何少云，趙修龍，譚支超，張 帥

(1.國(guó)網(wǎng)新源浙江縉云抽水蓄能有限公司，浙江 麗水 323000；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，作為儲(chǔ)能手段之一的抽水蓄能電站修建技術(shù)也愈發(fā)成熟，該方面的技術(shù)具有電力系統(tǒng)最可靠、壽命周期最長(zhǎng)、容量最大以及經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)點(diǎn)[1]。抽水蓄能電站的修建開挖改變了該地原有的地應(yīng)力以及邊坡荷載狀況，極易引發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害。在區(qū)域相應(yīng)的工程地質(zhì)條件下采取合理的開挖支護(hù)方式對(duì)于整個(gè)工程的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益以及周邊的生態(tài)環(huán)境都具有重要的意義。

邊坡的開挖支護(hù)問題在抽水蓄能電站的修建中是最為常見的，很多學(xué)者對(duì)施工過程中出現(xiàn)的邊坡穩(wěn)定性問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究和分析。胡英國(guó)等[2]對(duì)不同開挖方式下巖石邊坡的損傷演化過程進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)開挖方式對(duì)保留巖體的損傷范圍有重要的影響。李習(xí)[3]研究了繩鋸切割工藝對(duì)施工區(qū)域環(huán)境較為復(fù)雜路基的適用性，發(fā)現(xiàn)路基邊坡開挖成型效果較好，不僅避免了開挖過程中邊坡掛渣的現(xiàn)象，還較好的保護(hù)了施工區(qū)域的自然環(huán)境。馮學(xué)敏等[4]結(jié)合小灣工程卸荷松弛分析的成功實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，明確了巖石邊坡開挖后實(shí)際拉應(yīng)變的計(jì)算方法，為工程建設(shè)提供了有益的指導(dǎo)。黎桂林[5]依托某水利工程的高邊坡處理，在邊坡開挖和支護(hù)方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并且對(duì)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和安全監(jiān)測(cè)也進(jìn)行了分析。楊建華等[6]研究了爆破開挖擾動(dòng)下錨固節(jié)理巖質(zhì)邊坡的位移突變特征及其能量機(jī)理，發(fā)現(xiàn)爆炸荷載導(dǎo)致節(jié)理巖質(zhì)邊坡的位移突變主要包括節(jié)理張開位移和巖體回彈位移兩部分。程貴海[7]、高利軍等[8]研究了光面爆破在邊坡開挖方面的應(yīng)用，而張士磊[9]以及夏鋼源[10]等研究了預(yù)裂爆破在邊坡開挖方面的應(yīng)用。

1 工程概述

縉云抽水蓄能電站位于浙江省麗水市縉云縣境內(nèi)，地處浙江中南部，靠近溫州、臺(tái)州、麗水負(fù)荷中心，電站為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，裝機(jī)容量1800MW。廠房?jī)?nèi)安裝6臺(tái)單機(jī)容量300MW可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，多年平均發(fā)電量18億kW·h。樞紐主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(guān)站等建筑物組成。

電站地面開關(guān)站位于下水庫(kù)庫(kù)尾佛堂坑左側(cè)溝邊的岸坡上，場(chǎng)地尺寸為120 m×40 m，場(chǎng)地較為緊湊，布置有GIS樓、繼保樓、屋頂出線架、柴油發(fā)電機(jī)房及門衛(wèi)房等，由于電站裝機(jī)容量為1800 MW，根據(jù)《水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》(DL 5180—2003)規(guī)定，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型，地面開關(guān)站作為電站的主要建筑物，其級(jí)別為1級(jí)，根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5353—2006)規(guī)定，影響1級(jí)水工建筑物安全的邊坡為1級(jí)邊坡，因而地面開關(guān)站邊坡級(jí)別為1級(jí)。

2 鉆爆法與無(wú)爆破切割開挖支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)比分析

2.1 鉆爆法開挖支護(hù)設(shè)計(jì)

