桐子林水電站人工骨料場(chǎng)揭頂邊坡垮塌臨滑預(yù)報(bào)

蘇建明，彭仕雄

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610072)

1 邊坡概況

雅礱江桐子林水電站人工骨料場(chǎng)為原二灘電站人工骨料場(chǎng)開采剩余部分，位于二灘電站左岸壩肩上游金龍溝左側(cè)，距二灘大壩直線距離僅700余m，料場(chǎng)邊坡高約300余m，其中揭頂部分邊坡高約70m。

料場(chǎng)揭頂邊坡樁號(hào)0－30～0+90、高 程1562～1685m段坡體于2010年10月23日下午5點(diǎn)33分出現(xiàn)垮塌。垮塌段邊坡長(zhǎng)約120m，垮塌高度約為90～110m，垮塌厚度約15～25m，垮塌方量約18萬m3。由于預(yù)警及撤離工作及時(shí)，邊坡垮塌過程未造成現(xiàn)場(chǎng)人員傷亡及設(shè)備材料損失。

2 工程地質(zhì)條件

人工骨料場(chǎng)位于金龍溝左側(cè)一單薄條形山脊，山脊兩側(cè)溝谷深切300余m，其中料場(chǎng)揭頂邊坡高程為1560～1630m，最大坡高約70m，坡面方向?yàn)?N45°E。

開挖邊坡巖體為中粒正長(zhǎng)巖夾有變質(zhì)玄武巖捕虜體。垮塌后發(fā)現(xiàn)玄武巖在高程1560m以上坡體內(nèi)呈條帶狀分布(圖1)，厚約6～18m，產(chǎn)狀約為 N10°ENW∠50°～60°，全風(fēng)化，泥夾碎屑狀，與正長(zhǎng)巖接觸面具泥膜。

樁號(hào)約0－30～0+35，高程1560～1600m一帶表部為覆蓋層，成分為坡殘積碎石土，垂直厚度約10m。

該區(qū)巖體主要發(fā)育三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面:(1)N40°～60°ENW∠60°～65°，順坡走向，陡傾坡外，間距0.3～2m，延伸長(zhǎng)，連通性好，平直光滑，裂面附泥膜;(2)N30°～40°WNE∠70°～80°，與坡面呈大角度相交，陡傾溝內(nèi)偏坡內(nèi)，間距0.1～0.4m，延伸長(zhǎng)，連通性好，平直光滑，裂面附泥膜，側(cè)向臨空部位裂隙張開寬度1～5cm，充填次生泥;(3)N60°～70°WSW∠40°～60°，與坡面大角度相交，傾溝外偏坡內(nèi)，間距0.2～2m，延伸較長(zhǎng)，平直平滑，面附泥膜;(4)產(chǎn)狀為 N10°～30°WSW∠25°～35°，傾向坡外偏溝外，該組裂隙多數(shù)短小，但沿該組裂隙隨機(jī)發(fā)育有長(zhǎng)大軟弱夾層，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。

開挖至揭頂邊坡坡腳時(shí)發(fā)現(xiàn)，樁號(hào)約0+00～0+35，高程1562m處沿(4)組裂隙隨機(jī)發(fā)育一緩傾坡外的泥化夾層(圖1)，夾層長(zhǎng)約30m，寬3～10cm。2010年9月29日邊坡巡視發(fā)現(xiàn)其上層已相對(duì)下層錯(cuò)動(dòng)約30mm，之后坡腳反壓，未能進(jìn)一步觀察其錯(cuò)動(dòng)情況。垮塌后發(fā)現(xiàn)，在揭頂邊坡坡體后緣山脊附近沿(1)組裂隙隨機(jī)發(fā)育有一裂隙密集帶(圖1)，帶寬約1～1.5m，全強(qiáng)風(fēng)化、卸荷作用強(qiáng)烈，帶內(nèi)充填泥及巖塊、巖屑。

由于料場(chǎng)揭頂邊坡位于單薄條形山脊金龍溝一側(cè)，巖體風(fēng)化卸荷作用強(qiáng)烈，強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷水平深度約15～25m。

由于攀枝花地區(qū)每年6～9月為雨季，料場(chǎng)邊坡區(qū)雖然匯水面積小，但巖體卸荷強(qiáng)烈，地表水入滲降低了巖土體強(qiáng)度指標(biāo)，產(chǎn)生了裂隙水壓，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。

3 邊坡開挖及支護(hù)

圖1 垮塌前全風(fēng)化條帶狀玄武巖、后緣裂隙密集帶及底部泥化夾層分布示意圖

金龍溝料場(chǎng)邊坡于2009年12月開始自高程約1635m開始開挖，于9月15日開挖到高程1562m(揭頂邊坡坡腳位置)。

對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體建議開挖坡比為1∶1，覆蓋層建議開挖坡比為 1∶1.25。為多采骨料，邊坡實(shí)際總體開挖坡比約1∶0.7，坡腳一帶(高約18m覆蓋層)實(shí)際開挖坡比約1∶0.25。

