大崗山水電站拱壩壩肩邊坡穩定性防治施工

李繼躍 劉經軍

（葛洲壩集團 第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 概 述

大崗山水電站位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉縣挖角鄉境內，為大渡河干流規劃的第14梯級電站.壩址距下游石棉縣城約40km，距上游瀘定縣城約75km.工程樞紐建筑物由混凝土雙曲拱壩、水墊塘、二道壩、右岸泄洪洞、左岸引水發電建筑物等組成.最大壩高210.00m，電站裝機容量2 600 MW（4×650MW）.

右岸邊坡天然情況下整體穩定.根據地表地質調查及勘探資料揭示，大崗山電站右岸巖質邊坡中存在中傾坡外和陡傾坡內的長大結構面.由于陡傾坡內的長大結構面（F1、γL5、γL6等）斜交岸坡，將構成潛在不穩定塊體的后緣兼下游側邊界，中傾坡外的卸荷裂隙、小斷層構成潛在滑移面，上游側邊界將追蹤垂直岸坡的陡傾結構面，由此構成確定性的潛在不穩定塊體.大壩基礎開挖施工過程中表層阻滑巖體被挖除，拱壩壩肩邊坡由于開挖卸荷、深層裂隙等原因，在上、下游100～200m范圍內，出現高度約200～300m，方量約200～500萬m3的整體可能失穩塊體及從幾萬～幾十萬m3的一系列的局部可能失穩塊體，大壩施工被迫停止.經檢測分析發現，導致邊坡失穩的主要裂隙在巖體深處，原設計施工的錨索系統對此未能起到加固作用.

2 壩肩邊坡穩定性防治施工

2.1 設計方案

工程設計、勘測、施工等參建單位在現場勘測的基礎上研究確定了壩肩邊坡處理方案：采用布置抗剪洞、錨固洞為主，以水平抗滑樁結合錨索、排水、灌漿等綜合處理措施進行邊坡整體加固，其中地面工程措施有噴錨支護、錨索、混凝土框格梁、邊坡排水網格等，地下工程主要包括地下錨固洞、抗剪洞、抗滑樁、斜井及灌漿等.

圖1 大崗山右岸邊坡抗剪洞工程布置圖

2.2 施工技術

地面防治措施采用常規施工方法，本文主要介紹地下工程抗剪洞、水平抗滑錨固樁［1－2］施工技術.

2.2.1 抗剪洞、水平抗滑錨固樁開挖施工方法

大崗山水電站抗剪洞、水平抗滑錨固樁采用鉆爆開挖與系統支護進行施工，下三層抗剪洞、水平抗滑錨固樁開挖日進尺不超過2.0m，上三層抗剪洞、水平抗滑錨固樁開挖日進尺不超過1.5m，開挖完成后，進行系統支護，完成后再進行下循環.

開挖斷面為8.0m×9.0m城門洞型，在開挖施工過程中，主要巖石類別為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，花崗巖發育的灰綠巖巖脈較多，時常會出現由霏細斑巖構成的碎裂巖碎粉巖，屬巖塊巖石屑型.掌撐面出露的f231斷層寬度為0.2～0.4m，斷層兩盤巖性主要為灰白色、微新、無卸荷，呈現塊狀，鑲嵌結構和巖屑夾泥型，巖石組成存在碎裂巖，碎粉巖，霏細斑，出現的β4輝綠巖寬度可達10.0m甚至更大.洞內滲水嚴重，時常出現掉快等情況；且卸荷裂隙較多，時常因巖石自身應力被破壞出現的巖石漲裂現象，給現場施工帶來極大的安全隱患，造成開挖施工難度加大，嚴重制約施工進度.經現場工程技術人員實地踏勘，采用“短進尺強支護、超前支護”代替常規系統支護進行施工，保證開挖施工質量和施工期施工安全.

2.2.2 抗剪洞、水平抗滑錨固樁混凝土施工

1）一期混凝土施工程序及方法

抗剪洞、水平抗滑錨固樁一期混凝土施工必須在水平抗滑錨固樁洞身開挖基本結束才能進行.主要的施工程序：清基→測量放樣→基礎面驗收（或縫面）→模板施工→鋼筋施工→預埋件施工→倉位驗收→混凝土澆筑→混凝土養護.

