劉 永 波，　唐 世 明，　王 宗 瓊，　蒙 富 強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞進(jìn)口邊坡地質(zhì)條件復(fù)核及優(yōu)化治理

劉 永 波，唐 世 明，王 宗 瓊，蒙 富 強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：對(duì)長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞進(jìn)口邊坡進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，根據(jù)前期勘探成果并結(jié)合初期導(dǎo)流洞和右岸交通洞開挖揭示的情況，詳細(xì)查明了邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、變形破壞機(jī)制等，對(duì)泄洪洞進(jìn)口邊坡按照“高清坡、強(qiáng)支護(hù)、低開口”的原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，從可研階段邊坡開挖高度的315 m左右降低為目前開挖高度的125 m左右，根據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知，邊坡未出現(xiàn)異常情況。該設(shè)計(jì)優(yōu)化大幅度降低了開挖高度，節(jié)約了工期，降低了工程風(fēng)險(xiǎn)。[1]。

關(guān)鍵詞：裂隙密集帶；穩(wěn)定性分析；長(zhǎng)河壩水電站；設(shè)計(jì)優(yōu)化；施工監(jiān)測(cè)；邊坡

1概述

長(zhǎng)河壩水電站三條泄洪洞布置于大渡河右岸，從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞和3#泄洪洞，其中1#為深孔，2#、3#為開敞式，洞長(zhǎng)為1.3～1.5 km。三條泄洪洞大致平行布置，洞向?yàn)镾13°～14°W。1#泄洪洞進(jìn)口高程1 645 m，2#、3#泄洪洞進(jìn)口高程1 663.5 m。泄洪洞進(jìn)口邊坡高陡，前期勘探揭示，控制邊坡穩(wěn)定性的主要因素為mj5破碎帶及其影響帶。可研階段采取對(duì)mj5破碎帶及其影響帶全挖方案，開挖高度最高達(dá)315 m。在技施階段，通過對(duì)進(jìn)口邊坡進(jìn)行的詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查，結(jié)合初期導(dǎo)流洞和右岸交通洞對(duì)mj5開挖揭示的情況，詳細(xì)查明了邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、變形破壞機(jī)制等，對(duì)mj5有了新的、充分的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為在邊坡可以保留mj5破碎帶及其影響帶，遂對(duì)泄洪洞進(jìn)口邊坡“高清坡、強(qiáng)支護(hù)、低開口”的原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2泄洪洞進(jìn)口邊坡基本地質(zhì)條件

泄洪洞進(jìn)口邊坡位于大渡河右岸象鼻溝上游坡段，自然斜坡在高程1 800 m以下，平均坡度為48°～54°。1#泄洪洞縱向坡自然坡度為63°左右，2#、3#泄洪洞縱向坡自然坡度為55°～65°。 坡體基巖裸露，局部發(fā)育植被，主要出露澄江～晉寧期石英閃長(zhǎng)巖(δ02(3))和中粗?；◢弾r(γ2(4)),其下部公路邊見少量侵入細(xì)晶花崗巖脈(γl)。地表調(diào)查和勘探平洞揭示泄洪洞進(jìn)口部位無區(qū)域性斷裂通過，地質(zhì)構(gòu)造以次級(jí)小斷層、節(jié)理裂隙為特征。進(jìn)口巖體呈弱風(fēng)化，強(qiáng)卸荷水平深度一般為20～35 m，弱卸荷水平深度為64～78.5 m。地下水主要為基巖裂隙潛水，受地表降水補(bǔ)給，向河床排泄，分布于裂隙巖體和斷層帶附近，受斷層或巖脈阻水而局部富集。工程區(qū)場(chǎng)地50 a超越概率10%的基巖水平峰值加速度為172 gal，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度。工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。

3邊坡前期穩(wěn)定性分析與開挖支護(hù)設(shè)計(jì)

