某抽水蓄能電站對外交通公路不良地質條件治理方案

任有鋒,馬學奎,高徐軍,雷永智

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司,西安 710065)

1 工程概述

某抽水蓄能電站多外交通公路起點國道345(K39+700.00 m)，途徑日月河、多處村莊、抽水蓄能電站下庫過壩交通等，終點接日月公路，路線全長30 km，沿線設置跨河大中橋10座，中長隧道15座，橋隧比約30%。工程項目采用水電對外專用Ⅲ級，設計行車速度30 km/h，路基/路面寬度8.0 m/7.0 m，設計荷載公路-Ⅱ級、特-420(驗算荷載)，大中橋設計洪水頻率1/50，隧道建筑限界8.0 m×5.0 m(寬×高)，目前工程已竣工驗收。項目全線工程地質條件復雜，主要有傾倒變形體、崩塌、滑坡等不良地質情況，在前期勘察設計階段較為詳細的地質調繪、勘探和多方案的比選論證基礎上[1]，結合施工過程中充分利用設計、地質工作一體化思路，及時進行動態設計，達到了投資節省、施工方便等目的，并得到了業主好評，可為類似工程提供解決方法。

2 不良地質治理方案

項目線路基本上沿日月河兩岸布置，日月河谷深切，兩岸地形陡峻河谷彎延曲折，地形地質條件較為復雜，不良地質發育，沿線不良地質較多，主要分布在龍頸隧道進口卸荷變形體、月亮城隧道進口古滑坡體、向陽坡古滑坡體等，按照有關文獻[2]要求提出了切實可行技術方案，受篇幅限制，不能一一列舉，僅就出現的典型不良地質及治理方案分述。

2.1 龍頸隧道進口卸荷變形體

由于線路起點位置的調整，龍頸隧道進口(K0+103.00 m)位于甘岔河左岸，經多方案比選后，洞門位置選定在日月河右岸孤山梁下，從洞口揭示的基巖出露形態分析，巖層層序完整，考慮到兩岸岸坡存在卸荷變形(K0+399.00m)，路線重新選線時盡量沿山脊中線布線，以避開岸邊卸荷帶。隧道進口的孤山脊原始地貌見圖1。

圖1 隧道進口的孤山脊原始地貌圖

圖1所示洞臉部位出露厚層青灰色微晶灰巖，巖石堅硬，巖體較完整，由于前緣巖體坐落過程中的牽引作用，裂隙多呈張開狀，其中充填紅色粘土，局部可見溶坑。

在隧道開挖中發現隧道圍巖中巖體卸荷變形十分明顯，裂隙多呈張開狀，沿層面節理J1與層面節理走向平行、傾向相反的J3組節理發育，沿這二組節理分別向臨河方向卸荷變形明顯，沿J1、J3節理溶坑、溶隙發育，張開的節理中多為褐紅色泥質充填，圍巖穩定性差。隧道洞門采用端墻式，經穩定性計算分析后，采用鎖口錨桿錨固后進洞，洞口采用鋼拱架初期支護，洞口仰坡采用主動網防護，避免了卸荷帶的影響。隧道進口的孤山脊建成后情況見圖2。

圖2 隧道進口的孤山脊建成后圖

2.2 月亮城隧道進口古滑坡塌堆積體

此區內走向平行岸坡陡傾角斷層發育，規模大延伸長，陡傾坡外。隧道進口邊坡大理巖層面順坡出露，沿層面發育一條小沖溝，現場調查發現左側溝坡順大理巖層面滑動形成，右側溝坡是沿走向NW297°傾向NE的J3組陡傾角節理組合切割形成，層面節理J1與J3組節走向在坡頂相交，相向傾斜構成三棱錐形楔形體，2個面的組合交線指向河床偏下游，交線傾角較大。從揭露的建基面分析可知，楔形體滑塌堆積體直接覆蓋在河床砂卵石層上，中下部多為大塊石，層序紊亂、巖層解體較嚴重，表層塊碎石粒徑較小，部分有泥鈣質膠結，孔洞中發現有較多的淡黃色方解石晶體，晶體粗大，沖溝左側為大理巖層面，沖溝右側為古滑坡堆積體，現有小沖溝由暫時性水流沿原有滑動面沖刷形成，此滑坡屬楔形體滑塌堆積形成古滑坡堆積體。

