長河壩水電站泄洪系統進口邊坡穩定分析研究

韓 雪 嬌，　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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長河壩水電站泄洪系統進口邊坡穩定分析研究

韓 雪 嬌，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：長河壩水電站泄洪洞進口岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈傾角為80°左右的陡壁且有mj5裂隙密集帶穿過。隨著勘探工作的深入，對進口結構布置及邊坡進行了支護方案設計和比選優化。優化后，2#、3#泄洪洞邊坡開挖范圍和開挖高度明顯減小，開挖支護工程量大大減少，更加經濟可行。

關鍵詞：進口邊坡；優化設計；開挖支護；穩定計算；長河壩水電站

1工程概述

長河壩水電站系大渡河干流水電規劃“三庫22級”中的第10級電站,采用水庫大壩、首部式地下引水發電系統開發。泄水建筑物布置在河道右岸，由泄洪洞、放空洞組成，泄洪洞由一條深孔泄洪洞(1#泄洪洞)和兩條溢洪洞(2#、3#泄洪洞)組成，其主要任務是下泄大、中、小洪水；三條泄洪洞從左至右依次為1#泄洪洞、2#泄洪洞、3#泄洪洞。

泄洪洞進口位于雙叉溝堆積體對岸下游至象鼻溝間的坡段。1#泄洪洞進口縱向坡自然地形坡度為45°～50°；2#、3#泄洪洞進口縱向坡自然地形坡度為40°～45°。此段岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈陡壁，坡度達80°左右，其上的泄洪洞進口段自然地形坡度為45°～55°(約1 800 m高程以下)和25°～45°(約1 800 m高程以上)。

勘探揭示進口巖體弱風化、強卸荷水平深度為20～35 m，弱卸荷水平深度為64～78.5 m，向內為微新巖體。邊坡巖體中小斷層和擠壓破碎帶稀疏，裂隙較發育，其產狀對內側(上游側)邊坡穩定不利，洞臉邊坡和外側(下游側)邊坡整體穩定。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。次級斷層發育有f9、f10，f38等，坡體中主要發育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多組長大裂隙結構面，J4、J7、J2、J6等4組結構面較為發育。此外，mj5裂隙密集帶從泄洪洞進口穿過。天然邊坡巖體結構總體以塊裂結構為主，局部呈鑲嵌結構，巖體總體為Ⅳ類。

2進口工程邊坡設計方案比選

2.1設計方案擬定

根據泄洪洞進口區工程地質條件、進水口塔體布置要求等擬定了四個方案進行比較。根據三條泄洪洞進水口的布置情況，邊坡開挖設計采用統一協調聯合開挖方式。四個方案在技術上均可行，泄洪洞進口開挖支護各方案綜合比較情況見表1。

2.2方案選擇

根據地質人員建議，泄洪洞進水口建筑物的布置主要受地形和mj5控制，導流洞施工揭示洞向大角度穿越mj5時并未發生嚴重的垮塌現象。由此斷定：只要采取有效的開挖支護措施，成洞是可行的。故建議在對mj5采取有效處理措施的前提下，將泄洪洞進口閘室盡量外移，最大程度地降低邊坡的開挖高度，同時，加強塔體基礎處理措施和開口線外側一定范圍的天然邊坡支護。mj5裂隙密集帶通過泄洪洞進口一帶對邊坡整體穩定影響不大，僅表現為傾倒型破壞，在采取適宜的支護措施后，可有效抑制其對邊坡穩定的不利影響。

從泄洪洞進口邊坡開挖工程的規模、施工條件、環境影響、運行維護條件及投資等因素綜合考慮，推薦方案二為技施階段實施方案。

3推薦方案邊坡穩定分析

3.1邊坡整體性穩定計算分析

泄洪洞進口邊坡整體性穩定分析計算采用水科院邊坡穩定分析軟件，計算方法為能量法。本階段對三種工況進行了計算分析，分別為持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。泄水建筑物級別為1級建筑物，相應進、出口邊坡類別為A類(樞紐工程區邊坡)，級別為1級。該邊坡為非壅水建筑物，考慮地震荷載時，基巖水平峰值加速度取0.222 g。

