韓 雪 嬌，　蒙 富 強

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

?

長河壩水電站泄洪系統(tǒng)進口邊坡穩(wěn)定分析研究

韓 雪 嬌，蒙 富 強

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：長河壩水電站泄洪洞進口岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈傾角為80°左右的陡壁且有mj5裂隙密集帶穿過。隨著勘探工作的深入，對進口結(jié)構(gòu)布置及邊坡進行了支護方案設計和比選優(yōu)化。優(yōu)化后，2#、3#泄洪洞邊坡開挖范圍和開挖高度明顯減小，開挖支護工程量大大減少，更加經(jīng)濟可行。

關(guān)鍵詞：進口邊坡；優(yōu)化設計；開挖支護；穩(wěn)定計算；長河壩水電站

1工程概述

長河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第10級電站,采用水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)。泄水建筑物布置在河道右岸，由泄洪洞、放空洞組成，泄洪洞由一條深孔泄洪洞(1#泄洪洞)和兩條溢洪洞(2#、3#泄洪洞)組成，其主要任務是下泄大、中、小洪水；三條泄洪洞從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞、3#泄洪洞。

泄洪洞進口位于雙叉溝堆積體對岸下游至象鼻溝間的坡段。1#泄洪洞進口縱向坡自然地形坡度為45°～50°；2#、3#泄洪洞進口縱向坡自然地形坡度為40°～45°。此段岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈陡壁，坡度達80°左右，其上的泄洪洞進口段自然地形坡度為45°～55°(約1 800 m高程以下)和25°～45°(約1 800 m高程以上)。

勘探揭示進口巖體弱風化、強卸荷水平深度為20～35 m，弱卸荷水平深度為64～78.5 m，向內(nèi)為微新巖體。邊坡巖體中小斷層和擠壓破碎帶稀疏，裂隙較發(fā)育，其產(chǎn)狀對內(nèi)側(cè)(上游側(cè))邊坡穩(wěn)定不利，洞臉邊坡和外側(cè)(下游側(cè))邊坡整體穩(wěn)定。泄洪洞進口部位無區(qū)域性斷裂通過，地質(zhì)構(gòu)造以次級小斷層、節(jié)理裂隙為特征。次級斷層發(fā)育有f9、f10，f38等，坡體中主要發(fā)育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多組長大裂隙結(jié)構(gòu)面，J4、J7、J2、J6等4組結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育。此外，mj5裂隙密集帶從泄洪洞進口穿過。天然邊坡巖體結(jié)構(gòu)總體以塊裂結(jié)構(gòu)為主，局部呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體總體為Ⅳ類。

2進口工程邊坡設計方案比選

2.1設計方案擬定

根據(jù)泄洪洞進口區(qū)工程地質(zhì)條件、進水口塔體布置要求等擬定了四個方案進行比較。根據(jù)三條泄洪洞進水口的布置情況，邊坡開挖設計采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合開挖方式。四個方案在技術(shù)上均可行，泄洪洞進口開挖支護各方案綜合比較情況見表1。

2.2方案選擇

根據(jù)地質(zhì)人員建議，泄洪洞進水口建筑物的布置主要受地形和mj5控制，導流洞施工揭示洞向大角度穿越mj5時并未發(fā)生嚴重的垮塌現(xiàn)象。由此斷定：只要采取有效的開挖支護措施，成洞是可行的。故建議在對mj5采取有效處理措施的前提下，將泄洪洞進口閘室盡量外移，最大程度地降低邊坡的開挖高度，同時，加強塔體基礎處理措施和開口線外側(cè)一定范圍的天然邊坡支護。mj5裂隙密集帶通過泄洪洞進口一帶對邊坡整體穩(wěn)定影響不大，僅表現(xiàn)為傾倒型破壞，在采取適宜的支護措施后，可有效抑制其對邊坡穩(wěn)定的不利影響。

從泄洪洞進口邊坡開挖工程的規(guī)模、施工條件、環(huán)境影響、運行維護條件及投資等因素綜合考慮，推薦方案二為技施階段實施方案。

3推薦方案邊坡穩(wěn)定分析

3.1邊坡整體性穩(wěn)定計算分析

泄洪洞進口邊坡整體性穩(wěn)定分析計算采用水科院邊坡穩(wěn)定分析軟件，計算方法為能量法。本階段對三種工況進行了計算分析，分別為持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。泄水建筑物級別為1級建筑物，相應進、出口邊坡類別為A類(樞紐工程區(qū)邊坡)，級別為1級。該邊坡為非壅水建筑物，考慮地震荷載時，基巖水平峰值加速度取0.222 g。