坡體中主要發(fā)育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多組結(jié)構(gòu)面，裂隙性狀見表1。其中以J4、J7、J2、J6等組結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，局部零星發(fā)育J5組裂隙。此外，發(fā)育Ⅴ1級(jí)結(jié)構(gòu)面mj5，產(chǎn)狀同J4，由NWW向陡傾角長(zhǎng)大裂隙平行密集發(fā)育組成，裂隙間距一般為1～3 m，長(zhǎng)大裂隙裂面上常見壓碎現(xiàn)象，局部?jī)A倒張開，延伸長(zhǎng)度大于300 m，破碎帶寬30～40 m。受mj5影響，巖體較破碎，呈塊裂結(jié)構(gòu)～碎裂結(jié)構(gòu)，總體為“Ⅳ”類。

根據(jù)設(shè)計(jì)開挖坡比1∶0.5，泄洪洞縱剖面與地形線呈大角度相交，洞臉邊坡走向?yàn)镹77°W，內(nèi)外側(cè)邊坡走向?yàn)镹13°E，采用赤平投影分析(表2，圖1)。

(1)洞臉邊坡：J4組陡傾裂隙與開挖面呈小角度相交且傾向坡外，傾角略大于開挖面傾角，延伸長(zhǎng)度較大，間距較小，構(gòu)成板裂狀結(jié)構(gòu)，易發(fā)生傾倒拉裂破壞；J6組緩傾角裂隙為底滑面，J4組裂隙為后緣拉裂面，J7組裂隙為側(cè)向切割面，易產(chǎn)生滑移拉裂破壞。

表1　泄洪洞進(jìn)口段裂隙發(fā)育統(tǒng)計(jì)表

圖1　泄洪洞邊坡赤平投影圖

表2　裂隙產(chǎn)狀表

(2)內(nèi)側(cè)邊坡：J2組和J1組裂隙走向與開挖面近于平行，傾向坡外，傾角小于開挖坡腳，以J4組裂隙作為側(cè)向割裂面；J7組裂隙作為后緣拉裂面，易發(fā)生滑移拉裂破壞；J7組陡傾角裂隙與開挖坡面近于平行，在淺表部易發(fā)生傾倒變形破壞。

(3)外側(cè)邊坡：沿J4組陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)生傾倒拉裂破壞。

mj5發(fā)育在泄洪洞進(jìn)口整個(gè)邊坡上，地表出露以卸荷張開、傾倒破壞為主，結(jié)構(gòu)較松弛，產(chǎn)狀同J4。在上述裂隙組合模式中，多為mj5參與，對(duì)邊坡穩(wěn)定極為不利。

工程前期，根據(jù)對(duì)mj5的認(rèn)識(shí)并鑒于泄洪洞進(jìn)口邊坡對(duì)于工程的重要性，設(shè)計(jì)采用的開挖坡比為1∶0.3～1∶0.5，開挖邊坡每25 m高差設(shè)一道3 m寬的馬道，將位于進(jìn)口邊坡段巖體破碎部分(mj5破碎帶及影響帶)全部挖除，挖除后采取一定的支護(hù)措施。在前期開挖支護(hù)方案中，邊坡開口線較高，3#泄洪洞右側(cè)最大開挖坡高約為315 m。開挖和支護(hù)量大，邊坡高陡，施工難度較大，對(duì)邊坡擾動(dòng)較大，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，工期不可控因素較多。

4招標(biāo)技施階段的勘察與設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1招標(biāo)技施階段實(shí)施的勘察工作

根據(jù)施工支洞、初期導(dǎo)流洞(初期導(dǎo)流洞位于泄洪洞下游，高差約150 m)開挖揭示的情況，對(duì)mj5進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和分析，對(duì)邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性復(fù)核。

(1)mj5延伸長(zhǎng)大(勘探平洞底板高程1 650 m、初期導(dǎo)流洞底板高程約1 481 m均有出露)，密集帶寬度為30～50 m，主要表現(xiàn)為裂隙間距以5～10 cm發(fā)育，局部表現(xiàn)為破碎帶，一般破碎帶寬度為20～30 cm，呈現(xiàn)出靠山外側(cè)較寬，靠山里側(cè)較窄的特征。在1#泄洪洞洞臉邊坡出露較寬，在2#、3#泄洪洞洞臉邊坡出露較窄。

