大岗山水电站拱坝坝肩边坡稳定性防治施工

李继跃 刘经军

（葛洲坝集团 第一工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 概 述

大岗山水电站位于大渡河中游上段的四川省雅安市石棉县挖角乡境内，为大渡河干流规划的第14梯级电站.坝址距下游石棉县城约40km，距上游泸定县城约75km.工程枢纽建筑物由混凝土双曲拱坝、水垫塘、二道坝、右岸泄洪洞、左岸引水发电建筑物等组成.最大坝高210.00m，电站装机容量2 600 MW（4×650MW）.

右岸边坡天然情况下整体稳定.根据地表地质调查及勘探资料揭示，大岗山电站右岸岩质边坡中存在中倾坡外和陡倾坡内的长大结构面.由于陡倾坡内的长大结构面（F1、γL5、γL6等）斜交岸坡，将构成潜在不稳定块体的后缘兼下游侧边界，中倾坡外的卸荷裂隙、小断层构成潜在滑移面，上游侧边界将追踪垂直岸坡的陡倾结构面，由此构成确定性的潜在不稳定块体.大坝基础开挖施工过程中表层阻滑岩体被挖除，拱坝坝肩边坡由于开挖卸荷、深层裂隙等原因，在上、下游100～200m范围内，出现高度约200～300m，方量约200～500万m3的整体可能失稳块体及从几万～几十万m3的一系列的局部可能失稳块体，大坝施工被迫停止.经检测分析发现，导致边坡失稳的主要裂隙在岩体深处，原设计施工的锚索系统对此未能起到加固作用.

2 坝肩边坡稳定性防治施工

2.1 设计方案

工程设计、勘测、施工等参建单位在现场勘测的基础上研究确定了坝肩边坡处理方案：采用布置抗剪洞、锚固洞为主，以水平抗滑桩结合锚索、排水、灌浆等综合处理措施进行边坡整体加固，其中地面工程措施有喷锚支护、锚索、混凝土框格梁、边坡排水网格等，地下工程主要包括地下锚固洞、抗剪洞、抗滑桩、斜井及灌浆等.

图1 大岗山右岸边坡抗剪洞工程布置图

2.2 施工技术

地面防治措施采用常规施工方法，本文主要介绍地下工程抗剪洞、水平抗滑锚固桩［1－2］施工技术.

2.2.1 抗剪洞、水平抗滑锚固桩开挖施工方法

大岗山水电站抗剪洞、水平抗滑锚固桩采用钻爆开挖与系统支护进行施工，下三层抗剪洞、水平抗滑锚固桩开挖日进尺不超过2.0m，上三层抗剪洞、水平抗滑锚固桩开挖日进尺不超过1.5m，开挖完成后，进行系统支护，完成后再进行下循环.

开挖断面为8.0m×9.0m城门洞型，在开挖施工过程中，主要岩石类别为Ⅳ、Ⅴ类围岩，花岗岩发育的灰绿岩岩脉较多，时常会出现由霏细斑岩构成的碎裂岩碎粉岩，属岩块岩石屑型.掌撑面出露的f231断层宽度为0.2～0.4m，断层两盘岩性主要为灰白色、微新、无卸荷，呈现块状，镶嵌结构和岩屑夹泥型，岩石组成存在碎裂岩，碎粉岩，霏细斑，出现的β4辉绿岩宽度可达10.0m甚至更大.洞内渗水严重，时常出现掉快等情况；且卸荷裂隙较多，时常因岩石自身应力被破坏出现的岩石涨裂现象，给现场施工带来极大的安全隐患，造成开挖施工难度加大，严重制约施工进度.经现场工程技术人员实地踏勘，采用“短进尺强支护、超前支护”代替常规系统支护进行施工，保证开挖施工质量和施工期施工安全.