表1　泄洪洞進口開挖支護各方案綜合比較表

進口區(qū)邊坡穩(wěn)定性主要受長大裂隙控制，其中J6為與洞軸線交角較大且傾坡外的中緩傾角長大裂隙，故進口邊坡以三洞室洞臉邊坡及1#泄洪洞45°側(cè)邊坡穩(wěn)定問題最為突出，以J6為底滑面，J4為后緣面對邊坡進行計算分析。該計算模型分別選取1#、2#和3#泄洪洞縱剖面進行穩(wěn)定性計算。

根據(jù)泄洪洞進口段裂隙發(fā)育統(tǒng)計表可知，底滑面J6傾角為30°～40°，整個工程區(qū)均較發(fā)育，起伏、粗糙，單條延伸一般為5～6 m，斷續(xù)延伸可達20～30 m，常構(gòu)成邊坡的滑移控制面。后緣面J4傾角為75°～82°，發(fā)育程度高，延伸長大，常以裂隙密集帶形式產(chǎn)出。由于J6與J4均為成組發(fā)育，故無法準確判斷具體構(gòu)成的底滑面與后緣面的組合位置。經(jīng)試算分析，滑塊高度越大，穩(wěn)定問題越突出，故底滑面滑出點取在出口開挖最低點(后緣面J4)，分別取J6長50 m、80 m進行試算分析。計算模型見圖1～4。

圖1　1#泄洪洞縱1-縱1剖面計算模型圖

圖2　2#泄洪洞縱2-縱2剖面計算模型圖

圖3　3#泄洪洞縱3-縱3剖面mj5以上天然邊坡計算模型圖

3.2計算結(jié)果

各建筑物進口開挖后未采用工程措施處理不同工況下的邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

圖4　3#泄洪洞縱3-縱3剖面包含mj5下部工程邊坡計算模型圖

計算剖面模型組合工 況持久工況短暫工況偶然工況1#泄洪洞縱1-縱1剖面①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長59m2.1991.9371.451②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長47m1.9721.7651.2021#泄洪洞斜1-斜1剖面①J6傾角40°長80m+J4傾角80°長152m1.0390.6350.792#泄洪洞縱2-縱2剖面①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長147m1.3581.1211.016②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長122m1.4020.8430.9843#泄洪洞縱3-縱3剖面上部①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長112m1.5441.31.137②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長108m1.4581.2541.0183#泄洪洞縱3-縱3剖面下部①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長167m1.6581.4081.232②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長210m1.3010.8380.987

采取工程措施后，各建筑物進口不同工況的邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果見表3。

對上述計算結(jié)果進行分析可知，三泄洪洞進水口以J6為底滑面、J4為后緣面分組建立的滑移模型，J4越往山里邊坡穩(wěn)定性越差，加之塊體體積在顯著增加，故需要的支護力越大。經(jīng)與地質(zhì)人員協(xié)商，將底滑面J6出露點取開挖邊界最低點，長度取80 m，計算與后緣面J4所形成的滑移塊體的穩(wěn)定性。對80 m范圍外山體以內(nèi)結(jié)構(gòu)面切割形成的塊體認為其穩(wěn)定性好于外部且處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算中可不考慮。

表3　進口開挖邊坡穩(wěn)定計算成果表(已支護情況)

4結(jié)語

長河壩水電站泄洪洞進口工程邊坡規(guī)模較大，難度較高，邊坡的安全至關(guān)重要，相應需要支護的邊坡范圍亦很大，因此，支護參數(shù)的確定對工程邊坡的經(jīng)濟性影響較大。在保證工程安全的前提下，長河壩水電站進行了進口邊坡優(yōu)化及穩(wěn)定計算分析。最終決定：2#泄洪洞進口塔體向上游移動30 m，3#泄洪洞向上游移動35 m，將進口后坡的mj5裂隙密集帶整體保留、不開挖，從而使邊坡開挖范圍和規(guī)模大大減少，縮短了施工工期，減少了工程量，節(jié)省了工程投資，初步估算共節(jié)約投資約3 697萬元。該方案已施工開挖支護完畢，未出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，說明該優(yōu)化方案安全可靠，可為其他工程參考。

參考文獻：

[1] DL5073-2000，水工建筑物抗震設計規(guī)范[S].

[2]DL/T5353-2006，水電水利工程邊坡設計規(guī)范[S].

[3]楊欣先，李彥碩，主編. 水電站進水口設計[M〗. 大連：大連理工大學出版社，1990.

韓雪嬌(1988-)，女，山西陽城人，工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設計工作；

蒙富強(1980-)，男，廣西百色人，高級工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設計工作.

(責任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2016-01-04

文章編號:1001-2184(2016)01-0064-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TV222；TV221