复杂地质条件下水利水电工程施工关键技术

引言：我国地质条件复杂多样，约 60% 的水电资源分布于高山峡谷、岩溶发育、软弱围岩等高风险地质区域。传统施工技术在应对断层破碎带、高地应力、强渗透性等难题时，常面临工期延误、成本超支甚至安全事故风险。例如，某水电站因未充分识别坝基软弱夹层，导致大坝沉降超标；另一工程因未及时监测地下厂房围岩变形，引发局部坍塌，这些案例揭示了复杂地质条件下施工技术创新的紧迫性[1]。

一、复杂地质条件对施工的影响机制

（一）地质环境复杂性表征复杂地质条件通常表现为：

（1）构造活动性：新构造运动活跃区域的地质特征，例如广泛发育的活动断裂带或强烈的褶皱变形带。这些构造不仅自身是薄弱带，更重要的会导致穿越其中的岩体发生严重破碎、错动，形成规模巨大的构造破碎带或影响带。在这些地带进行开挖或荷载施加，极易诱发岩体失稳，如洞室塌方、边坡滑移或地基不均匀沉降。

（2）岩土体非均质性：体现在地层岩性的剧烈变化上，如软岩（泥岩、页岩）与硬岩（花岗岩、灰岩）频繁交替互层，或者同一岩层内由于沉积环境差异导致力学性质迥异。更为普遍的是岩体中密集发育的节理、裂隙网络。这些结构面将完整岩体切割成不同尺度的块体，使岩土体在物理力学性质上呈现出显著的各向异性（不同方向性质不同）和不连续性。这种非均质性使得岩土体的强度、变形特性和渗透性在空间上变化极大，难以准确预测，给工程设计参数选取和施工工艺选择带来巨大困难[2]。

（3）水文地质特殊性：复杂地质区域常伴生特殊的水文地质现象。典型的例子是岩溶（喀斯特）地区发育的地下暗河、溶洞和管道系统，构成了复杂的地下水流通道，极易引发突水、涌泥甚至地表塌陷。此外，深层承压含水层、高压地下水囊的存在也极具威胁，施工一旦揭穿这类水体，高压水流的突然涌出（突涌）不仅淹没作业面，更可能携带泥沙导致灾难性后果，并造成地下水位急剧下降引发环境问题。

（3）环境敏感性：工程场地本身或其周边环境处于地质灾害易发的高风险状态。例如，工程位于地震活动带内，施工扰动叠加地震动可能显著放大灾害效应；或是在地形陡峻的高陡边坡地带作业，施工开挖极易破坏原有平衡，触发崩塌、滑坡等次生灾害，对施工安全和下游保护对象构成双重威胁。这些敏感环境因素要求施工必须采取极其谨慎的预防和保护措施[3]。

（二）施工风险耦合效应

复杂地质条件对施工的影响绝非各单一因素的简单叠加，而是呈现出复杂的风险耦合效应。不同地质问题之间、地质问题与施工活动之间存在着动态的相互作用与连锁反应，显著放大了施工风险，使得单一的技术应对措施往往力不从心。实际工程案例深刻揭示了这种耦合效应的严峻性。例如，在某大型高坝工程的建设过程中，坝基覆盖层深厚（达 80 米），这本就增加了基础处理的难度。更为棘手的是，该覆盖层内赋存多层承压含水层。在施工期进行的大规模基坑降排水作业，虽然旨在保证坝基开挖的干地施工条件，却引发了意想不到的连锁反应。持续强力的抽水导致区域地下水位大幅下降，诱发了覆盖层及下伏地层的固结沉降。这种沉降并非均匀发生，其不均匀性传递至地表，最终导致坝址区附近大量民房墙体开裂、地基变形，引发了严重的民生问题和工程纠纷。此案例清晰地表明，深厚覆盖层、多层承压水与人工强力降水这三个地质与施工因素相互耦合，放大了环境岩土工程风险[4]。