一期回填混凝土采用C25中熱微膨脹混凝土，混凝土澆筑段長為12～15m，可根據現場實際施工需要進行調整，分為底板、側墻、頂拱三層進行澆筑施工.水平抗滑錨固樁混凝土施工底板厚度2.5m，邊墻倉高度3.0m，頂拱段高1.85m；澆筑后形成3.0m×3.5m的梯形斷面灌漿廊道.

凝土澆筑施工方法：底板由內至外分段清基→底板建基面驗收→底板鋼筋制安、模板制安→倉位驗收→邊墻及頂拱鋼筋制安→立模承重排架搭設→模板安裝→混凝土運輸、泵送混凝土入倉→混凝土澆筑→拆模、混凝土面處理、養護.

2）二期回填混凝土程序及方法

二期回填混凝土采用C25低熱微膨脹混凝土，混凝土澆筑段長為不小于15m，可根據現場實際施工需要進行調整，分為兩層進行澆筑施工.抗剪洞、水平抗滑錨固樁可分為混凝土上層倉高度2.0m，下層倉高1.5m.

抗剪洞、水平抗滑錨固樁混凝土澆筑段長為12～15m可根據現場實際施工需要進行調整，一段進行澆筑，可分為上下兩層進行澆筑施工，洞內二期回填混凝土總體施工方法為從內向外進行回填混凝土施工，每倉混凝土按照底層→上層的順序進行施工.

混凝土澆筑施工方法：底板由內至外分段清基→底板建基面驗收→底板鋼筋制安、模板制安→倉位驗收→邊墻及頂拱鋼筋制安→立模承重排架搭設→模板安裝→混凝土運輸、泵送混凝土入倉→混凝土澆筑→拆模、混凝土面處理、養護.

2.2.3 裂隙追蹤技術

常規水平抗滑錨固樁、斜井開挖施工，都是按照施工圖設計施工，為靜態設計.由于大崗山水電站工程地質的特殊性，水平抗滑錨固樁、斜井開挖支護施工需追蹤卸荷斷層裂隙進行施工，根據開挖揭露的斷層裂隙走向確定水平抗滑錨固樁、斜井開挖位置和方向，為動態設計.這種動態設計理念及施工方式經濟、合理、靈活、適用.

抗剪洞、水平抗滑錨固樁、斜井裂隙追蹤開挖每一循環掌子面，設計人員都要對其進行勘察，判斷裂隙斷層的位置和方向.如何更好地找到裂隙斷層，按照裂隙斷層的位置和方向進行施工，保證開挖進度，需要在長期施工過程中進行摸索和總結.抗剪洞、水平抗滑錨固樁、斜井每一循環開挖完成具備掌撐面勘察條件時，施工單位及時通知監理、設計進行地質勘察，設計地質工程師使用地質勘察儀器進行勘測，確定下一循環的洞向.

1）儀器確定圍巖情況及洞向

在現場設計要對其掌撐面的裂隙斷層進行數據采集，使用羅盤來確定圍巖的產狀，以地質錘敲打進行定性，采用鋼卷尺測量巖脈的尺寸，例如：1 240m抗剪洞K0＋3.0m～K0－3.0m段，開挖揭示巖體為弱風化下段、強卸荷微紅色黑云二長花崗巖，發育兩條斷層：f1240－26，產狀 N60°W／SW∠65°～70°，斷層帶寬5～10cm，由碎裂巖、片狀巖屑型.花崗巖主要發育 4 組 裂 隙：SN／E70°～75°，N70°～90°E／SE（NW）∠75°～85°，L1：N60°W／SW∠65°～70°，L2：SN／W∠55°，巖體呈塊裂結構，Ⅳ類圍巖.XL316－1產狀N15°E／SE∠65°，寬4.5～6.0m，起伏粗糙，張開1～2cm.

施工單位測量人員采用全站儀將設計所需點進行現場實測，將數據提供設計，以便確定卸荷裂隙斷層位置，設計以現場工作聯系單位的形式，確定抗剪洞洞向如圖2、圖3所示.

2）勘探追蹤

抗剪洞裂隙斷層追蹤開挖過程中，時常遇到裂隙斷層不明顯，就選擇采用勘探洞進行超前勘探裂隙斷層.勘探洞主要目的：了解附近的地質情況、觀測與地質編錄內容，以及確定探裂隙斷層.例如1 240m抗剪洞K0＋19m掌撐面上的XL361－1卸荷裂隙密集帶在1 240m抗剪洞高程延伸及其性狀，在此掌撐面布置一個勘探洞，洞徑為2.0m×2.0m，先進行勘探洞開挖，其開挖完成后再根據設計進行抗剪洞上游側主洞開挖.每進尺10m通知設計代表到現場收集資料，如圖4所示.