此處的工程難點是如何處理古滑坡堆積體形成臨時高陡邊坡，經穩定計算分析，邊坡穩定性不滿足要求，需加強邊坡防護工作。一是全部挖除方案，經調查發現該古滑坡堆積體，頂部接近岸坡頂，挖方量較大、投資大、風險大，挖除方案不可行；二是強支護錨固治理方案，因滑坡堆積體為大小不等的塊碎石堆積，存在較多裂縫及架空，無法形成有效的內錨固段，存在一定風險，經多次方案比選、專家論證后保留原有自然邊坡，將隧道明洞延長約20 m，選擇早進洞方案，避開高邊坡開挖風險。為此節省工程投資約100萬元，縮短工期2.5個月。施工完成后經1 a邊坡變形監測，未出現變形和坍塌，實踐證明隧道明洞延長、早進洞方案安全可行，治理方案經濟適用。

2.3 東村變形體

東村隧道進口(K20+065.00 m～ K20+428.00 m)滑坡地貌特征不十分明顯，山頂以下有一近直立的陡坎，陡坎之下為順直的斜坡地形(圖3)，前緣巖層產狀紊亂，表層的節理多呈張開狀，具有卸荷變形特征。在隧道掘進中發現大理巖層面走向與洞向大角度斜交，傾向河床偏下游，沿層間節理溶隙發育，充填紅色泥質和粉沙，在K20+270.00 m～ K20+289.00 m段，平行右邊墻發育一條長19 m、寬6 m、高2.5～3 m的溶洞。該溶洞沿NE80°SE∠80°陡傾斷層發育。右邊墻出露溶洞情況見圖4。

圖3 東村變形體地表形態圖

圖4 右邊墻上出露的溶洞圖

此處岸坡沿層面向河床方向發生過蠕滑變形，陡傾結構面有可能是蠕滑變形時拉裂的結果，其中方解石脈和黃色泥質為后期地下水在深部循環時沉淀形成的次生充填物。巖體中原始層狀結構亦然保持，但節理中溶洞、溶隙較發育，圍巖穩定性較差。隧道在掘進中及時進行動態設計，調整支護參數(加密鋼拱架、增加錨噴厚度、加強鎖腳錨桿等)，確保了工程安全。

2.4 向陽坡古滑坡體

向陽坡古滑坡是對外路沿線規模最大的古滑坡，古滑坡東側邊界在東村隧道出口(K20+595.00 m)，西側邊界在太平溝左側(K21+558.00 m)，即太平溝中橋橋臺部位，路線在古滑坡前緣爬坡上行，穿越古滑坡前緣的總長度達960 m。古滑坡上對外路位置示意見圖5。

圖5 古滑坡上對外路位置示意圖

(1) 構成向陽坡古滑坡邊界條件

南西側以5～7 m厚的金云母大理巖為側滑面，滑面產狀NE71°SE∠13°，北東側滑面產狀NW322°SW∠60°，2個滑面走向在NW端相交，相向傾斜，構成組合交線自NW向SE傾斜的巨型斜臥狀三棱錐型基巖滑坡，主滑方向朝向日月河河床，因組合交線傾角較緩，滑動時滑速較慢，當滑坡體前緣抵達日月河河床后受阻停止滑動，后部在慣性力推動下繼續向前推擠，在日月河邊形成高聳的滑坡鼓丘，滑坡鼓丘之后的滑坡洼地地表平坦，從高空俯瞰，滑坡鼓丘、滑坡洼地等滑坡地貌特征一應俱全,古滑坡體現狀穩定。

