長河壩水電站泄洪洞進口邊坡地質條件復核及優化治理

劉 永 波，　唐 世 明，　王 宗 瓊，　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)

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長河壩水電站泄洪洞進口邊坡地質條件復核及優化治理

劉 永 波，唐 世 明，王 宗 瓊，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：對長河壩水電站泄洪洞進口邊坡進行了詳細的地質調查，根據前期勘探成果并結合初期導流洞和右岸交通洞開挖揭示的情況，詳細查明了邊坡的巖體結構、構造、變形破壞機制等，對泄洪洞進口邊坡按照“高清坡、強支護、低開口”的原則進行了設計優化，從可研階段邊坡開挖高度的315 m左右降低為目前開挖高度的125 m左右，根據邊坡監測數據得知，邊坡未出現異常情況。該設計優化大幅度降低了開挖高度，節約了工期，降低了工程風險。[1]。

關鍵詞：裂隙密集帶；穩定性分析；長河壩水電站；設計優化；施工監測；邊坡

1概述

長河壩水電站三條泄洪洞布置于大渡河右岸，從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞和3#泄洪洞，其中1#為深孔，2#、3#為開敞式，洞長為1.3～1.5 km。三條泄洪洞大致平行布置，洞向為S13°～14°W。1#泄洪洞進口高程1 645 m，2#、3#泄洪洞進口高程1 663.5 m。泄洪洞進口邊坡高陡，前期勘探揭示，控制邊坡穩定性的主要因素為mj5破碎帶及其影響帶?？裳须A段采取對mj5破碎帶及其影響帶全挖方案，開挖高度最高達315 m。在技施階段，通過對進口邊坡進行的詳細地質調查，結合初期導流洞和右岸交通洞對mj5開挖揭示的情況，詳細查明了邊坡的巖體結構、構造、變形破壞機制等，對mj5有了新的、充分的認識，認為在邊坡可以保留mj5破碎帶及其影響帶，遂對泄洪洞進口邊坡“高清坡、強支護、低開口”的原則進行了設計優化。

2泄洪洞進口邊坡基本地質條件

泄洪洞進口邊坡位于大渡河右岸象鼻溝上游坡段，自然斜坡在高程1 800 m以下，平均坡度為48°～54°。1#泄洪洞縱向坡自然坡度為63°左右，2#、3#泄洪洞縱向坡自然坡度為55°～65°。 坡體基巖裸露，局部發育植被，主要出露澄江～晉寧期石英閃長巖(δ02(3))和中粗?；◢弾r(γ2(4)),其下部公路邊見少量侵入細晶花崗巖脈(γl)。地表調查和勘探平洞揭示泄洪洞進口部位無區域性斷裂通過，地質構造以次級小斷層、節理裂隙為特征。進口巖體呈弱風化，強卸荷水平深度一般為20～35 m，弱卸荷水平深度為64～78.5 m。地下水主要為基巖裂隙潛水，受地表降水補給，向河床排泄，分布于裂隙巖體和斷層帶附近，受斷層或巖脈阻水而局部富集。工程區場地50 a超越概率10%的基巖水平峰值加速度為172 gal，相應的地震基本烈度為Ⅷ度。工程區域構造穩定性較差。

3邊坡前期穩定性分析與開挖支護設計

坡體中主要發育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多組結構面，裂隙性狀見表1。其中以J4、J7、J2、J6等組結構面較為發育，局部零星發育J5組裂隙。此外，發育Ⅴ1級結構面mj5，產狀同J4，由NWW向陡傾角長大裂隙平行密集發育組成，裂隙間距一般為1～3 m，長大裂隙裂面上常見壓碎現象，局部傾倒張開，延伸長度大于300 m，破碎帶寬30～40 m。受mj5影響，巖體較破碎，呈塊裂結構～碎裂結構，總體為“Ⅳ”類。

根據設計開挖坡比1∶0.5，泄洪洞縱剖面與地形線呈大角度相交，洞臉邊坡走向為N77°W，內外側邊坡走向為N13°E，采用赤平投影分析(表2，圖1)。

(1)洞臉邊坡：J4組陡傾裂隙與開挖面呈小角度相交且傾向坡外，傾角略大于開挖面傾角，延伸長度較大，間距較小，構成板裂狀結構，易發生傾倒拉裂破壞；J6組緩傾角裂隙為底滑面，J4組裂隙為后緣拉裂面，J7組裂隙為側向切割面，易產生滑移拉裂破壞。

