高山峽谷區大型水電站庫岸滑坡失穩機理與風險管理研究

覃事河，鄭正勤，胡慶忠，朱永國

(1.國能大渡河金川水電建設有限公司，四川 阿壩 624100；2.國能大渡河猴子巖發電有限公司，四川 甘孜 626000；3.國能大渡河流域水電開發有限公司，成都 610041)

水利水電工程庫岸滑坡是一種常見的地質災害，峽谷岸坡、巖性及構造復雜的河段上修建的巨型或大型水電工程，其水庫庫岸滑坡數量多且滑坡現象嚴重、危險性大，常威脅電站庫區附近居民、交通要道甚至水工建筑物的安全穩定等[1-3]。目前，國內外不少專家學者已在庫岸滑坡穩定和風險評估方面做了研究并取得了重要進展[4-6]，但由于滑坡地質災害的突發性及地質條件的復雜性，現有的理論水平和技術方法難以實現對滑坡發生的時間、規模等信息精準預測[7]，因此，滑坡地質災害風險管理的必要性和重要性愈發凸顯。

本文研究的大渡河某水電站庫區滑坡地貌類型屬中高山深切河谷地貌，地質條件復雜，庫岸邊坡穩定性較差。根據可研階段的電站庫岸穩定及坍岸風險預測成果，規模較大的堆積體與滑坡體共計十余處，因此在電站建設期間與蓄水初期，滑坡地質災害風險管理與地災治理工作無疑成為建設單位關注的重點。水庫蓄水初期，出現了庫岸邊坡坍塌、古滑坡體復活、滑坡整體穩定性變差等情況。鑒此，系統總結了該電站庫岸邊坡坍塌與滑坡地質災害風險管理經驗，在深入研究滑坡失穩機理并采用傳統管理手段的基礎上，考慮到巖質滑坡的突發性與破壞性以及臨滑期間連續、實時、動態預測預警的客觀現實需要[8-15]，以大渡河智慧企業建設為抓手[16-18]，提出了建立包括全球導航衛星系統、三維激光掃描、微芯樁等多種監測手段為一體的綜合智能監測預警系統，同步開展應急管理與永久治理方案設計的綜合防治措施，以期為類似水利水電工程滑坡地質災害風險管理提供經驗借鑒。

1 工程概況

該水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境內，工程規模為一等大(1)型，樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸首部式地下引水發電系統等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高為223.50 m，為國內外已建的第二高混凝土面板堆石壩。水庫正常蓄水位為1 842.00 m，總庫容為7.06億m3，死水位為1 802.00 m，調節庫容為3.87億m3，具有季調節性能。首臺機組已于2017年1月投產發電，末臺機組于同年11月具備投產條件。

該滑坡體地處青藏高原東南部川西北丘狀高原(習稱川西高原)東南緣向四川盆地過渡之深切高山峽谷區，區內地形強烈切割，山高谷狹，地勢險峻。庫壩區河段為高山深切曲流河谷地貌，高程3 500 m特別是4 000 m以上的高山地帶，常見冰斗、刃脊、角峰、“V”形谷(懸谷)等冰蝕地貌以及古冰川、冰斗、高山海子之殘存遺跡,表明第四紀時期晚更新世有過一期山谷冰川活動(屬青藏高原末次冰期)；該高程以下河谷狹窄，水流湍急，谷坡陡峻，河谷形態以“V”型為主。兩岸谷坡階地分布零星，可見規模不等的Ⅰ～Ⅵ級階地，總體反映出該區晚第三紀以來強烈上升隆起，河流急劇下切侵蝕以及冰川作用強烈的特點。大渡河在該滑坡段總體凸向右岸，滑坡段下游側溪火溝切割較深，上游側雜交溝切割較淺。滑坡體上部為崩坡積堆積層，基巖巖性為綠片巖夾千枚巖，從滑坡中部穿過的省道復建公路附近基巖巖層產狀N10°～30°W/NE∠40°～55°，走向與該庫段坡向基本一致，為順向邊坡。微新綠片巖、千枚巖為較軟巖，而強風化或強卸荷綠片巖、千枚巖多為軟巖。

滑坡體沿庫區省道復建公路長約480 m，頂部高程為2 080 m，底部高程低于正常蓄水位，于2017年11月下旬出現變形跡象，2018年2月10—14日出現滑動破壞，最大滑距約23 m，滑坡順河寬410～530 m，橫河長340 m，滑動深度約30～46 m，總體積約為450萬m3。高程2 080 m以上天然坡度約為45°～51°，植被發育稀疏；高程2 080 m以下一般為33°～40°，植被發育。滑坡體下游部分，地形上為一突出山脊，溝梁相間，地形相當不完整，下游側沖溝切割相對較深，溝槽切割5～12 m，溝內有崩坡積塊碎石；滑坡體上游部分，上游側沖溝切割不明顯，為一相對淺凹槽地形，地形相對較完整。滑坡體變形前航拍如圖1所示，滑坡體典型縱斷面如圖2所示。由于預警及時、決策果斷和管理有效，未造成人員傷亡。2018年4月初，該滑坡段實行應急管制通行。目前，隧道已全部建成并改道通行。