二、复杂地质条件下施工关键技术体系构建

（一）精细化地质勘察技术

（1）三维地质建模：通过融合钻孔岩芯、物探解译与遥感影像数据，构建高精度透明化地质模型。典型案例见于某大型水电站建设，项目采用无人机搭载 LiDAR 系统对坝区进行密集扫描，结合地面地质复核，将主要断层的空间定位精度从传统方法的 ±5 米显著提升至 ±0.3 米，为避让高风险构造带提供关键依据。（2）原位测试创新：采用扁平试件剪切试验（如岩石直剪仪）测定节理面抗剪强度，规避室内试件尺寸效应误差；通过水压致裂法实测深部地应力场分布，某矿山工程据此优化了巷道轴向布置，减少应力型变形破坏达 40% （3）动态风险评估：依托模糊层次分析法（FAHP），构建包含岩体质量、地下水、构造发育等指标的地质风险矩阵。相关跨海隧道施工中，该模型根据掌子面揭露的断层泥比例实时调整风险等级，动态优化注浆参数与支护强度，成功规避两次潜在塌方事故。

（二）地基处理与加固技术

针对复杂地基问题，发展了一系列高效处理技术，对于深厚砂卵石覆盖层，振冲碎石桩结合混凝土防渗墙的组合工艺被证明能大幅提升地基承载力和有效阻隔渗流。针对软弱夹层导致的坝基不均匀沉降问题，高压旋喷桩置换结合锚索框架梁加固是有效的解决方案。在岩溶发育地区，通过高精度定位技术（如CT 扫描）查明溶洞分布，采用注浆充填并辅以传感器监测，确保填充密实度和长期稳定性，显著改善了不良地基的工程性能，满足了结构物对地基稳定性和防渗性的严苛要求。

（三）边坡稳定与支护技术

复杂地质区域边坡稳定是重大挑战，预应力锚固技术持续发展，可回收式让压锚索等新型结构能更好地适应高边坡变形，有效控制位移。生态支护理念得到贯彻，在确保边坡稳定的前提下，采用喷射植被混凝土结合土工格栅与排水措施，实现工程防护与生态修复的协同。为提升预警能力，布设高密度微震监测传感器网络，实时捕捉边坡岩体内部的微破裂信号，显著提前了潜在失稳的预警时间窗口，这些技术共同构建了集主动加固、生态友好与实时预警于一体的边坡安全保障体系。

（四）地下工程施工技术

地下工程面临围岩多变、灾害频发等难题，针对软岩大变形地层，对隧道掘进机（TBM）进行适应性改造（如采用双护盾结构并集成超前注浆系统）是提升掘进效率和保障安全的关键。实施动态支护策略，建立“实时监测 - 数据分析 - 支护决策”的闭环系统，依据围岩收敛监测数据动态调整锚杆参数和喷砼厚度，实现支护的精准化与及时性。对于突涌水（泥）高风险区，综合运用超前地质探孔精确预报，并结合水平冻结法等高效阻水技术，成功穿越高压富水地层，有力保障了复杂地层中地下工程的安全、连续施工。

结语：

复杂地质条件下的水利水电工程施工，需突破单一技术路径依赖，构建“勘察 - 设计 - 施工 - 监测”全链条技术体系。本文提出的多技术融合策略，通过地质信息数字化、施工装备智能化、决策支持系统化，有效提升了工程安全水平与建设效率。

参考文献：

[1] 刘越 , 杨二孟 . 复杂地质条件下水利工程施工关键技术研究 [A]2024 新质生产力视域下智慧建筑与经济发展论坛论文集（一）[C].《中国建筑金属结构》杂志社有限公司,《中国建筑金属结构》杂志社有限公司,2024:2.

[2] 王仁坤; 张敬; 周钟; 饶宏玲; 杨强. 复杂地质特高拱坝设计关键技术[M].中国水利水电出版社 :202203.284.

[3] 钱文勋 , 白银 , 徐雪峰 , 孙红尧 , 徐宁 , 赵成先 . 高寒复杂条件下混凝土坝新型防护和耐磨材料[M]. 南京东南大学出版社:202112.328.

[4] 何兴勇 , 蒲建平 , 王小波 , 程保根 . 西部山区水电工程施工导截流工程设计创新与实践 [M]. 中国水利水电出版社 :202112.248.