支護(hù)設(shè)計(jì)在實(shí)際開挖坡比基礎(chǔ)上進(jìn)行，坡面共布置有8排錨索，間距6m，L=25～31m，其中樁號(hào)0+90～0+200一帶錨固深度約25m，樁號(hào)0+00～0+90一帶錨固深度約30～31m。

2010年9月底，高程1580m以上部分邊坡支護(hù)基本結(jié)束，其余部位垮塌前未進(jìn)行支護(hù)。

4 垮塌成因及機(jī)制

(1)地質(zhì)因素。

此處山體為一條形單薄山脊，樁號(hào)0－30～0+90段邊坡淺表部主要為全強(qiáng)風(fēng)化巖體，水平厚約15～25m;高程1560m以上玄武巖條帶厚約6～15m，全風(fēng)化，泥夾碎屑狀，與正長(zhǎng)巖接觸面具泥膜。

坡體前沿樁號(hào)0+00～0+40，高程1562m部位隨機(jī)發(fā)育有一緩傾坡外的泥化夾層。坡體后緣山脊附近隨機(jī)發(fā)育有一順坡向、陡傾坡外的全強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷裂隙密集帶，厚約1.5m。由此可見，玄武巖條帶和陡傾順坡裂隙帶以及下部泥化夾層形成了潛在不利組合巖體。

(2)誘發(fā)因素。

適逢雨季，雨水較多，坡體卸荷作用強(qiáng)烈，巖土體含水量增大，巖土體強(qiáng)度降低;卸荷裂隙充填裂隙水，產(chǎn)生靜水壓力，對(duì)邊坡穩(wěn)定不利。

整個(gè)邊坡支護(hù)進(jìn)度嚴(yán)重滯后，特別是坡腳一帶未及時(shí)支護(hù)，導(dǎo)致邊坡地質(zhì)條件惡化;垮塌后發(fā)現(xiàn)部分錨索鋼絞線束數(shù)不滿足設(shè)計(jì)要求。

在以上不利因素作用下，溝內(nèi)一側(cè)受(2)組裂隙切割，前緣以緩傾坡外的泥化夾層為剪出面(底滑面)，以中部條帶狀全風(fēng)化變質(zhì)玄武巖和后緣以陡傾坡外的裂隙密集帶為拉裂面發(fā)生推移式滑移。

5 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

5.1 邊坡監(jiān)測(cè)

揭頂邊坡共布置有三條監(jiān)測(cè)斷面，樁號(hào)分別為A剖面(0+60)、B剖面 (0+100)、C剖面 (0+140)，各剖面均布置有多點(diǎn)位移計(jì)、測(cè)斜孔及錨索測(cè)力計(jì)。至垮塌前，高程1611m以下邊坡監(jiān)測(cè)儀器未布設(shè)，高程1611m以上監(jiān)測(cè)儀器(圖2)已布設(shè)并投入使用。

揭頂邊坡變形垮塌過程中，A剖面(樁號(hào)0+60，高程1623m)M31LCBP多點(diǎn)位移計(jì)同步反映了邊坡的變形情況，直至多點(diǎn)位移計(jì)破壞。其它監(jiān)測(cè)儀器變形不明顯。

A剖面M31LCBP多點(diǎn)位移計(jì)三個(gè)測(cè)點(diǎn)深度分別為0m、3m、11m(固定端深度23m)，各測(cè)點(diǎn)變形情況(圖3)如下:

2010年8月21日，揭頂邊坡坡腳部分開始開挖，邊坡開始變形。

2010年9月15日，坡腳部分邊坡開挖基本到位，變形速率開始增大。

2010年9月24日，累計(jì)位移3.3mm，變形速率明顯增大，但未發(fā)現(xiàn)裂縫。

圖2 高程1611m以上監(jiān)測(cè)布置示意圖

2010年10月21日，M31LCBP多點(diǎn)位移計(jì)累計(jì)位移量(圖3最后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn))為44.89mm，較10月20日增加11.2mm，變形呈加速態(tài)勢(shì)，位移速率約 0.47mm/h。

10月22日上午，多點(diǎn)位移計(jì)M31LCBP3#測(cè)點(diǎn)(23m處)處無數(shù)據(jù)顯示，原因?yàn)樽冃纬^儀器量程(100mm)，儀器損壞，位移速率＞2.3mm/h。

