劉永波，胡金山，曹建平

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

長(zhǎng)河壩樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源發(fā)育特征與治理措施

劉永波，胡金山，曹建平

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

長(zhǎng)河壩水電站樞紐區(qū)谷坡高陡，巖體卸荷強(qiáng)烈，邊坡危險(xiǎn)源較多，為確保施工期施工安全及運(yùn)行安全，需對(duì)邊坡危險(xiǎn)源發(fā)育特征進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)發(fā)育特征及工程特點(diǎn)采取針對(duì)性治理措施。治理后通過(guò)巡視和監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有失穩(wěn)現(xiàn)象，環(huán)境邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

環(huán)境邊坡 危險(xiǎn)源 發(fā)育特征 治理措施 長(zhǎng)河壩水電站

1 概述

水電工程環(huán)境邊坡表現(xiàn)為樞紐區(qū)和近壩區(qū)邊坡，主要為高、超高或特高陡巖石邊坡，所處的環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜或非常復(fù)雜，天然狀況下是穩(wěn)定的，受下部人工開(kāi)挖影響，局部的、個(gè)別的、高懸的失穩(wěn)塊體，對(duì)坡下水電樞紐區(qū)都是重大的潛在威脅。

長(zhǎng)河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”的第10級(jí)，是以單一發(fā)電為主的大型水庫(kù)電站。

長(zhǎng)河壩水電站規(guī)模巨大，樞紐區(qū)順河長(zhǎng)約2.1km，屬高山曲流峽谷地貌，河谷深切，谷坡陡峻，初始地應(yīng)力較高，河谷急劇下切導(dǎo)致谷坡向臨空方向產(chǎn)生強(qiáng)烈卸荷，兩岸沖溝發(fā)育，局部邊坡三面臨空，卸荷強(qiáng)烈。經(jīng)長(zhǎng)期侵蝕、谷坡現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，但由于巖體中的結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，外動(dòng)力地質(zhì)作用較強(qiáng)烈，在構(gòu)造、物理地質(zhì)作用下，邊坡表淺部存在局部危石、危巖體、卸荷松弛破碎巖體、松動(dòng)巖帶等危險(xiǎn)源；邊坡高陡，且邊坡及大壩基坑施工周期較長(zhǎng)，若不及時(shí)采取合適的防治措施，將對(duì)施工以及運(yùn)營(yíng)帶來(lái)安全隱患。因此，需對(duì)樞紐區(qū)自然邊坡危險(xiǎn)源進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查和穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行治理。本文通過(guò)對(duì)長(zhǎng)河壩水電站樞紐區(qū)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源調(diào)查和分析，按照地質(zhì)屬性找出各類危險(xiǎn)源發(fā)育特征，根據(jù)發(fā)育特征及工程特點(diǎn)采取針對(duì)性治理措施。

2 基本地質(zhì)條件

工程區(qū)地處鮮水河斷裂帶、龍門(mén)山斷裂帶和安寧河～小江斷裂帶所切割的川滇菱形塊體、巴顏喀拉塊體和四川地塊交接部位，處于川滇菱形塊體東緣外側(cè)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜。地震基本烈度為Ⅷ度，工程區(qū)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差。

長(zhǎng)河壩水電站樞紐區(qū)兩岸自然邊坡陡峻，坡高700m左右，右岸在1630m左右和1720m有一較明顯的平臺(tái)或緩坡地貌(坡度小于30°)，1630m高程以下，斜坡坡度45°～55°，1630m～1720m高程，斜坡坡度50°～65°；左岸岸坡多呈上緩下陡，以1650m高程為界，其上斜坡坡度一般45°～50°，其下斜坡坡度60°～65°；樞紐區(qū)出露巖體為一套晉寧期—澄江期的侵入巖，其巖性以花崗巖(γ2

(4))、(石英)閃長(zhǎng)巖(δ02(3))為主，均為堅(jiān)硬巖。樞紐區(qū)無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造以次級(jí)小斷層、擠壓破碎帶、裂隙(裂隙密集帶)、巖脈(石英脈、輝綠巖脈)為特征。巖石致密堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化作用主要沿裂隙進(jìn)行，巖體淺表部為弱風(fēng)化，缺失強(qiáng)風(fēng)化巖體。

樞紐區(qū)河谷深切，谷坡陡峻，天然地應(yīng)力較高，河谷強(qiáng)烈下切導(dǎo)致谷坡向臨空方向產(chǎn)生較強(qiáng)烈卸荷。巖體卸荷受地形、巖體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造等控制，同時(shí)隨高程增高而有所增強(qiáng)?？碧浇沂?，壩址區(qū)底高程強(qiáng)卸荷水平深度為24m～36m，弱卸荷35m～63m；高高程強(qiáng)卸荷33.5m～64.5m，弱卸荷53m～95m。

