文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A

文章編號(hào): 0559-9342(2015)07-0056-03

收稿日期: 2015-05-17

作者簡(jiǎn)介:李桂林(1981—)，男，貴州平壩人，工程師，碩士，主要從事水電工程建設(shè)管理工作．

Study on Excavation and Supporting Technology of 500 m-high Slope in Dagangshan Hydropower Station

LI Guilin，WU Nan

(Guodian Dadu River Dagangshan Hydropower Development Co．，Ltd．，Shimian 625409，Sichuan，China)

Abstract: The dam of Dagangshan Hydropower Station locates on an area with high seismic intensity，complex topographical and geological conditions and serious rock weathering and unloading．The slope excavation height above dam abutment is more than 500 m，the security and stability of slope excavation are more prominent．By treating slope comprehensively，using rapid construction techniques and monitoring，the security and stability，rapid construction and environmental protection of high slope excavation and construction are effectively solved，and a remarkable economic and social benefits are also achieved．

Key Words: high slope; excavation; supporting; monitoring; Dagangshan Hydropower Station

0　引言

大崗山水電站壩址區(qū)地震烈度高，地震基本烈度為Ⅷ度。壩肩邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，壩肩巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，發(fā)育多條巖脈、斷層、卸荷裂隙。壩肩邊坡開(kāi)挖高度高，邊坡開(kāi)挖最大高度達(dá)530 m。壩肩邊坡開(kāi)挖施工安全穩(wěn)定問(wèn)題較為突出。

1　主要工程問(wèn)題

1. 1　地震安全性

工程區(qū)位于川滇南北向構(gòu)造帶北段，為南北向安寧河斷裂、北西向鮮水河斷裂和北東向龍門(mén)山斷裂交匯部位，處在由磨西斷裂、大渡河斷裂和金坪斷裂所圍限的黃草山斷塊的西側(cè)邊緣。壩址距磨西斷裂和大渡河斷裂分別為4. 5、4 km，地震地質(zhì)背景復(fù)雜，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定條件差。根據(jù)中國(guó)地震局批復(fù)的地震安全性評(píng)價(jià)成果，壩址50年超越概率10%和100年超越概率2%的基巖水平峰值加速度分別為0. 251 7 g、0. 057 5 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度?；炷岭p曲拱壩地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)采用100年超越概率2%，相應(yīng)的地震基巖水平加速度峰值為0. 557 5 g。地震安全性是大崗山水電站關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

1. 2　地質(zhì)條件

工程區(qū)基巖以澄江期花崗巖為主，巖性為灰白色、微紅色中粒黑云二長(zhǎng)花崗巖，各類(lèi)巖脈發(fā)育于花崗巖中，尤以輝綠巖脈分布較多。其中，右岸邊坡基巖發(fā)育78條輝綠巖巖脈、8條花崗細(xì)晶巖巖脈，巖脈破碎帶呈塊裂～碎裂結(jié)構(gòu);發(fā)育84條斷層，以陡傾角、傾向坡里為主，屬巖塊巖屑、巖屑夾泥型或泥夾巖屑型。此外，右岸邊坡巖體向河谷臨空方向卸荷較為強(qiáng)烈，隱微裂隙發(fā)育，巖石完整性較差。地勘資料顯示，右岸邊坡上部揭露出XL 316-1、XL 09-15等2條中等傾角卸荷裂隙集中發(fā)育帶，與下部的f 231斷層相接形成控制右岸邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面上部存在高260 m、順河床長(zhǎng)約200～240 m、水平厚度70～100 m、體積約400萬(wàn)m 3的不穩(wěn)定組合塊體，直接影響施工期及大壩建成后工程的安全。

1. 3　邊坡開(kāi)挖

大崗山水電站壩址河谷狹窄，兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，自然坡度一般40°～65°，左、右岸邊坡相對(duì)高差在800 m以上。根據(jù)拱壩建基面設(shè)計(jì)和纜機(jī)布置需要，邊坡開(kāi)挖分為纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡、壩頂至纜機(jī)平臺(tái)邊坡和壩頂以下邊坡。左岸邊坡自上而下開(kāi)挖高度最大達(dá)530 m，土石方開(kāi)挖總量約880萬(wàn)m 3。由于左、右岸壩肩邊坡開(kāi)挖高，施工道路等臨建布置和出渣難道較大，施工干擾多，開(kāi)挖過(guò)程中石渣容易下河，開(kāi)挖施工安全問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題較為突出。此外，左、右岸壩肩邊坡開(kāi)挖項(xiàng)目處于工程發(fā)電關(guān)鍵線(xiàn)路上，工期緊，任務(wù)重。