表1　泄洪洞進口段裂隙發育統計表

圖1　泄洪洞邊坡赤平投影圖

表2　裂隙產狀表

(2)內側邊坡：J2組和J1組裂隙走向與開挖面近于平行，傾向坡外，傾角小于開挖坡腳，以J4組裂隙作為側向割裂面；J7組裂隙作為后緣拉裂面，易發生滑移拉裂破壞；J7組陡傾角裂隙與開挖坡面近于平行，在淺表部易發生傾倒變形破壞。

(3)外側邊坡：沿J4組陡傾結構面發生傾倒拉裂破壞。

mj5發育在泄洪洞進口整個邊坡上，地表出露以卸荷張開、傾倒破壞為主，結構較松弛，產狀同J4。在上述裂隙組合模式中，多為mj5參與，對邊坡穩定極為不利。

工程前期，根據對mj5的認識并鑒于泄洪洞進口邊坡對于工程的重要性，設計采用的開挖坡比為1∶0.3～1∶0.5，開挖邊坡每25 m高差設一道3 m寬的馬道，將位于進口邊坡段巖體破碎部分(mj5破碎帶及影響帶)全部挖除，挖除后采取一定的支護措施。在前期開挖支護方案中，邊坡開口線較高，3#泄洪洞右側最大開挖坡高約為315 m。開挖和支護量大，邊坡高陡，施工難度較大，對邊坡擾動較大，安全風險較大，工期不可控因素較多。

4招標技施階段的勘察與設計優化

4.1招標技施階段實施的勘察工作

根據施工支洞、初期導流洞(初期導流洞位于泄洪洞下游，高差約150 m)開挖揭示的情況，對mj5進行了詳細的調查和分析，對邊坡進行了穩定性復核。

(1)mj5延伸長大(勘探平洞底板高程1 650 m、初期導流洞底板高程約1 481 m均有出露)，密集帶寬度為30～50 m，主要表現為裂隙間距以5～10 cm發育，局部表現為破碎帶，一般破碎帶寬度為20～30 cm，呈現出靠山外側較寬，靠山里側較窄的特征。在1#泄洪洞洞臉邊坡出露較寬，在2#、3#泄洪洞洞臉邊坡出露較窄。

(2)密集帶內巖體多呈鑲嵌結構、局部呈碎裂結構(破碎帶處)。導流洞及施工支洞開挖初期揭示，在強卸荷洞室段巖體稍松弛，但成洞條件較好。mj5在地表出露時呈現為傾倒卸荷張開、裂隙密集帶、卸荷張裂縫、傾倒變形等破壞形式。裂面間壓碎現象不明顯。

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(3)mj5走向與泄洪洞軸線方向呈大角度相交，傾角為75°～85°，傾坡外，對左右側邊坡的穩定性影響不大，在洞臉部位易產生傾倒垮、塌破壞。

筆者通過前期對邊坡進行的穩定性分析，結合招標技施階段調查和分析，對邊坡穩定性進行了復核論證：泄洪洞進口邊坡整體處于穩定狀態，控制洞臉邊坡穩定性的主要因素為裂隙組合形成的較大不穩定塊體，組合機制為以J6組傾角裂隙為底滑面，J4組裂隙構成后緣拉裂面，J7組裂隙為側向切割面，易發生滑移拉裂破壞。

4.2設計優化情況

基于對mj5的充分認識并經穩定性復核得知，泄洪洞邊坡整體處于基本穩定狀態，局部存在mj5與其他裂隙組合形成的不穩定塊體，易產生滑移拉裂破壞和沿mj5的傾倒破壞。邊坡開挖支護設計按照“高清坡、低開口，強鎖扣”的原則進行了降低開口線的設計優化。邊坡支護設計采用一期支護、二期開挖支護。一期支護范圍為工程邊坡開口線外至第一級較緩地形處，支護前對自然邊坡松動危石、危巖體進行清理，清坡后針對不利組合形成的較大不穩定塊體采取錨索和框格梁支護，局部不穩定塊體采用隨機錨桿束支護。二期開挖支護邊坡開挖坡比由原來的1∶0.3～0.5調整為1∶0.25～直立，并將進口塔體外移了20～30 m，開口線高程約為1 730 m，最大開挖高度由原來的315 m調整為125 m左右(3#泄洪洞右側)，開挖后深層支護采用系統錨索、框格梁，淺層支護采用系統錨桿、掛網、噴混凝土、排水孔等支護型式，進而將開挖高度降低了近200 m，大大降低了邊坡的安全風險，節約了工程投資，縮短了一定的工程工期。