圖1 滑坡體變形前航拍示意

圖2 滑坡體典型縱斷面示意

2 滑坡失穩機理與風險分析

2.1 變形特征分析

2017年11月，該滑坡出現變形跡象，首先表現為路基外側高擋墻外傾，隨后路面出現1條縱向裂縫，長度約30 m，寬度近2 cm。11月下旬，復建公路內側開口線外邊坡出現裂縫，滑坡下游邊緣涵洞附近的公路路面出現明顯的擠壓破壞痕跡，路面出現4條縱向裂縫，且有多條斜向裂縫。跟接著公路路面及擋墻開始出現拉裂縫，坡面裂縫加劇，覆蓋層出現縱向裂縫，兩側出現裂縫呈羽列狀分布。

2017年12月中旬至2018年1月下旬期間，開展了2次詳細的裂縫普查和地質測繪工作，主要對裂縫分布位置、裂縫長度、裂縫寬度、裂縫深度及錯臺高度等信息進行綜合采集，建立了裂縫信息管理系統。

據現場地質測繪，截止2017年12月16日，滑坡表面共發育61條裂縫，平面頂弧形拉裂較發育，兩側緣裂縫已出現，構成形似“圈椅狀”。后緣裂縫多呈“弧”形展布，上、下游側緣裂縫呈羽列狀分布。裂縫分布高程介于2 074～1 842 m間。下游側L08裂縫最大張開寬度達0.8 m，最大錯臺高度為0.8 m。延伸最長的裂縫為滑坡后緣的L15裂縫，長達76 m。

2018年1月31日，調查及測繪發現裂縫共85條，最長裂縫約112 m，張開寬度一般為0.3～0.5 m，最寬達1.5 m，最大錯臺高度為2 m，最大可見深度約 3 m，滑坡體分區如圖3所示，現場裂縫分布情況如圖4所示。下游邊界(側緣)與后緣裂縫基本貫通，坡面中部局部已形成縱向壓張裂縫，上游側緣拉裂縫斷續發育。坡面分布較多的孤石群，且孤石出現位移跡象。

圖3 滑坡體分區示意

圖4 現場裂縫分布示意

2018年2月初，據不完全統計，滑坡區域發現裂縫100余條，裂縫寬度一般為0.5～0.8 m不等，裂縫最長達120 m。滑坡后緣典型拉裂縫如圖5所示。下游邊界與后緣裂縫基本貫通，局部已形成弧形拉裂，表面有多處危巖體或孤石群分布，其中最大孤石為40 m×10 m×15 m，旁側地表已見多條裂縫，且裂縫已延伸至大孤石底部。孤石群總方量約15萬m3。

圖5 滑坡后緣典型拉裂縫示意

2.2 滑坡失穩機理

采用深部測斜儀獲取了滑坡體滑移層變形特征及滑帶位置信息，坡面4個不同位置的深部測斜成果表明，滑坡變形深度在30～50 m之間。基于三維激光掃描技術，采用空間差值算法對滑坡體全域全過程掃描，該滑坡體三維整體變形可明顯分為3個區域(如圖6所示)，即頂部以沉降為主的大變形區、中間變形較小區、底部向外(指向河谷)突出變形區。對比滑坡體整體滑移前的兩期成果，表現為以沉降為主的大變形區及底部向外突出區不斷向中間變形較小區擴展，底部向外突出區有向沖溝下游側擴展的趨勢[19]。

(a) 2018.01.27—2018.01.31

(b) 2018.01.31—2018.02.03

蓄水后滑坡體前緣巖體及其結構面軟化，強度降低，發生蠕滑，滑坡變形從坡腳向上發展至坡頂，即剛開始為牽引式變形。隨著后坡頂巖土體發生開裂下坐，對中下部巖土體產生擠壓作用，后緣拉裂縫近貫通，側向邊界逐漸貫通；特別是側向邊界貫通，坡體中部出現縱向壓張裂縫，邊坡變形由牽引式向推移式轉化。上部巖土體擠壓推動下部巖體，隨著邊坡中間鎖固段被剪斷，滑坡體整體發生基巖順層剪切滑移破壞。

2.3 滑坡風險分析

滑坡存在坡面孤塊石的崩塌、局部坡面小范圍的塌滑，滑坡體大面積或整體性失穩，大面積失穩或整體性失穩造成的次生災害如涌浪等三類危險源。直接危害對象有省道復建公路、滑坡上游邊界附近通村公路、附近居民、應急處置施工人員及場地設施、水庫等；間接危害對象包括滑坡失穩下滑產生涌浪波及范圍內的對象，主要包括大壩樞紐等水工建筑物、涌浪波及范圍內的民房、公路及橋梁等。由于滑坡體距離大壩壩址約14.5 km，離大壩等樞紐建筑物較遠，其滑坡失穩產生的涌浪對樞紐建筑物安全影響較小。滑坡區域對應的庫水深度約100 m，水面寬度約358 m，滑坡體整體失穩不致產生堵江危害。滑坡危害程度評估情況見表1。