2　主要研究?jī)?nèi)容

2. 1邊坡穩(wěn)定分析及加固

對(duì)拱壩兩岸纜機(jī)平臺(tái)以上邊坡、壩頂至纜機(jī)平臺(tái)邊坡和壩頂以下邊坡的各種設(shè)計(jì)方案下的整體和局部穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并采取必要的支護(hù)措施，確保樞紐區(qū)邊坡安全。通過(guò)反饋分析及量化加固設(shè)計(jì)技術(shù)研究，進(jìn)一步深化和細(xì)化工程邊坡綜合整治設(shè)計(jì)，科學(xué)有效控制樞紐區(qū)邊坡開(kāi)挖及運(yùn)行期安全。

2. 1. 1　右岸邊坡卸荷裂隙加固

右岸邊坡按樞紐區(qū)1級(jí)邊坡進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，在確保工程安全性和經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上，以三維剛體極限平衡計(jì)算成果作為邊坡穩(wěn)定性判斷依據(jù)，邊坡穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)按不低于規(guī)范的下限值控制，即正常、降雨工況和偶然工況(設(shè)計(jì)地震和偶然地震)下安全系數(shù)不低于1. 25、1. 15和1. 05。按照“深淺結(jié)合、表里聯(lián)合、綜合治理”的處理思路，采取了“6層抗剪洞(錨固洞)+斜井+錨索支護(hù)+貼坡混凝土+排水”的加固處理方案。對(duì)以XL 09-15為底滑面的塊體采取錨索進(jìn)行加固處理;對(duì)以XL 316-1及f 231斷層為底滑面的大塊體采取“錨索+抗剪洞(錨固洞)+斜井”措施進(jìn)行加固處理，沿XL 316-1及f 231斷層共布置6層抗剪洞和3條斜井，f 231斷層出露前沿邊坡采用貼坡混凝土和錨索加固，利用深層縱、橫向排水洞、坡面排水淺孔、深孔、截排水系統(tǒng)及噴混凝土封閉坡面防滲等形成系統(tǒng)的綜合排水系統(tǒng)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示的地質(zhì)條件，通過(guò)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析，對(duì)邊坡治理方案進(jìn)行了優(yōu)化。1 240 m高程靠近壩頭區(qū)，未出現(xiàn)明顯的張開(kāi)裂隙，優(yōu)化取消該部位抗剪洞; 1 210 m高程抗剪洞水平投影與1 180 m高程抗剪洞近似重合，不具備開(kāi)挖斜井條件，取消了該高程之間的2個(gè)斜井; 1 180 m高程抗剪洞部分樁號(hào)段范圍揭露的f 231斷層傾角變緩，主要在上半洞出現(xiàn)，取消了該部位下半洞開(kāi)挖。

邊坡加固處理后，各種計(jì)算方法不同工況下的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)成果顯示，右岸邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，處理效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2. 1. 2　建基面和基礎(chǔ)巖脈置換

邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)拱壩的受力及基礎(chǔ)變形影響較大的淺表和深部地質(zhì)缺陷，進(jìn)行置換開(kāi)挖和固結(jié)灌漿處理，以改善基礎(chǔ)的受力條件。

(1)對(duì)拱壩受力及變形影響較大的淺表地質(zhì)缺陷。左岸主要有1 015～1 037 m高程β 21、β 28輝綠巖巖脈及壩趾Ⅲ 2類(lèi)花崗巖體，960～979 m高程的Ⅳ類(lèi)花崗巖體及上部緊鄰的β 41輝綠巖巖脈;右岸主要有1 090～1 135 m高程的Ⅳ花崗巖體及β 4輝綠巖巖脈，945～980 m高程的β 43、β 8和β 40輝綠巖巖脈;河床主要有β 88、β 73和β 142輝綠巖巖脈。對(duì)以上淺表地質(zhì)缺陷采取了部分挖除或全部挖除+混凝土置換處理措施，對(duì)未挖除的地質(zhì)缺陷采取水泥固結(jié)灌漿加固處理。