(2) 路塹內邊坡變形滑塌的部位

K21+433.00 m～K21+558.00 m段路線在太平溝邊爬坡上行，設計路面高程880.00～882.00 m，設計路塹內邊坡高20～30 m，在滑坡體中自上而下以1∶0.75的坡比下挖，當挖到金云母大理巖滑帶上層面時，滑帶上層面處有地下水滲出，邊坡頂部出現拉裂縫，邊沿部位出現垮塌。

(3) 路塹內邊滑塌變形區邊坡地質結構

表層為厚2～3 m粉質粘土夾雜塊碎石，其下為滑坡堆積體，堆積體為中厚層大理巖，原巖層序基本保持，層面產狀NE80°SE∠41°(正常巖層產狀NE71°SE∠13°)，層面走向與開挖邊坡坡向呈小角度斜交，傾向坡外，沿傾向延伸較長，易沿層面向下滑動。滑坡堆積底部夾有2～3 m厚的塊碎石和巖石碎屑，金云母大理巖上層面主滑帶多為淡黃色方解石斷續充填，方解石晶體完整膠結好，沿底滑面形成不透水的相對隔水層，主滑面以上2～3 m厚的塊碎石及巖石碎屑中地下水富集呈飽水狀態。

(4) 控制邊坡變形位移的主要因素及變形機理

經地質調繪、素描及有限元數值分析，邊坡表層為粉質粘土，中部是以層狀大理巖為主的滑坡堆積體，底部塊碎石及巖石碎屑中地下水富集呈飽和狀態,具有較高的可塑性。在上覆滑坡堆積體自重應力作用下，易向邊坡臨空面產生塑性擠出變形，因路塹邊坡的開挖，挖出了其上覆蓋的坡積碎石土，形成了向坡外塑性擠出變形的臨空面，在上覆滑坡堆積體的自重應力作用下，飽水的塊碎石及巖石碎屑向開挖邊坡外塑性擠出，引起邊坡頂部地表開裂下沉，邊緣部位出現垮塌，是邊坡變形滑塌的主要原因。通過詳細的地表調查，測定地表裂縫分布、變形位移方向等第一手資料、經綜合分析后認為，邊坡變形是金云母大理巖上層飽水的塊碎石及巖石碎屑向開挖邊坡外塑性擠出所致。

(5) 邊坡處治措施

通過分析邊坡變形機理和影響因素，設計和地質專業共同制定加固處理方案，針對查明的變形機理，對原有加固處理方案及時進行了優化調整，對變形區邊坡采用分段開挖、分段澆筑仰斜式片石混凝土擋墻，要求將擋墻基礎置于滑動面之下的穩定巖層上，設置重力式擋土墻(底寬3.1 m、高8.8 m)，基礎面設置反坡或凹槽，以增加抗滑力。滲水處設PVC排水管，墻后填碎石土壓腳將飽水的塊碎石及巖石碎屑帶形成封閉。工程施工完成后邊坡頂部拉裂縫變形趨于停止，前緣未出現變形位移的跡象，抗滑處理效果明顯。經后期隨機巡檢，頂部拉裂縫多數消失，擋墻未出現變形位移。依動態設計的理念，及時調整加固處理方案，優化方案較原方案節約工程投資約160萬元，降低了施工難度，加快了施工進度，體現動態設計的優越性。

3 結 語

(1) 地質選線工作不能輕視，多數勘察設計單位往往對低等級公路地質選線重視程度不如高等級公路，導致路線布設方案不盡合理，引起路基高支擋、高邊坡、隧道等構造物的設計變更較多，從而引起工程投資、施工工期等變化。

(2) 勘察設計工作一體化較重要，可結合實際地質條件進行針對性強的治理方案，確保治理方案安全、可行、經濟和方便。

(3) 實時的動態設計必不可少，它是勘察設計的延伸和優化，應根據現場揭露的地質條件進行適時的動態設計，保證構造物結構安全，并得到業主認可，便于后期的運維管理。