩定條件較好。魚道在山體斜坡上展布時，因基坑開挖改變了原始邊坡的地形地質條件，可能會引起邊坡穩定問題。該工程魚道開挖邊坡失穩主要有3種模式： ① 巖質邊坡上覆 Q^eol+dl 碎塊石土被切腳，碎塊石土順基巖面發生滑動，如圖2（a）所示； ② 局部邊坡（樁號 K1+ 445～1+555 ，段長 110m ）為順向坡，基坑開挖使板巖板理面切腳，巖體順板理面發生滑動，如圖2（b）所示；③ 巖體中發育的3組裂隙相互切割形成潛在不穩定塊體，易發生崩塌或滑塌，如圖2（c）所示。邊坡失穩會危害魚道施工和運行安全，應進行處理。

3.4 砂土液化

I級階地上的魚道地基，部分地段地表分布有細砂，厚度一般 0.2～1.0m ，最厚 2.2m 。根據顆粒分析試驗成果，細砂中粒徑小于 0.005mm （黏粒）顆粒質量百分含量為 1.6% ，小于地震動峰值加速度 0.12g 對應的黏粒含量 17% ，初判為可能液化土。

開挖了7個試坑，每個試坑平行取2組試樣，通過測定樣品的天然含水率、天然密度獲得干密度，再結合測定樣品的最小干密度、最大干密度來計算得到細砂相對密度。采用相對密度法，對細砂液化進一步予以判別。根據GB50487-2008《水利水電工程地質勘察規范》GB50287－2016《水力發電工程地質勘察規范》的規定，地震動峰值加速度 0.10g 和 0.20g 對應的液化判斷相對密度臨界值分別為0.70和0.75，采用線性插值法，計算得到魚道場地地震動峰值加速度0.12g 對應的液化判斷相對密度臨界值為0.71。試驗成果（表4）表明：細砂相對密度為 0.37～0.98 ，平均值0.62，平均值和14個數據中的12個均小于液化臨界值，存在砂土液化問題，應進行處理。考慮到細砂分布在地表，且厚度較小，建議予以清除。

工程地質評價

以場地地形地貌、巖土地質結構及其物理力學性質為基礎，結合主要工程地質問題及其處理難度與工程量等因素，將魚道工程地質條件分為好（A類）較好（B類）較差（C類）差（D類）等4種類型。魚道全長2194m ，對其進行工程地質條件分段評價（表5），結果表明：A，B，C，D類分別長 185，275，860，874m 。其中，以工程地質條件差（D類）較差（C類）段為主，分別占全長的 39.9%.39.2% ；其次為工程地質條件較好（B類）好段（A類），占比分別為 12.5% （204號 ?8.4% 。

注：結構面 40^° ；結構面③ 傾向 250^° ，傾角 30^° ；開挖邊坡傾向 300^° ，傾角 63^° （坡比1：0.5）。

表4細砂相對密度試驗成果

對工程地質條件好（A類）的魚道，地基、邊坡穩定，無需處理。對工程地質條件較好（B類）的魚道，地表分布薄層細砂或碎塊石土，存在砂土液化或地基沉降問題，可結合清基予以挖除，處理難度和工程量小。對工程地質條件較差（C類）的魚道，地基或邊坡分布厚度較小的細砂或碎塊石土，存在砂土液化、地基沉降穩定或覆蓋層邊坡穩定問題，巖質邊坡存在隨機塊體穩定問題，可清除或采取錨固等常規技術進行處理，處理難度和工程量中等。對工程地質條件差（D類）的魚道，邊坡分布厚度較大的碎塊石土，存在地基滑動穩定或覆蓋層邊坡穩定問題，巖質邊坡存在順向坡穩定問題，處理難度和工程量大。

5 工程地質勘察創新

5.1 工程地質分類原則確定

在拉洛水利樞紐魚道工程地質勘察中，為了準確、有針對性地對魚道工程地質條件進行評價，制定了工程地質分類原則。分類原則考慮了包括魚道場地地形地貌、巖土地質結構及其物理力學性質在內的基本地質條件，結合主要工程地質問題及其處理難度與工程量等因素，將魚道工程地質條件分為好（A類）、較好（B類）較差（C類）差（D類）等4種類型。基于對湖北、西藏、重慶、廣東、廣西、江西等地的水利水電樞紐魚道勘察成果的搜集、整理、分析[12-14]，提出了較具通用性的魚道工程地質分類原則，見表6，可供其他水利水電樞紐魚道工程勘察借鑒。