圖3 A剖面(0+60)M31LCBP多點(diǎn)位移計(jì)各深度位移時(shí)間過程曲線圖

5.2 邊坡地表巡視

2010年9月29日邊坡巡視發(fā)現(xiàn):在1611m高程馬道(樁號(hào)K0+090附近)出現(xiàn)豎向裂縫，其最大寬度約3mm;在1562m高程發(fā)現(xiàn)一緩傾坡外泥化夾層，長(zhǎng)約30m，厚約3～10cm，其上層已相對(duì)下層錯(cuò)動(dòng)約30mm，之后坡腳反壓，未能進(jìn)一步觀察其錯(cuò)動(dòng)情況。

2010年10月21日地質(zhì)巡視發(fā)現(xiàn)，樁號(hào)0+00～0+90段邊坡坡體前緣及兩側(cè)出現(xiàn)一系列橫向及豎向裂縫，且0+90附近橫向錨索梁與錨墩連接處出現(xiàn)豎向裂縫，表明0+00～0+90段邊坡存在整體垮塌的可能。

2010年10月23日上午，邊坡出現(xiàn)掉塊、滾石現(xiàn)象，下午5點(diǎn)33分出現(xiàn)垮塌。

5.3 臨滑預(yù)報(bào)

A剖面(樁號(hào)0+60，高程1623m)M31LCBP多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，設(shè)計(jì)人員于2010年9月25日趕往現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并于9月30日發(fā)出地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào)及設(shè)計(jì)更改通知，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)裂縫變化的巡視、對(duì)監(jiān)測(cè)資料的分析。

2010年10月21日地質(zhì)巡視發(fā)現(xiàn)，樁號(hào)0+00～0+90段邊坡坡體前緣及兩側(cè)出現(xiàn)一系列橫向及豎向裂縫，且0+90附近橫向錨索梁與錨墩連接處出現(xiàn)豎向裂縫，表明該段邊坡存在整體滑塌的可能;同時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，位移速率約0.47 mm/h。根據(jù)以上情況，2010年10月22日上午發(fā)出地質(zhì)簡(jiǎn)報(bào)，簡(jiǎn)報(bào)指出:當(dāng)監(jiān)測(cè)成果顯示邊坡變形明顯加劇時(shí)，應(yīng)停止該段邊坡的施工作業(yè)。

2010年 10月 22日上午，多點(diǎn)位移計(jì)M31LCBP累計(jì)變形已超過多點(diǎn)位移計(jì)量程100 mm(已損壞)，位移速率至少＞2.3mm/h。按《水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》之巖質(zhì)滑坡位移速率與警戒等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)警戒等級(jí)為二級(jí)(位移速率＞2mm/h)或三級(jí)(位移速率＞4mm/h)。

2010年10月22日的監(jiān)測(cè)資料表明:邊坡即將失穩(wěn)。設(shè)計(jì)人員連夜召開緊急會(huì)議，并于22日20時(shí)左右以傳真形式發(fā)出關(guān)于金龍溝料場(chǎng)邊坡安全預(yù)警的函，預(yù)警函指出:要求暫停樁號(hào)0+00～0+100段邊坡所有施工作業(yè)，所有人員、設(shè)備、材料及時(shí)撤離該區(qū)域(包括坡頂及高程1340m平臺(tái))，同時(shí)注意加強(qiáng)安全防護(hù)、安全警戒;設(shè)立安全崗哨，建議實(shí)施進(jìn)出人員登記制度。

現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)監(jiān)理、業(yè)主管理人員采取了及時(shí)有效的措施，現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備得以及時(shí)撤離。料場(chǎng)揭頂邊坡0－30～0+90段于2010年10月23日下午5點(diǎn)33分出現(xiàn)垮塌，但未造成人員傷亡及設(shè)備、財(cái)產(chǎn)損失。

6 結(jié)語

對(duì)料場(chǎng)邊坡垮塌的成功預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)表明:對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜或地質(zhì)條件差的巖質(zhì)邊坡，支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)尤其重視邊坡的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。邊坡監(jiān)測(cè)手段中，多點(diǎn)位移計(jì)是一種很好的監(jiān)測(cè)手段，能很好地反映淺部及深部的變形，且其精度高，可靠性好。巖質(zhì)滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)密切注意位移時(shí)間曲線的變化趨勢(shì)，特別是位移速率的變化情況，以判斷所處的變形階段。

監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，需加強(qiáng)地表巡視，以便互相印證。同時(shí)地表巡視可以很好的從宏觀上了解邊坡的變形范圍、變形特征以及變形機(jī)制，從而準(zhǔn)確地判斷邊坡穩(wěn)定狀況，并對(duì)邊坡變形破壞趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)。

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件、變形范圍以及變形特征，采取合適的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，制定合理的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)確定安全警戒等級(jí)，當(dāng)邊坡進(jìn)入加速變形階段時(shí)，應(yīng)及時(shí)預(yù)警，果斷進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備撤離，確保現(xiàn)場(chǎng)人員人身安全、避免財(cái)產(chǎn)損失。