(2)對(duì)拱壩受力及變形影響較大的深部地質(zhì)缺陷。左岸有β 21輝綠巖巖脈，右岸有β 8、β 43輝綠巖巖脈。由于上述巖脈規(guī)模較大、性狀較差，采用深部混凝土網(wǎng)格置換及加密固結(jié)灌漿進(jìn)行處理。左岸共設(shè)置3個(gè)巖脈置換平洞、4個(gè)巖脈置換斜井，右岸共設(shè)置4個(gè)巖脈置換平洞、6個(gè)巖脈置換斜井，并在混凝土網(wǎng)格置換平洞和斜井構(gòu)成的空間內(nèi)，對(duì)輝綠巖巖脈進(jìn)行加密固結(jié)灌漿。

在追蹤巖脈開(kāi)挖過(guò)程中，通過(guò)新奧法動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法，在保證置換目的的同時(shí)，進(jìn)行了部分設(shè)計(jì)優(yōu)化。建基面和深部基礎(chǔ)巖脈置換后，提高了拱壩建基面的完整性和抗變形能力。

2. 2　高邊坡快速開(kāi)挖

通過(guò)圍堰分期實(shí)施、河道提前分流、壩肩開(kāi)挖基坑集中出渣的導(dǎo)流、截流、圍堰填筑及高邊坡開(kāi)挖的綜合控制與施工技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分塊、分層立體多層次施工，以解決高邊坡開(kāi)挖安全、環(huán)保和進(jìn)度問(wèn)題。采取的措施主要有:

(1)實(shí)現(xiàn)河道提前分流。優(yōu)化建設(shè)時(shí)序，加快導(dǎo)流洞工程建設(shè)。在壩肩大規(guī)模開(kāi)挖前，導(dǎo)流洞工程具備提前分流條件。

(2)分期實(shí)施圍堰?；谔崆胺至鞅阌诨映鲈闹笇?dǎo)思想，基坑度汛設(shè)防等級(jí)可降低，對(duì)初期導(dǎo)流方案進(jìn)行調(diào)整。全年圍堰分期實(shí)施，分流后第1個(gè)汛期采用過(guò)水圍堰、基坑過(guò)流、隧洞導(dǎo)流的方式度汛，第2個(gè)汛期圍堰加高至全年圍堰，以導(dǎo)流洞導(dǎo)流方式度汛。

(3)設(shè)置臨時(shí)擋水子堰。分析水文資料及近年壩址流量情況，結(jié)合工程防汛條件，在過(guò)水圍堰上部設(shè)置臨時(shí)擋水子堰，提高擋水標(biāo)準(zhǔn)，使其能夠抵擋常年洪水。

(4)高邊坡快速安全綠色施工技術(shù)。河道分流后形成臨時(shí)基坑，壩肩開(kāi)挖渣料提前下基坑，由零散出渣變?yōu)榇笠?guī)模集中出渣，開(kāi)挖強(qiáng)度和出渣強(qiáng)度大幅提升。簡(jiǎn)化了高邊坡施工道路布置與建設(shè)難度，減少了施工干擾，降低了安全隱患。加強(qiáng)了水土保持工作力度，解決了邊坡開(kāi)挖水土流失、河道污染等環(huán)保問(wèn)題。

2. 3　高邊坡安全監(jiān)測(cè)

考慮地震、地質(zhì)條件、不穩(wěn)定塊體和邊坡支護(hù)處理措施等因素，邊坡安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)布置按照宏觀與微觀相結(jié)合、內(nèi)部與表面相結(jié)合、全面與重點(diǎn)相結(jié)合的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。建立了完善的右岸邊坡立體監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括表面變形、巖體內(nèi)部變形、支護(hù)應(yīng)力、混凝土應(yīng)力應(yīng)變、微震監(jiān)測(cè)和開(kāi)挖爆破影響等。

(1)表面變形監(jiān)測(cè)。利用邊坡馬道，設(shè)置外部觀測(cè)墩，形成多條監(jiān)測(cè)斷面，監(jiān)測(cè)邊坡表面水平位移和垂直位移。