5.2勘探布置方案擬定

在工程地質勘察實施之前，需要布置勘探工作。相對于常見的水工建筑物，魚道具有一定的特殊性和復雜性，而且現行體系下魚道工程地質勘察沒有相關技術標準可供執行，給地勘工作帶來了一定難度。在拉洛水利樞紐魚道工程地質勘察中，經過不斷探索與優化，形成了一套比較科學的勘探布置方案。勘探方案的布置要點如下： ① 勘探縱剖面沿魚道軸線布置，數量一般為1條； ② 勘探橫剖面宜垂直于勘探縱剖面，主要地質單元、特殊土及主要工程地質問題地段應布置有勘探橫剖面，數量視情況而定； ③ 勘探縱剖面上勘探點間距一般為 100～300m ，特殊土及主要工程地質問題地段可適當加密； ④ 勘探方法采用鉆探結合坑探、物探的方法，勘探縱、橫剖面的交點處應布置鉆探，其他地段可布置坑探； ⑤ 鉆探深度一般以進人穩定巖土體和設計建基面以下一定深度進行控制，并應滿足地質條件、持力層深度、特殊土及主要工程地質問題處理深度的要求； ⑥ 試驗方法主要采用靜力觸探、標準貫入、動力錐探、十字板剪切等，需根據不同巖土條件選用，主要巖土的有效試驗組數不少于6組。

另外，水利水電樞紐的魚道布置于壩址，因此魚道勘探應結合壩址及水工建筑物進行一體化布置，同時應充分利用壩址及水工建筑物勘探試驗資料，以提高魚道工程地質勘察成果質量、縮短勘察周期、節省勘察工作量及費用。

6結語

拉洛水利樞紐魚道地處高海拔嚴寒地區，氣候條件惡劣，地質環境復雜，魚道的成功建設和運行對高原河流生態環境保護具有重大意義。該魚道于2021年正式投入使用，運行效果良好，2022年11月17日獲得“海拔最高的魚道”吉尼斯世界紀錄。

由于無專門技術標準作為工作依據，本文對拉落水利樞紐魚道工程地質勘察進行了技術與方法創新。制定了基于場地地形地貌、巖土地質結構、主要工程地質問題及其處理難度與工程量等因素的魚道工程地質分類原則，提出了一套與魚道型式及規模、地形地質條件相適應的勘探布置方案。通過勘察，查明了魚道場地基本地質條件，根據巖土物理力學性質，劃分了單一、雙層、多層地質結構，分析了地基滑動穩定、地基沉降穩定、邊坡穩定和砂土液化等主要工程地質問題，并提出了處理意見。在魚道施工過程中，前期勘察工程地質條件與施工揭示情況一致，地質評價結論合理正確。該工程勘察技術與方法探索實踐為魚道設計和施工提供了地質依據，也可為將來制定魚道工程地質勘察標準提供技術支撐和資料積累。

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（編輯：高小雲）

Research on engineering geological evaluation and exploration method of fishway in water resource and hydropower project

HUANG Zhenwei1'2，ZHANG Tao1，2，DU Shenghua1.2 （1.ChangjiangGeotechnical Enginering Co.，Ld.，Wuhan430o，China；2.Changjiang Survey，Planng，DesignandReach Co.，Ltd.，Wuhan ，China）

Abstract： Inresponse to the lack of standardized regulations as abasis for geological exploration in fishway engineering， thebasic geologicalconditionsandphysicaland mechanical propertiesof geotechnical materialsofthesitewere identified during the fishway exploration of Xizang Laluo Water Control Project.The main engineering geological problems such as foundationslidingstability，foundationselementstability，slopestability，andsandliquefactionwereanalyzed，andon this basis，engineering geological segmentation evaluationwascariedout.Aprincipleof geological classificationforfishway projects was proposed based onfactors such as thesite'stopography，geological structure of rock and soil，majorenginering geological problemsandthediffcultyand workloadof their treatment.Asetofexploration layout plans was formed toadaptto fishway typeand scale，aswellas topographic and geological conditions.Theresults showed that the proposed geological exploration method for fishway projectscan improve thequalityof exploration results，shorten the explorationcycleand exploration workload.The research resultscan provide areference for engineering geological evaluation and exploration method of fishway in water resource and hydropower project.

Keywords：geological structure；engineering geological problem；exploration plan；fishway project；Laluo Water Control Project