長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)進(jìn)口邊坡穩(wěn)定分析研究

韓 雪 嬌，　蒙 富 強(qiáng)

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都　610072)

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長(zhǎng)河壩水電站泄洪系統(tǒng)進(jìn)口邊坡穩(wěn)定分析研究

韓 雪 嬌，蒙 富 強(qiáng)

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞進(jìn)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(guò)。隨著勘探工作的深入，對(duì)進(jìn)口結(jié)構(gòu)布置及邊坡進(jìn)行了支護(hù)方案設(shè)計(jì)和比選優(yōu)化。優(yōu)化后，2#、3#泄洪洞邊坡開(kāi)挖范圍和開(kāi)挖高度明顯減小，開(kāi)挖支護(hù)工程量大大減少，更加經(jīng)濟(jì)可行。

關(guān)鍵詞：進(jìn)口邊坡；優(yōu)化設(shè)計(jì)；開(kāi)挖支護(hù)；穩(wěn)定計(jì)算；長(zhǎng)河壩水電站

1工程概述

長(zhǎng)河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”中的第10級(jí)電站,采用水庫(kù)大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。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(wù)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(jìn)口位于雙叉溝堆積體對(duì)岸下游至象鼻溝間的坡段。1#泄洪洞進(jìn)口縱向坡自然地形坡度為45°～50°；2#、3#泄洪洞進(jìn)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(dá)80°左右，其上的泄洪洞進(jìn)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(jìn)口巖體弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷水平深度為20～35 m，弱卸荷水平深度為64～78.5 m，向內(nèi)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(fā)育，其產(chǎn)狀對(duì)內(nèi)側(cè)(上游側(cè))邊坡穩(wěn)定不利，洞臉邊坡和外側(cè)(下游側(cè))邊坡整體穩(wěn)定。泄洪洞進(jìn)口部位無(wú)區(qū)域性斷裂通過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造以次級(jí)小斷層、節(jié)理裂隙為特征。次級(jí)斷層發(fā)育有f9、f10，f38等，坡體中主要發(fā)育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多組長(zhǎng)大裂隙結(jié)構(gòu)面，J4、J7、J2、J6等4組結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育。此外，mj5裂隙密集帶從泄洪洞進(jìn)口穿過(guò)。天然邊坡巖體結(jié)構(gòu)總體以塊裂結(jié)構(gòu)為主，局部呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖體總體為Ⅳ類。

2進(jìn)口工程邊坡設(shè)計(jì)方案比選

2.1設(shè)計(jì)方案擬定

根據(jù)泄洪洞進(jìn)口區(qū)工程地質(zhì)條件、進(jìn)水口塔體布置要求等擬定了四個(gè)方案進(jìn)行比較。根據(jù)三條泄洪洞進(jìn)水口的布置情況，邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合開(kāi)挖方式。四個(gè)方案在技術(shù)上均可行，泄洪洞進(jìn)口開(kāi)挖支護(hù)各方案綜合比較情況見(jiàn)表1。

2.2方案選擇

根據(jù)地質(zhì)人員建議，泄洪洞進(jìn)水口建筑物的布置主要受地形和mj5控制，導(dǎo)流洞施工揭示洞向大角度穿越mj5時(shí)并未發(fā)生嚴(yán)重的垮塌現(xiàn)象。由此斷定：只要采取有效的開(kāi)挖支護(hù)措施，成洞是可行的。故建議在對(duì)mj5采取有效處理措施的前提下，將泄洪洞進(jìn)口閘室盡量外移，最大程度地降低邊坡的開(kāi)挖高度，同時(shí)，加強(qiáng)塔體基礎(chǔ)處理措施和開(kāi)口線外側(cè)一定范圍的天然邊坡支護(hù)。mj5裂隙密集帶通過(guò)泄洪洞進(jìn)口一帶對(duì)邊坡整體穩(wěn)定影響不大，僅表現(xiàn)為傾倒型破壞，在采取適宜的支護(hù)措施后，可有效抑制其對(duì)邊坡穩(wěn)定的不利影響。

從泄洪洞進(jìn)口邊坡開(kāi)挖工程的規(guī)模、施工條件、環(huán)境影響、運(yùn)行維護(hù)條件及投資等因素綜合考慮，推薦方案二為技施階段實(shí)施方案。

3推薦方案邊坡穩(wěn)定分析

3.1邊坡整體性穩(wěn)定計(jì)算分析

泄洪洞進(jìn)口邊坡整體性穩(wěn)定分析計(jì)算采用水科院邊坡穩(wěn)定分析軟件，計(jì)算方法為能量法。本階段對(duì)三種工況進(jìn)行了計(jì)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(jí)別為1級(jí)建筑物，相應(yīng)進(jìn)、出口邊坡類別為A類(樞紐工程區(qū)邊坡)，級(jí)別為1級(jí)。該邊坡為非壅水建筑物，考慮地震荷載時(shí)，基巖水平峰值加速度取0.222 g。

表1　泄洪洞進(jìn)口開(kāi)挖支護(hù)各方案綜合比較表

進(jìn)口區(qū)邊坡穩(wěn)定性主要受長(zhǎng)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(zhǎng)大裂隙，故進(jìn)口邊坡以三洞室洞臉邊坡及1#泄洪洞45°側(cè)邊坡穩(wěn)定問(wèn)題最為突出，以J6為底滑面，J4為后緣面對(duì)邊坡進(jìn)行計(jì)算分析。該計(jì)算模型分別選取1#、2#和3#泄洪洞縱剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