表1 滑坡危害程度評估

3 風險管理措施

3.1 建立了綜合智能監測預警系統

在實施高精度全站儀監測的基礎上，以大渡河智慧企業建設為抓手，建立了包括全球導航衛星系統、三維激光掃描、微芯樁在內的覆蓋整個滑坡區域的綜合智能監測預警系統，打造了現代化監測標桿，增強了智能監測預警系統的可靠性，實現了全天候實時預測預警，徹底解決了傳統監測手段在滑坡體臨滑階段無法監測預警的難題。同步使用無人機航拍滑坡地貌、無人船測水下地形等手段掌握滑坡變形特征。

以微芯樁監測預警系統為例，截止2019年12月31日，該系統累計發出紅色預警657次，黃色預警1 961次。滑坡體整體滑移前后，該監測預警系統及時發出避險警報并成功引導避險近10次。其中，2018年2月5日，微芯樁所測傾斜值日變化量逐漸增大趨勢明顯，滑坡體部分測點日變形量超過一級預警值50 mm，立即發出了危險預警并啟動一級預警響應。2018年2月6—9日，微芯樁傾斜持續發出紅色預警；截止2月9日，多個微芯樁傾角超過10°；當日夜晚，滑坡體下方省道復建公路垮塌。

3.2 基于監測預警系統的應急管理

應急車道形成前，依托綜合智能監測預警系統的監測預警功能，分部位、分時間、分高程，對滑坡體精準施策，科學搶險。提前規劃并在滑坡區域外開辟人行便道，解決了春節期間當地百姓無法對外出行的困難。應急車道形成后，通過智能監測預警系統的實時預警，動態指導現場24 h交通管制工作。在滑坡變形初期、滑移后變形趨緩的前提下，組織開展坡面日常巡視、邊坡危石清理或支擋、坡面淺表裂縫封閉、裂縫普查與地表監測等工作，擇機在省道復建公路內側增設“擋墻工字鋼+竹跳板”、坡面孤塊石包裹等臨時安全防護措施，動態完善安全警示標識，及時發布風險信息；不定期處理坑洼路面與陡坡段，持續改善應急通行條件，確保車輛快速通過滑坡區域。

3.3 應急搶險與永久治理設計方案

變形初期，按照以下方案開展了應急搶險施工：采用豎梁錨索對滑坡下游右側路肩墻加固，豎梁底部置于擋墻墻趾，豎梁與錨索參數同一期施工設計參數。預應力錨索參數：P=350 kN，L=25 m、28 m，間距為5 m，矩形長短交錯布置，傾角為5°，鎖定張拉力1 500 kN。錨索節點之間設置C25混凝土框格梁，豎梁斷面尺寸為50 cm×50 cm。滑坡變形范圍公路上方1 863 m、1 868 m、1 873 m高程分別布置預應力錨索70束，預應力錨索參數：P=2 000 kN，L=75 m、80 m，間距為5 m，矩形長短交錯布置，傾角為5°，鎖定張拉力1 500 kN。錨索節點之間設置C25混凝土框格梁，框格梁斷面尺寸為40 cm×40 cm，在橫向框格梁的兩節點中間處布置Φ100、L=0.4 m的PVC排水管。滑坡變形加劇后，取消了搶險施工。

對減載加固方案和隧洞繞線方案進行比選后，采用隧道繞線方案作為滑坡永久治理方案。該方案路線全長為1.10 km，其中明線長0.162 km，隧道長0.938 km，無橋梁，采用三級公路標準，設計速度為30 km/h，路基寬度為7.5 m，路面結構形式為水泥混凝土路面。隧道建筑限界采用9.0 m×5.3 m，隧道內雙向行車道寬度為2 m×3.25 m。在開展應急管理工作的同時，啟動了滑坡穩定性分析與治理方案咨詢、永久治理方案設計并深化了設計成果，提前開展了征地協調、設計方案報批及招標采購工作，為啟動隧道施工與提前結束滑坡不安全狀態爭取了寶貴時間。

4 結語

1) 該滑坡體邊坡為順向坡結構，巖層傾角總體略大于邊坡坡度，巖體中綠片巖和千枚巖多為軟巖～較軟巖，蓄水后前緣巖體及其結構面軟化。初期為下部蠕滑變形牽引上部巖土體開裂下坐，后期上部裂縫貫通后對下部產生擠壓推動，邊坡破壞方式向推移式轉化。破壞模式以沿基巖中順層軟弱夾層或層面滑動為主。

2) 系統總結了大渡河某水電站庫岸邊坡坍塌與滑坡地質災害風險管理經驗，提出了“建立綜合智能監測預警系統，應急管理與永久治理方案設計同步開展”的綜合防治措施，具有現實意義。以綜合智能監測預警系統為基礎，開展應急搶險與交通管制工作，取得了良好的安全效益與社會效益。

3) 由于滑坡的復雜性，其風險分析、評價及管理工作極具挑戰，有必要進一步完善企地協同機制、共同推進應急管理工作，特別是滑坡變形初期，企業組織實施的交通管制缺乏執法力量、效力不足。