2.2.2 抗剪洞、水平抗滑锚固桩混凝土施工

1）一期混凝土施工程序及方法

抗剪洞、水平抗滑锚固桩一期混凝土施工必须在水平抗滑锚固桩洞身开挖基本结束才能进行.主要的施工程序：清基→测量放样→基础面验收（或缝面）→模板施工→钢筋施工→预埋件施工→仓位验收→混凝土浇筑→混凝土养护.

一期回填混凝土采用C25中热微膨胀混凝土，混凝土浇筑段长为12～15m，可根据现场实际施工需要进行调整，分为底板、侧墙、顶拱三层进行浇筑施工.水平抗滑锚固桩混凝土施工底板厚度2.5m，边墙仓高度3.0m，顶拱段高1.85m；浇筑后形成3.0m×3.5m的梯形断面灌浆廊道.

凝土浇筑施工方法：底板由内至外分段清基→底板建基面验收→底板钢筋制安、模板制安→仓位验收→边墙及顶拱钢筋制安→立模承重排架搭设→模板安装→混凝土运输、泵送混凝土入仓→混凝土浇筑→拆模、混凝土面处理、养护.

2）二期回填混凝土程序及方法

二期回填混凝土采用C25低热微膨胀混凝土，混凝土浇筑段长为不小于15m，可根据现场实际施工需要进行调整，分为两层进行浇筑施工.抗剪洞、水平抗滑锚固桩可分为混凝土上层仓高度2.0m，下层仓高1.5m.

抗剪洞、水平抗滑锚固桩混凝土浇筑段长为12～15m可根据现场实际施工需要进行调整，一段进行浇筑，可分为上下两层进行浇筑施工，洞内二期回填混凝土总体施工方法为从内向外进行回填混凝土施工，每仓混凝土按照底层→上层的顺序进行施工.

混凝土浇筑施工方法：底板由内至外分段清基→底板建基面验收→底板钢筋制安、模板制安→仓位验收→边墙及顶拱钢筋制安→立模承重排架搭设→模板安装→混凝土运输、泵送混凝土入仓→混凝土浇筑→拆模、混凝土面处理、养护.

2.2.3 裂隙追踪技术

常规水平抗滑锚固桩、斜井开挖施工，都是按照施工图设计施工，为静态设计.由于大岗山水电站工程地质的特殊性，水平抗滑锚固桩、斜井开挖支护施工需追踪卸荷断层裂隙进行施工，根据开挖揭露的断层裂隙走向确定水平抗滑锚固桩、斜井开挖位置和方向，为动态设计.这种动态设计理念及施工方式经济、合理、灵活、适用.

抗剪洞、水平抗滑锚固桩、斜井裂隙追踪开挖每一循环掌子面，设计人员都要对其进行勘察，判断裂隙断层的位置和方向.如何更好地找到裂隙断层，按照裂隙断层的位置和方向进行施工，保证开挖进度，需要在长期施工过程中进行摸索和总结.抗剪洞、水平抗滑锚固桩、斜井每一循环开挖完成具备掌撑面勘察条件时，施工单位及时通知监理、设计进行地质勘察，设计地质工程师使用地质勘察仪器进行勘测，确定下一循环的洞向.

1）仪器确定围岩情况及洞向

在现场设计要对其掌撑面的裂隙断层进行数据采集，使用罗盘来确定围岩的产状，以地质锤敲打进行定性，采用钢卷尺测量岩脉的尺寸，例如：1 240m抗剪洞K0＋3.0m～K0－3.0m段，开挖揭示岩体为弱风化下段、强卸荷微红色黑云二长花岗岩，发育两条断层：f1240－26，产状 N60°W／SW∠65°～70°，断层带宽5～10cm，由碎裂岩、片状岩屑型.花岗岩主要发育 4 组 裂 隙：SN／E70°～75°，N70°～90°E／SE（NW）∠75°～85°，L1：N60°W／SW∠65°～70°，L2：SN／W∠55°，岩体呈块裂结构，Ⅳ类围岩.XL316－1产状N15°E／SE∠65°，宽4.5～6.0m，起伏粗糙，张开1～2cm.