(2)密集帶內(nèi)巖體多呈鑲嵌結(jié)構(gòu)、局部呈碎裂結(jié)構(gòu)(破碎帶處)。導(dǎo)流洞及施工支洞開挖初期揭示，在強(qiáng)卸荷洞室段巖體稍松弛，但成洞條件較好。mj5在地表出露時(shí)呈現(xiàn)為傾倒卸荷張開、裂隙密集帶、卸荷張裂縫、傾倒變形等破壞形式。裂面間壓碎現(xiàn)象不明顯。

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(3)mj5走向與泄洪洞軸線方向呈大角度相交，傾角為75°～85°，傾坡外，對(duì)左右側(cè)邊坡的穩(wěn)定性影響不大，在洞臉部位易產(chǎn)生傾倒垮、塌破壞。

筆者通過前期對(duì)邊坡進(jìn)行的穩(wěn)定性分析，結(jié)合招標(biāo)技施階段調(diào)查和分析，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核論證：泄洪洞進(jìn)口邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制洞臉邊坡穩(wěn)定性的主要因素為裂隙組合形成的較大不穩(wěn)定塊體，組合機(jī)制為以J6組傾角裂隙為底滑面，J4組裂隙構(gòu)成后緣拉裂面，J7組裂隙為側(cè)向切割面，易發(fā)生滑移拉裂破壞。

4.2設(shè)計(jì)優(yōu)化情況

基于對(duì)mj5的充分認(rèn)識(shí)并經(jīng)穩(wěn)定性復(fù)核得知，泄洪洞邊坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，局部存在mj5與其他裂隙組合形成的不穩(wěn)定塊體，易產(chǎn)生滑移拉裂破壞和沿mj5的傾倒破壞。邊坡開挖支護(hù)設(shè)計(jì)按照“高清坡、低開口，強(qiáng)鎖扣”的原則進(jìn)行了降低開口線的設(shè)計(jì)優(yōu)化。邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)采用一期支護(hù)、二期開挖支護(hù)。一期支護(hù)范圍為工程邊坡開口線外至第一級(jí)較緩地形處，支護(hù)前對(duì)自然邊坡松動(dòng)危石、危巖體進(jìn)行清理，清坡后針對(duì)不利組合形成的較大不穩(wěn)定塊體采取錨索和框格梁支護(hù)，局部不穩(wěn)定塊體采用隨機(jī)錨桿束支護(hù)。二期開挖支護(hù)邊坡開挖坡比由原來的1∶0.3～0.5調(diào)整為1∶0.25～直立，并將進(jìn)口塔體外移了20～30 m，開口線高程約為1 730 m，最大開挖高度由原來的315 m調(diào)整為125 m左右(3#泄洪洞右側(cè))，開挖后深層支護(hù)采用系統(tǒng)錨索、框格梁，淺層支護(hù)采用系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土、排水孔等支護(hù)型式，進(jìn)而將開挖高度降低了近200 m，大大降低了邊坡的安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了工程投資，縮短了一定的工程工期。

5施工開挖揭示的情況

邊坡施工開挖揭示：在高程約1 730～1 710 m段巖體卸荷強(qiáng)烈，裂面多張開3～5 cm，以塊裂結(jié)構(gòu)為主。由于mj5陡傾坡外，傾角略緩于坡角，因此，在開挖過程中，3#泄洪洞進(jìn)口邊坡 高 程 約