縉云抽水蓄能電站地面開關(guān)站邊坡最大開挖高度約40 m，邊坡以巖質(zhì)邊坡為主，構(gòu)造不發(fā)育，斷層、節(jié)理與邊坡交角大，傾角陡，對(duì)邊坡穩(wěn)定影響小，開挖邊坡總體穩(wěn)定，局部存在節(jié)理間不利組合，穩(wěn)定性較差。采用鉆爆法進(jìn)行開挖支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，其邊坡分3級(jí)開挖，每20 m高設(shè)一級(jí)馬道，馬道寬3 m，開挖坡比分別為1∶0.3(第1級(jí))、1∶0.5(第2、3級(jí))，開挖邊坡采用傳統(tǒng)的系統(tǒng)噴錨處理，并布置系統(tǒng)排水孔，隨機(jī)布置預(yù)應(yīng)力錨桿、錨筋束以加強(qiáng)支護(hù)，掛網(wǎng)噴C30混凝土厚10 cm，系統(tǒng)錨桿采用普通砂漿錨桿C25，L=6 m@2×2 m，矩形布置，系統(tǒng)排水孔采用Φ50，L=5 m@4×4 m，開關(guān)站邊坡頂部設(shè)置截水溝、擋渣墻及被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，以攔截坡面來(lái)水，并防止開口線外松動(dòng)石塊滑入開關(guān)站場(chǎng)地。

2.2 無(wú)爆破切割開挖支護(hù)設(shè)計(jì)

為適應(yīng)無(wú)爆破切割設(shè)備的施工工藝，在維持邊坡原綜合坡比、馬道高程及寬度、坡腳位置不變的前提下，需將斜坡坡面改為臺(tái)階狀，為適應(yīng)坡面成型后為臺(tái)階狀的特點(diǎn)，并保留邊坡巖體本身的石材美感，將鉆爆法采用的掛網(wǎng)噴混凝土+普通砂漿錨桿支護(hù)調(diào)整為普通砂漿錨桿支護(hù)+掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)APS-025，普通砂漿錨桿及排水孔參數(shù)與鉆爆法方案一致。同時(shí)，臺(tái)階臺(tái)口處為應(yīng)力集中部位，易發(fā)生局部掉塊，需沿臺(tái)階頂面外緣設(shè)一排插筋，并采用C30細(xì)石混凝土找平，坡向坡內(nèi)10%，插筋參數(shù)C16@1 m，長(zhǎng)度為0.3 m，入巖0.2 m，見圖1。

圖1 無(wú)爆破切割開挖臺(tái)階臺(tái)口處修補(bǔ)

綜上所述，無(wú)爆破切割與鉆爆法相比，在開挖方面，邊坡綜合坡比、馬道高程及寬度、坡腳位置可不做調(diào)整，僅需將斜坡坡面改為臺(tái)階狀；在支護(hù)方面，將鉆爆法采用的掛網(wǎng)噴混凝土+普通砂漿錨桿支護(hù)調(diào)整為普通砂漿錨桿支護(hù)+掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，普通砂漿錨桿及排水孔參數(shù)與鉆爆法方案一致，在臺(tái)階臺(tái)口處需做加強(qiáng)處理。

3 鉆爆法與無(wú)爆破切割開挖計(jì)算對(duì)比分析

對(duì)邊坡采用鉆爆法與無(wú)爆破切割開挖進(jìn)行三維建模數(shù)值計(jì)算分析，數(shù)值計(jì)算模型范圍：300 m×210 m×220 m。計(jì)算模型底部按固定約束，模型側(cè)面四邊按法向約束，模型頂部自由約束。根據(jù)地質(zhì)勘探成果，結(jié)合工程區(qū)不同巖性的巖體結(jié)構(gòu)特征、巖石強(qiáng)度、巖體風(fēng)化程度、卸荷特性、完整性指標(biāo)和結(jié)構(gòu)面性狀等因素，對(duì)巖體進(jìn)行了工程地質(zhì)分類，并給出了各類巖體參數(shù)初始建議取值，如表1所示。

表1 巖體物理力學(xué)參數(shù)取值

3.1 鉆爆法與無(wú)爆破切割開挖邊坡變形響應(yīng)特征對(duì)比分析

鉆爆法開挖邊坡變形響應(yīng)特征結(jié)果見圖2，由圖可知，巖體以卸荷回彈變形為主，累計(jì)變形一般小于8 mm，開口線及馬道附近巖體無(wú)明顯卸荷松弛現(xiàn)象，顯示了邊坡良好的整體和局部穩(wěn)定特征。無(wú)爆破切割開挖邊坡變形響應(yīng)特征結(jié)果見圖3，由圖可知，無(wú)爆破切割開挖與鉆爆法開挖相比，邊坡整體變形規(guī)律具有一致性，巖體以卸荷回彈變形為主，且由于切割開挖對(duì)巖體擾動(dòng)更小，巖體累積變形量值也略低，一般不超過6 mm，但對(duì)于切割開挖的臺(tái)階部位，由于多面臨空，當(dāng)發(fā)育斷層或長(zhǎng)大節(jié)理時(shí)，容易組合形成楔形體，與爆破開挖相比，更容易發(fā)生卸荷掉塊現(xiàn)象。整體上兩種開挖方式邊坡均以卸荷回彈變形為主，與鉆爆法開挖相比，切割開挖引起的卸荷變形量值略小，但在臺(tái)階部位，由于多面臨空，當(dāng)發(fā)育斷層或長(zhǎng)大節(jié)理時(shí)，更容易組合形成楔形體，在開挖擾動(dòng)作用下楔形體容易發(fā)生滑移破壞，需對(duì)臺(tái)階臺(tái)口部位進(jìn)行加強(qiáng)處理。