根據(jù)泄洪洞進(jìn)口段裂隙發(fā)育統(tǒng)計(jì)表可知，底滑面J6傾角為30°～40°，整個(gè)工程區(qū)均較發(fā)育，起伏、粗糙，單條延伸一般為5～6 m，斷續(xù)延伸可達(dá)20～30 m，常構(gòu)成邊坡的滑移控制面。后緣面J4傾角為75°～82°，發(fā)育程度高，延伸長(zhǎng)大，常以裂隙密集帶形式產(chǎn)出。由于J6與J4均為成組發(fā)育，故無(wú)法準(zhǔn)確判斷具體構(gòu)成的底滑面與后緣面的組合位置。經(jīng)試算分析，滑塊高度越大，穩(wěn)定問(wèn)題越突出，故底滑面滑出點(diǎn)取在出口開(kāi)挖最低點(diǎn)(后緣面J4)，分別取J6長(zhǎng)50 m、80 m進(jìn)行試算分析。計(jì)算模型見(jiàn)圖1～4。

圖1　1#泄洪洞縱1-縱1剖面計(jì)算模型圖

圖2　2#泄洪洞縱2-縱2剖面計(jì)算模型圖

圖3　3#泄洪洞縱3-縱3剖面mj5以上天然邊坡計(jì)算模型圖

3.2計(jì)算結(jié)果

各建筑物進(jìn)口開(kāi)挖后未采用工程措施處理不同工況下的邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖4　3#泄洪洞縱3-縱3剖面包含mj5下部工程邊坡計(jì)算模型圖

計(jì)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(zhǎng)50m+J4傾角80°長(zhǎng)59m2.1991.9371.451②J6傾角23°長(zhǎng)80m+J4傾角80°長(zhǎng)47m1.9721.7651.2021#泄洪洞斜1-斜1剖面①J6傾角40°長(zhǎng)80m+J4傾角80°長(zhǎng)152m1.0390.6350.792#泄洪洞縱2-縱2剖面①J6傾角23°長(zhǎng)50m+J4傾角80°長(zhǎng)147m1.3581.1211.016②J6傾角23°長(zhǎng)80m+J4傾角80°長(zhǎng)122m1.4020.8430.9843#泄洪洞縱3-縱3剖面上部①J6傾角23°長(zhǎng)50m+J4傾角80°長(zhǎng)112m1.5441.31.137②J6傾角23°長(zhǎng)80m+J4傾角80°長(zhǎng)108m1.4581.2541.0183#泄洪洞縱3-縱3剖面下部①J6傾角23°長(zhǎng)50m+J4傾角80°長(zhǎng)167m1.6581.4081.232②J6傾角23°長(zhǎng)80m+J4傾角80°長(zhǎng)210m1.3010.8380.987

采取工程措施后，各建筑物進(jìn)口不同工況的邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析可知，三泄洪洞進(jìn)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(wěn)定性越差，加之塊體體積在顯著增加，故需要的支護(hù)力越大。經(jīng)與地質(zhì)人員協(xié)商，將底滑面J6出露點(diǎn)取開(kāi)挖邊界最低點(diǎn)，長(zhǎng)度取80 m，計(jì)算與后緣面J4所形成的滑移塊體的穩(wěn)定性。對(duì)80 m范圍外山體以內(nèi)結(jié)構(gòu)面切割形成的塊體認(rèn)為其穩(wěn)定性好于外部且處于穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算中可不考慮。

表3　進(jìn)口開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果表(已支護(hù)情況)

4結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞進(jìn)口工程邊坡規(guī)模較大，難度較高，邊坡的安全至關(guān)重要，相應(yīng)需要支護(hù)的邊坡范圍亦很大，因此，支護(hù)參數(shù)的確定對(duì)工程邊坡的經(jīng)濟(jì)性影響較大。在保證工程安全的前提下，長(zhǎng)河壩水電站進(jìn)行了進(jìn)口邊坡優(yōu)化及穩(wěn)定計(jì)算分析。最終決定：2#泄洪洞進(jìn)口塔體向上游移動(dòng)30 m，3#泄洪洞向上游移動(dòng)35 m，將進(jìn)口后坡的mj5裂隙密集帶整體保留、不開(kāi)挖，從而使邊坡開(kāi)挖范圍和規(guī)模大大減少，縮短了施工工期，減少了工程量，節(jié)省了工程投資，初步估算共節(jié)約投資約3 697萬(wàn)元。該方案已施工開(kāi)挖支護(hù)完畢，未出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，說(shuō)明該優(yōu)化方案安全可靠，可為其他工程參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊欣先，李彥碩，主編. 水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)[M〗. 大連：大連理工大學(xué)出版社，1990.

韓雪嬌(1988-)，女，山西陽(yáng)城人，工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；

蒙富強(qiáng)(1980-)，男，廣西百色人，高級(jí)工程師，碩士，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

作者簡(jiǎn)介:

收稿日期:2016-01-04

文章編號(hào):1001-2184(2016)01-0064-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類號(hào):TV7；TV222；TV221