5施工開挖揭示的情況

邊坡施工開挖揭示：在高程約1 730～1 710 m段巖體卸荷強烈，裂面多張開3～5 cm，以塊裂結構為主。由于mj5陡傾坡外，傾角略緩于坡角，因此，在開挖過程中，3#泄洪洞進口邊坡 高 程 約

1 710 m處mj5出露，以下受mj5裂隙密集帶中的陡立、傾山里的擠壓破碎帶(N70°W/SW∠84°)及中緩傾角裂隙(N55°E/SE∠20°、N80°W/NE∠30°～40°)的影響巖體較破碎、松弛，以碎裂結構為主，在施工過程中產生了垮塌，垮塌厚度為1.5～2.5 m，造成上部倒懸，對上部邊坡穩定不利?？逅a生后，為避免產生進一步的不利影響，承包商及時采取了淺層支護并對倒懸部位采用貼坡混凝土回填，回填后及時采取了深層支護措施，支護完成后進行了下部開挖，確保了邊坡穩定。

圖2　泄洪洞進口邊坡垮塌照片

6監測情況

在泄洪洞進口邊坡分別沿洞軸線方向布置了3條監測斷面，每條監測斷面在一期支護邊坡、二期開挖支護邊坡范圍內布設了4套多點位移計，多點位移計施工安裝緊隨開挖支護坡面進行。監測資料顯示：多點位移計實測孔口累計位移量在-3.45～19.16 mm范圍內，2013年位移年變化量在-3.45～18.83 mm之間。多點位移計各測點2013年累積位移值在1.54 mm范圍內，位移年增量均在1.54 mm范圍內，累積位移值較小，位移時間過程線趨于平緩?？傮w來說，泄洪洞進口邊坡累積位移較小，變化亦較小，位移逐漸趨于平緩。

7結語

在前期勘探的基礎上，通過招標技施階段對初期導流洞以及施工交通洞中mj5發育情況進行的調查，對邊坡的巖體結構、構造、變形破壞機制進行了深入的研究與分析，對影響邊坡穩定的mj5有了新的、較深入的認識。經過穩定性分析論證得知，進口邊坡整體穩定，控制邊坡穩定的為長大裂隙組合，mj5僅影響邊坡的局部穩定性。

因此，設計單位根據邊坡穩定性分析成果，按照“高清坡、強支護、低開口”的原則，采取了陡開

圖3　泄洪洞進口邊坡3-3剖面M49各測點變形時間過程線圖

挖、強鎖扣、強支護的開挖支護方案，在邊坡保留了mj5破碎帶及影響帶。開挖坡比由原來的1∶0.3～0.5調整為1∶0.25～直立，同時將進口塔體外移了20～30 m，使邊坡開挖高度由原來最大的315 m減低為95 m左右，大大降低了開挖高度，減少了對邊坡的擾動，降低了邊坡施工期的安全風險，減少了開挖工程量，節約了工程投資，同時有利于控制工期。

監測數據顯示：泄洪洞進口邊坡累積位移較小，變化亦較小，位移逐漸趨于平緩，邊坡處于穩定狀態。由此可見，泄洪洞進口邊坡設計優化合理。

劉永波(1981-)，男，河南許昌人，工程師，學士，從事水電工程勘察技術工作；

唐世明(1958-)，男，四川西昌人，高級工程師，從事水電工程勘察技術工作；

王宗瓊(1965-)，女，四川成都人，高級工程師，從事水電工程勘察技術工作；

蒙富強(1980-),男，廣西百色人，高級工程師，碩士，從事水工結構設計與研究工作.

(責任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2015-12-21

文章編號:1001-2184(2016)01-0043-03

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TV221