圖2 爆破開挖方案邊坡變形響應(yīng)特征結(jié)果

圖3 無(wú)爆破切割開挖方案邊坡變形響應(yīng)特征結(jié)果

3.2 鉆爆法與無(wú)爆破切割開挖邊坡穩(wěn)定性對(duì)比分析

采用強(qiáng)度折減法對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，計(jì)算結(jié)果顯示，鉆爆法開挖方案下，當(dāng)強(qiáng)度折減系數(shù)為1.9時(shí)，累積變形增量基本小于10 mm，處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)強(qiáng)度折減系數(shù)達(dá)到2.1時(shí)，邊坡變形增量顯著增長(zhǎng)，且無(wú)法收斂，表明此時(shí)邊坡已發(fā)生了失穩(wěn)破壞，因此，綜合判斷此時(shí)邊坡安全系數(shù)大于1.9。無(wú)爆破切割開挖方案下，當(dāng)強(qiáng)度折減系數(shù)由1.7提高到1.9時(shí)，邊坡變形增量由10 mm突增到100 mm 量值，此時(shí)邊坡已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此，綜合判斷無(wú)爆破切割開挖方案邊坡安全系數(shù)大于1.7，由上可知，無(wú)爆破切割開挖邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)略小于鉆爆法，但是相差小，且均能滿足規(guī)范要求。

3.3 無(wú)爆破切割開挖邊坡變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

開關(guān)站邊坡共布置5處表面變形觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)開關(guān)站邊坡無(wú)爆破切割開挖過程中邊坡變形進(jìn)行了全程監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)成果見表2及圖4，從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，開關(guān)站邊坡表面變形數(shù)值均較小，且趨于收斂，最大變形量小于6 mm，與3.1節(jié)數(shù)值計(jì)算成果得出的無(wú)爆破切割開挖引起的卸荷變形量小于6 mm 的結(jié)論基本一致。

表2 開關(guān)站邊坡表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移值

圖4 開關(guān)站邊坡表面變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移過程線

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)當(dāng)?shù)孛骈_關(guān)站區(qū)域內(nèi)存在諸多環(huán)境制約因素，傳統(tǒng)的鉆爆法開挖邊坡會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生較大影響，為最大限度降低環(huán)境敏感因素帶來(lái)的不利影響，采用無(wú)爆破切割技術(shù)對(duì)地面開關(guān)站邊坡進(jìn)行開挖，切割開挖形成的邊坡能夠展現(xiàn)巖體本身的石材美感，切割出來(lái)的石材可二次利用。

(2)無(wú)爆破切割開挖支護(hù)與鉆爆法相比，邊坡綜合坡比、馬道高程及寬度、坡腳位置可不做調(diào)整，僅需將斜坡坡面改為臺(tái)階狀，為保留邊坡巖體本身的石材美感，可將掛網(wǎng)噴混凝土調(diào)整為掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，普通砂漿錨桿及排水孔布置及參數(shù)與鉆爆法一致，在臺(tái)階臺(tái)口處需做加強(qiáng)處理。

(3)無(wú)爆破切割邊坡變形響應(yīng)特征與鉆爆法相比，邊坡巖體均以卸荷回彈變形為主，鉆爆法開挖引起的邊坡卸荷變形量小于8 mm，無(wú)爆破切割開挖引起的卸荷變形量小于6 mm，略小于鉆爆法，相差不大。

(4)無(wú)爆破切割邊坡穩(wěn)定性與鉆爆法相比，鉆爆法邊坡整體安全系數(shù)大于1.9，無(wú)爆破切割邊坡整體安全系數(shù)大于1.7，無(wú)爆破切割邊坡整體穩(wěn)定性略低于鉆爆法，相差不大，均能滿足規(guī)范要求。

(5)對(duì)無(wú)爆破切割開挖邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，開關(guān)站邊坡表面變形數(shù)值均較小，且趨于收斂，最大變形量小于6 mm，與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果基本一致。