(2)淺表監(jiān)測(cè)。布設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)和測(cè)斜管，監(jiān)測(cè)邊坡淺表應(yīng)力應(yīng)變及位移。

(3)深部變形監(jiān)測(cè)。利用地質(zhì)勘探平硐，布設(shè)石墨桿收斂計(jì)、裂縫計(jì)和砂漿條帶，監(jiān)測(cè)邊坡深部變形情況。

(4)右岸邊坡加固處理措施監(jiān)測(cè)。按照突出重點(diǎn)思路，有針對(duì)性地開(kāi)展右岸卸荷密集帶處理措施監(jiān)測(cè)。布設(shè)錨索測(cè)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、測(cè)縫計(jì)、錯(cuò)位計(jì)等監(jiān)測(cè)圍巖變形及受力情況;布設(shè)壓應(yīng)力計(jì)、無(wú)應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)組監(jiān)測(cè)抗剪洞混凝土內(nèi)部應(yīng)力;布設(shè)滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)滲透壓力變化情況。

(5)微震監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由22個(gè)傳感器陣列組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)右岸壩肩600 m×400 m×600 m空間范圍的全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析巖石內(nèi)微破裂及其演化情況，進(jìn)行巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)預(yù)報(bào)。

(6)開(kāi)挖爆破監(jiān)測(cè)。通過(guò)開(kāi)展開(kāi)挖爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)和爆前、爆后聲波監(jiān)測(cè)，提高開(kāi)挖施工質(zhì)量，控制爆破質(zhì)量，減小對(duì)邊坡巖石損傷。

各項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料表明，采取加固措施后，右岸邊坡變形已收斂，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3　主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3. 1　綜合治理

按照“綜合治理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”的思路，確定了右岸邊坡卸荷裂隙工程處理難度最小、經(jīng)濟(jì)最合理的加固方案，處理效果滿(mǎn)足要求，處理規(guī)模和施工難度國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，可為今后類(lèi)似工程提供借鑒。

3. 2　微震監(jiān)測(cè)

建立了高邊坡微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了右岸邊坡穩(wěn)定性及潛在風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和預(yù)警。初步形成了一套以微震監(jiān)測(cè)為主、應(yīng)力場(chǎng)分析為輔的巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)演化機(jī)理分析理論。該項(xiàng)研究成果獲得了中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

3. 3“先分后挖”施工技術(shù)

通過(guò)圍堰分期實(shí)施、河道提前分流、壩肩開(kāi)挖基坑集渣出渣施工技術(shù)，極大地簡(jiǎn)化了岸坡施工道路的布置與建設(shè)，減少了施工干擾，提高了開(kāi)挖強(qiáng)度和出渣強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了壩肩快速開(kāi)挖，并成功解決了拱壩高陡邊坡開(kāi)挖渣料下河引起的水土流失、河道污染等環(huán)保問(wèn)題。該項(xiàng)研究成果獲得了中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

4　實(shí)施效果

4. 1　經(jīng)濟(jì)效益

(1)加快壩肩開(kāi)挖進(jìn)度。高峰期開(kāi)挖強(qiáng)度達(dá)44 萬(wàn)m 3/月，出渣強(qiáng)度達(dá)54萬(wàn)m 3/月，開(kāi)挖進(jìn)度及出渣強(qiáng)度均達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。通過(guò)先分后挖技術(shù)，較設(shè)計(jì)工期縮短了4個(gè)月。

(2)降低壩頂以上邊坡開(kāi)挖出渣難度和成本。壩肩開(kāi)挖渣料下基坑，降低了出渣難度，縮短了運(yùn)輸距離，降低了運(yùn)輸成本，節(jié)約投資約1 200萬(wàn)元。4. 2　社會(huì)效益

(1)實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步，工程示范效應(yīng)明顯。

(2)邊坡開(kāi)挖施工期間未出現(xiàn)安全事故，同時(shí)保證了省道S211通行安全。

(3)開(kāi)創(chuàng)水電工程建設(shè)與環(huán)境保護(hù)之間和諧發(fā)展的新思路，解決了邊坡開(kāi)挖水土流失、河道污染等環(huán)保問(wèn)題。

5　結(jié)論

大崗山水電站500 m級(jí)高邊坡

(下轉(zhuǎn)第89頁(yè))