壩址區(qū)左岸水平埋深200m～450m山體內(nèi)，最大主應(yīng)力σ1方向大致為N60°～80°W，傾角為－20°～－54.98°，σ1量級(jí)為16MPa～32MPa，屬中～高地應(yīng)力區(qū)。壩址區(qū)右岸水平埋深250m～360m山體內(nèi)，最大主應(yīng)力σ1方向大致為N40°～60°W，傾角為6°～68°，最大主應(yīng)力 σ1量級(jí)為18MPa～20MPa，屬中等地應(yīng)力區(qū)。

3 危險(xiǎn)源發(fā)育特征

樞紐區(qū)受多次構(gòu)造活動(dòng)影響，裂隙發(fā)育程度高(9組)，裂隙組數(shù)多，且延伸長(zhǎng)數(shù)十米，局部可達(dá)數(shù)百米。受地質(zhì)構(gòu)造和地形地貌影響，坡體結(jié)構(gòu)類型主要有陡緩傾角順坡結(jié)構(gòu)面組合形成的塊裂狀結(jié)構(gòu)、中陡傾反向板狀結(jié)構(gòu)、陡傾板狀結(jié)構(gòu)、與河谷斜坡近于垂直裂隙為主的塊裂狀結(jié)構(gòu)等。兩岸陡峻，邊坡較多，邊坡開(kāi)挖線以外環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源發(fā)育較多。

3.1 危險(xiǎn)源種類

危石集中區(qū)定義，斜坡上被多組不利結(jié)構(gòu)面切割，在重力、地震或其他外力作用下易脫離母體或離開(kāi)原位，從斜坡以墜落、滑落、彈跳、滾動(dòng)等方式順坡向下劇烈快速運(yùn)動(dòng)的地質(zhì)體。其體積一般在數(shù)立方米以內(nèi)，大者可達(dá)數(shù)十立方米，為小型危巖體；危巖體集中區(qū)為同類危石，但規(guī)模較大，體積從數(shù)百立方米到數(shù)萬(wàn)立方米不等；松動(dòng)巖帶為具明顯側(cè)向拉張的松動(dòng)巖體，多形成空腔；凍融風(fēng)化塊碎石巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，表部在凍融風(fēng)化作用下破碎解體。

通過(guò)地表調(diào)查、近景攝影測(cè)量、三維激光掃描等勘察技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)河壩環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源進(jìn)行調(diào)查和分析，按照工程部位，根據(jù)危險(xiǎn)源地質(zhì)屬性進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，危險(xiǎn)源發(fā)育情況見(jiàn)表1所示。

表1 長(zhǎng)河壩環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)

從表1中可以看出，工程邊坡開(kāi)挖高度一般100m～200m，最低2＃尾水出口基本無(wú)開(kāi)挖，最大右壩肩開(kāi)挖高度為320m。開(kāi)挖線以外環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源分布較廣，分布高程較高，一般分布高差范圍在200m～300m，最大泄洪放空出口達(dá)500m。危險(xiǎn)源種類較多，共有54個(gè)危石集中區(qū)，21個(gè)危巖體集中區(qū)，8個(gè)松動(dòng)巖帶，2個(gè)凍融風(fēng)化堆積區(qū)。危險(xiǎn)源發(fā)育部位植被一般不發(fā)育～發(fā)育稀疏。

3.2 危險(xiǎn)源發(fā)育特征

根據(jù)危險(xiǎn)源所處地形地貌特征、巖體結(jié)構(gòu)特征、成因、分布范圍和破壞形式，對(duì)危險(xiǎn)源發(fā)育特征按照種類統(tǒng)計(jì)，其中如表2所示。各類危險(xiǎn)源所占百分比如圖1所示。

圖1 危險(xiǎn)源百分比統(tǒng)計(jì)

表2 危險(xiǎn)源發(fā)育特征

從表2和圖1中可以看出，危險(xiǎn)源發(fā)育特征:

(1)危石集中區(qū)在環(huán)境邊坡范圍內(nèi)均有發(fā)育，占危險(xiǎn)源分區(qū)中64%，多產(chǎn)生滑移、局部墜落式破壞；

(2)危巖體區(qū)主要發(fā)育在基巖溝壁段，巖體多呈中陡傾板狀結(jié)構(gòu)、局部塊裂結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)源分區(qū)百分比為25%，多產(chǎn)生滑塌、墜落和傾倒破壞；

(3)松動(dòng)巖帶主要發(fā)育在凸起的山脊部位，上下游均有沖溝切割，巖體卸荷強(qiáng)烈，松弛、局部松動(dòng)，分布高程相對(duì)較高，多產(chǎn)生崩塌式破壞，占危險(xiǎn)源分區(qū)百分比為9%；

(4)凍融風(fēng)化堆積區(qū)主要分布在高程較高的凸起岸坡，地形坡度一般30°～40°，在凍融、冰劈作用下，沿裂隙面崩解呈碎裂狀，多產(chǎn)生牽引式崩塌破壞。