表1　泄洪洞進口開挖支護各方案綜合比較表

進口區邊坡穩定性主要受長大裂隙控制，其中J6為與洞軸線交角較大且傾坡外的中緩傾角長大裂隙，故進口邊坡以三洞室洞臉邊坡及1#泄洪洞45°側邊坡穩定問題最為突出，以J6為底滑面，J4為后緣面對邊坡進行計算分析。該計算模型分別選取1#、2#和3#泄洪洞縱剖面進行穩定性計算。

根據泄洪洞進口段裂隙發育統計表可知，底滑面J6傾角為30°～40°，整個工程區均較發育，起伏、粗糙，單條延伸一般為5～6 m，斷續延伸可達20～30 m，常構成邊坡的滑移控制面。后緣面J4傾角為75°～82°，發育程度高，延伸長大，常以裂隙密集帶形式產出。由于J6與J4均為成組發育，故無法準確判斷具體構成的底滑面與后緣面的組合位置。經試算分析，滑塊高度越大，穩定問題越突出，故底滑面滑出點取在出口開挖最低點(后緣面J4)，分別取J6長50 m、80 m進行試算分析。計算模型見圖1～4。

圖1　1#泄洪洞縱1-縱1剖面計算模型圖

圖2　2#泄洪洞縱2-縱2剖面計算模型圖

圖3　3#泄洪洞縱3-縱3剖面mj5以上天然邊坡計算模型圖

3.2計算結果

各建筑物進口開挖后未采用工程措施處理不同工況下的邊坡穩定計算結果見表2。

圖4　3#泄洪洞縱3-縱3剖面包含mj5下部工程邊坡計算模型圖

計算剖面模型組合工 況持久工況短暫工況偶然工況1#泄洪洞縱1-縱1剖面①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長59m2.1991.9371.451②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長47m1.9721.7651.2021#泄洪洞斜1-斜1剖面①J6傾角40°長80m+J4傾角80°長152m1.0390.6350.792#泄洪洞縱2-縱2剖面①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長147m1.3581.1211.016②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長122m1.4020.8430.9843#泄洪洞縱3-縱3剖面上部①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長112m1.5441.31.137②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長108m1.4581.2541.0183#泄洪洞縱3-縱3剖面下部①J6傾角23°長50m+J4傾角80°長167m1.6581.4081.232②J6傾角23°長80m+J4傾角80°長210m1.3010.8380.987

采取工程措施后，各建筑物進口不同工況的邊坡穩定計算結果見表3。

對上述計算結果進行分析可知，三泄洪洞進水口以J6為底滑面、J4為后緣面分組建立的滑移模型，J4越往山里邊坡穩定性越差，加之塊體體積在顯著增加，故需要的支護力越大。經與地質人員協商，將底滑面J6出露點取開挖邊界最低點，長度取80 m，計算與后緣面J4所形成的滑移塊體的穩定性。對80 m范圍外山體以內結構面切割形成的塊體認為其穩定性好于外部且處于穩定狀態，計算中可不考慮。

表3　進口開挖邊坡穩定計算成果表(已支護情況)

4結語

長河壩水電站泄洪洞進口工程邊坡規模較大，難度較高，邊坡的安全至關重要，相應需要支護的邊坡范圍亦很大，因此，支護參數的確定對工程邊坡的經濟性影響較大。在保證工程安全的前提下，長河壩水電站進行了進口邊坡優化及穩定計算分析。最終決定：2#泄洪洞進口塔體向上游移動30 m，3#泄洪洞向上游移動35 m，將進口后坡的mj5裂隙密集帶整體保留、不開挖，從而使邊坡開挖范圍和規模大大減少，縮短了施工工期，減少了工程量，節省了工程投資，初步估算共節約投資約3 697萬元。該方案已施工開挖支護完畢，未出現邊坡失穩現象，說明該優化方案安全可靠，可為其他工程參考。

參考文獻：

[1] DL5073-2000，水工建筑物抗震設計規范[S].

[2]DL/T5353-2006，水電水利工程邊坡設計規范[S].

[3]楊欣先，李彥碩，主編. 水電站進水口設計[M〗. 大連：大連理工大學出版社，1990.

韓雪嬌(1988-)，女，山西陽城人，工程師，碩士，從事水工結構設計工作；

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

(責任編輯：李燕輝)

作者簡介:

收稿日期:2016-01-04

文章編號:1001-2184(2016)01-0064-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7；TV222；TV221