1 710 m處mj5出露，以下受mj5裂隙密集帶中的陡立、傾山里的擠壓破碎帶(N70°W/SW∠84°)及中緩傾角裂隙(N55°E/SE∠20°、N80°W/NE∠30°～40°)的影響巖體較破碎、松弛，以碎裂結(jié)構(gòu)為主，在施工過程中產(chǎn)生了垮塌，垮塌厚度為1.5～2.5 m，造成上部倒懸，對(duì)上部邊坡穩(wěn)定不利?？逅a(chǎn)生后，為避免產(chǎn)生進(jìn)一步的不利影響，承包商及時(shí)采取了淺層支護(hù)并對(duì)倒懸部位采用貼坡混凝土回填，回填后及時(shí)采取了深層支護(hù)措施，支護(hù)完成后進(jìn)行了下部開挖，確保了邊坡穩(wěn)定。

圖2　泄洪洞進(jìn)口邊坡垮塌照片

6監(jiān)測(cè)情況

在泄洪洞進(jìn)口邊坡分別沿洞軸線方向布置了3條監(jiān)測(cè)斷面，每條監(jiān)測(cè)斷面在一期支護(hù)邊坡、二期開挖支護(hù)邊坡范圍內(nèi)布設(shè)了4套多點(diǎn)位移計(jì)，多點(diǎn)位移計(jì)施工安裝緊隨開挖支護(hù)坡面進(jìn)行。監(jiān)測(cè)資料顯示：多點(diǎn)位移計(jì)實(shí)測(cè)孔口累計(jì)位移量在-3.45～19.16 mm范圍內(nèi)，2013年位移年變化量在-3.45～18.83 mm之間。多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)2013年累積位移值在1.54 mm范圍內(nèi)，位移年增量均在1.54 mm范圍內(nèi)，累積位移值較小，位移時(shí)間過程線趨于平緩?？傮w來說，泄洪洞進(jìn)口邊坡累積位移較小，變化亦較小，位移逐漸趨于平緩。

7結(jié)語

在前期勘探的基礎(chǔ)上，通過招標(biāo)技施階段對(duì)初期導(dǎo)流洞以及施工交通洞中mj5發(fā)育情況進(jìn)行的調(diào)查，對(duì)邊坡的巖體結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、變形破壞機(jī)制進(jìn)行了深入的研究與分析，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定的mj5有了新的、較深入的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過穩(wěn)定性分析論證得知，進(jìn)口邊坡整體穩(wěn)定，控制邊坡穩(wěn)定的為長(zhǎng)大裂隙組合，mj5僅影響邊坡的局部穩(wěn)定性。

因此，設(shè)計(jì)單位根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析成果，按照“高清坡、強(qiáng)支護(hù)、低開口”的原則，采取了陡開

圖3　泄洪洞進(jìn)口邊坡3-3剖面M49各測(cè)點(diǎn)變形時(shí)間過程線圖

挖、強(qiáng)鎖扣、強(qiáng)支護(hù)的開挖支護(hù)方案，在邊坡保留了mj5破碎帶及影響帶。開挖坡比由原來的1∶0.3～0.5調(diào)整為1∶0.25～直立，同時(shí)將進(jìn)口塔體外移了20～30 m，使邊坡開挖高度由原來最大的315 m減低為95 m左右，大大降低了開挖高度，減少了對(duì)邊坡的擾動(dòng)，降低了邊坡施工期的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了開挖工程量，節(jié)約了工程投資，同時(shí)有利于控制工期。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：泄洪洞進(jìn)口邊坡累積位移較小，變化亦較小，位移逐漸趨于平緩，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。由此可見，泄洪洞進(jìn)口邊坡設(shè)計(jì)優(yōu)化合理。

劉永波(1981-)，男，河南許昌人，工程師，學(xué)士，從事水電工程勘察技術(shù)工作；

唐世明(1958-)，男，四川西昌人，高級(jí)工程師，從事水電工程勘察技術(shù)工作；

王宗瓊(1965-)，女，四川成都人，高級(jí)工程師，從事水電工程勘察技術(shù)工作；

蒙富強(qiáng)(1980-),男，廣西百色人，高級(jí)工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

作者簡(jiǎn)介:

收稿日期:2015-12-21

文章編號(hào):1001-2184(2016)01-0043-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7；TV221