4 治理措施

長(zhǎng)河壩環(huán)境邊坡治理主要是根據(jù)危險(xiǎn)源發(fā)育特征并結(jié)合下部工程施工期安全和運(yùn)行安全進(jìn)行，遵循“少擾動(dòng)，多防護(hù)，多措施”治理原則，對(duì)于危險(xiǎn)源主要采取“清坡、錨固、防護(hù)網(wǎng)、支撐、擋石墻”等治理措施。

4.1 危石集中區(qū)治理措施

危石集中區(qū)分布范圍廣，數(shù)量大，治理難度大。首先根據(jù)地形地貌特征，在環(huán)境邊坡上部布置一道或者多道被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，攔截環(huán)境邊坡以上滾石，降低下部施工安全風(fēng)險(xiǎn)；其次清除坡面結(jié)構(gòu)面組合完備的確定性危石、浮土和松動(dòng)塊石；清坡后對(duì)受結(jié)構(gòu)面組合完備但裂隙未完全貫通的半確定性危石，采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)或者錨固措施。對(duì)于單個(gè)穩(wěn)定性極差但又無(wú)法清除的危石，可根據(jù)情況采取錨固或者澆筑混凝土支撐下部。

4.2 危巖體治理措施

危巖體分布范圍廣，且多分布在基巖溝壁段，體積較大。治理危巖體前，首先清除坡面危石、浮土和松動(dòng)塊石，清除后對(duì)淺層危巖體采取“錨桿、錨桿束、噴混凝土”等錨固措施；對(duì)較大的深層危巖體采取“錨索、框格梁、噴混凝土”等深層錨固措施；對(duì)于倒懸的危巖體，采取“澆筑混凝土、錨桿或錨索”等支撐加錨固措施。

4.3 松動(dòng)巖帶治理措施

松動(dòng)巖帶多發(fā)育在凸起的山脊部位，巖體卸荷強(qiáng)烈，松弛、局部松動(dòng)，分布高程相對(duì)較高，邊坡陡峻。對(duì)松動(dòng)巖體治理，一般根據(jù)所處地形坡度以及下部建筑的重要等級(jí)采取針對(duì)性治理措施。地形坡度在55°～65°時(shí)，采取清除表部松動(dòng)塊石，清除后采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)措施；地形坡度大于65°時(shí)，首先清除表部松動(dòng)塊石，后采取系統(tǒng)框格梁＋錨索支護(hù)措施。

4.4 凍融風(fēng)化堆積體治理措施

凍融風(fēng)化堆積體分布高程高，所處地形坡度為30°～40°，天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理采取主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)措施。

5 治理效果

長(zhǎng)河壩環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源種類多，分布高程高，范圍大，處理難度大，對(duì)環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源治理后應(yīng)定期進(jìn)行巡視，并在危巖體發(fā)育坡段布設(shè)監(jiān)測(cè)儀器。泄洪洞進(jìn)口環(huán)境邊坡多點(diǎn)位移計(jì)累計(jì)位移量為0.52mm～3.05mm，尾水環(huán)境邊坡多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)累計(jì)位移量在－2.41mm～5.31mm之間，總體上變形量較小，處于收斂狀態(tài)，環(huán)境邊坡危巖體趨于穩(wěn)定。尾水洞出口環(huán)境邊坡多點(diǎn)位移計(jì)，變形時(shí)間過(guò)程線如圖2所示，通過(guò)治理后，施工期未發(fā)現(xiàn)有危險(xiǎn)源失穩(wěn)現(xiàn)象。

圖2 尾水環(huán)境邊坡測(cè)點(diǎn)變形時(shí)間過(guò)程線

〔1〕張世殊，冉從彥，裴向軍等.環(huán)境邊坡危巖體勘察[M].北京:中國(guó)水利出版社，2014.

〔2〕宋勝武，徐光黎，張世殊.論水電工程邊坡分類[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，20(1):123～130.

〔3〕袁國(guó)慶，檀瑞青，張明森等.雙江口水電站環(huán)境邊坡孤石及危巖體發(fā)育特征與防治措施[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，2011，(4):435～437.

〔4〕董家興，徐光黎，李志鵬，張世殊.卜寺溝水電站環(huán)境邊坡危險(xiǎn)源分類及危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，20(5):761～767.

〔5〕楊玉川，黃成等.高陡環(huán)境邊坡綜合治理施工技術(shù)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，23(s1):333～340.

〔6〕宋勝武，徐光黎，張世殊.論水電工程邊坡分類[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，20(1):123～130.

〔7〕沈軍輝，張進(jìn)林，崔建凱等.大渡河長(zhǎng)河壩水電站樞紐區(qū)工程邊坡穩(wěn)定性研究[R].成都:成都理工大學(xué)出版社，2006.

〔8〕李會(huì)中，劉沖平，黃孝泉等.金沙江烏東德水電站樞紐區(qū)高位自然邊坡塊體安全性評(píng)價(jià)與處理措施研究[J].資源環(huán)境與工程，2011，25(5):468～473.

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2095－1809(2016)05－0042－04

劉永波(1981－)，男，河南許昌人，高級(jí)工程師，從事水電工程勘察技術(shù)工作。