圖4 1 240m抗剪洞勘探洞布置圖

2.3 監測方法

2.3.1 監測方案

地面錨索使用錨索測力計進行檢測，它運用動力學原理，由錨固段的地層抗力和錨索拉力得到滑坡剩余下滑值.抗剪洞、水平抗滑錨固樁、斜井一般在抗滑樁上設置測斜管，對抗滑樁的側向位移進行監測，據以計算得到錨固段的地層抗力.

為更好保證對水平抗滑錨固樁施工期安全和后期安全穩定，使用微震安全監測技術進行安全監測，根據微破裂的大小、集中程度、破裂密度，推斷巖石宏觀破裂的發展趨勢，從而預測預報邊坡失穩前兆，以指導水平抗滑錨固樁開挖施工.為確保邊坡穩定采用變形監測、外觀監測，抗剪洞、水平抗滑錨固樁、斜井施工期采用爆破安全監測、微震安全監測的綜合監測手段保證邊坡穩定.

2.3.2 微震安全監測技術

微震安全監測技術原理：由于巖質邊坡屬于類脆性材料，在內部發生巖石微破裂的時候，外觀位移一般都較小，隨著巖石破裂的增多，其釋放的能量也逐漸增大，在大的滑面形成之前，一般都會在潛在滑面周圍形成大量微破裂，通過儀器監測這些微破裂信號就可以反演巖體微破裂發生的時刻、位置和性質，即地球物理學中所謂的“時空強”三要素.根據微破裂的大小、集中程度、破裂密度，則有可能推斷巖石宏觀破裂的發展趨勢，從而預測預報邊坡失穩前兆.

每層抗剪洞、水平抗滑錨固樁施工時，爆破前的預警是必要的，不管是哪條抗剪洞、水平抗滑錨固樁進行施工，其他相鄰洞室都應停止施工，撤離所有的施工作業人員.在這過程中，往往影響了抗剪洞、水平抗滑錨固樁施工進度，這就需要合理的施工組織.

在洞室鉆爆開挖施工時，根據微震事件發生和集中程度，微震技術監測可以精確到坐標誤差不超過±1.0m，能監測到哪一時段震動事件多或不斷增多，及時進行預警，指導抗剪洞、水平抗滑錨固樁洞室作業面及時調整鉆爆參數，達到微震事件不超標，保證施工安全.

3 結 語

在大崗山水電站大壩基礎開挖施工中，針對高拱壩左壩肩邊坡的不穩定因素，采取動態設計、裂隙追蹤、實時監測等技術，順利完成了多層大斷面水平抗滑樁、抗剪洞等治理工程施工.以水平抗滑樁、抗剪洞和噴錨、錨索支護、灌漿加固等常規方法結合，對大壩右岸壩肩邊坡大規模失穩體進行了有效的綜合治理，滿足了高拱壩壩肩穩定及結構要求，促進了大崗山水電站工程的建設進展.大崗山水電站高拱壩壩肩邊坡穩定性防治施工，在如下方面有所突破.

1）水平抗滑樁規模大：抗剪洞尺寸為8m×9.0 m，水平抗滑錨固樁斷面為7.5m×6.0m，最大長度為52m，且為多層布置，如此規模的水平抗滑錨樁在國內水電工程中十分罕見.

2）在抗剪洞、斜井、水平抗滑錨固樁開挖施工中采用裂隙追蹤方式，這種動態設計方式突破了常規的靜態設計理念.

3）在國內首次將微震安全監測技術應用到了抗剪洞、水平抗滑錨固樁施工中.

目前我國水電資源開發主要在西部山區，水電工程建設中高邊坡較多，大崗山水電站高拱壩邊坡穩定性治理的成功實踐，可為日后類似工程施工提供有益的借鑒和參考.

［1］ 杜先興，楊 勇.西藏林芝八一電廠后山抗滑錨固樁工程施工中所采取的措施［J］.四川地質學報，2001，21（1）：48－49.

［2］ 邢煥蘭.錨固（索）樁加固順層石質路基工作性狀的研究［J］.石家莊鐵路職業技術學院學報，2005，4（2）：1－5.