施工单位测量人员采用全站仪将设计所需点进行现场实测，将数据提供设计，以便确定卸荷裂隙断层位置，设计以现场工作联系单位的形式，确定抗剪洞洞向如图2、图3所示.

2）勘探追踪

抗剪洞裂隙断层追踪开挖过程中，时常遇到裂隙断层不明显，就选择采用勘探洞进行超前勘探裂隙断层.勘探洞主要目的：了解附近的地质情况、观测与地质编录内容，以及确定探裂隙断层.例如1 240m抗剪洞K0＋19m掌撑面上的XL361－1卸荷裂隙密集带在1 240m抗剪洞高程延伸及其性状，在此掌撑面布置一个勘探洞，洞径为2.0m×2.0m，先进行勘探洞开挖，其开挖完成后再根据设计进行抗剪洞上游侧主洞开挖.每进尺10m通知设计代表到现场收集资料，如图4所示.

图4 1 240m抗剪洞勘探洞布置图

2.3 监测方法

2.3.1 监测方案

地面锚索使用锚索测力计进行检测，它运用动力学原理，由锚固段的地层抗力和锚索拉力得到滑坡剩余下滑值.抗剪洞、水平抗滑锚固桩、斜井一般在抗滑桩上设置测斜管，对抗滑桩的侧向位移进行监测，据以计算得到锚固段的地层抗力.

为更好保证对水平抗滑锚固桩施工期安全和后期安全稳定，使用微震安全监测技术进行安全监测，根据微破裂的大小、集中程度、破裂密度，推断岩石宏观破裂的发展趋势，从而预测预报边坡失稳前兆，以指导水平抗滑锚固桩开挖施工.为确保边坡稳定采用变形监测、外观监测，抗剪洞、水平抗滑锚固桩、斜井施工期采用爆破安全监测、微震安全监测的综合监测手段保证边坡稳定.

2.3.2 微震安全监测技术

微震安全监测技术原理：由于岩质边坡属于类脆性材料，在内部发生岩石微破裂的时候，外观位移一般都较小，随着岩石破裂的增多，其释放的能量也逐渐增大，在大的滑面形成之前，一般都会在潜在滑面周围形成大量微破裂，通过仪器监测这些微破裂信号就可以反演岩体微破裂发生的时刻、位置和性质，即地球物理学中所谓的“时空强”三要素.根据微破裂的大小、集中程度、破裂密度，则有可能推断岩石宏观破裂的发展趋势，从而预测预报边坡失稳前兆.

每层抗剪洞、水平抗滑锚固桩施工时，爆破前的预警是必要的，不管是哪条抗剪洞、水平抗滑锚固桩进行施工，其他相邻洞室都应停止施工，撤离所有的施工作业人员.在这过程中，往往影响了抗剪洞、水平抗滑锚固桩施工进度，这就需要合理的施工组织.

在洞室钻爆开挖施工时，根据微震事件发生和集中程度，微震技术监测可以精确到坐标误差不超过±1.0m，能监测到哪一时段震动事件多或不断增多，及时进行预警，指导抗剪洞、水平抗滑锚固桩洞室作业面及时调整钻爆参数，达到微震事件不超标，保证施工安全.

3 结 语

在大岗山水电站大坝基础开挖施工中，针对高拱坝左坝肩边坡的不稳定因素，采取动态设计、裂隙追踪、实时监测等技术，顺利完成了多层大断面水平抗滑桩、抗剪洞等治理工程施工.以水平抗滑桩、抗剪洞和喷锚、锚索支护、灌浆加固等常规方法结合，对大坝右岸坝肩边坡大规模失稳体进行了有效的综合治理，满足了高拱坝坝肩稳定及结构要求，促进了大岗山水电站工程的建设进展.大岗山水电站高拱坝坝肩边坡稳定性防治施工，在如下方面有所突破.

1）水平抗滑桩规模大：抗剪洞尺寸为8m×9.0 m，水平抗滑锚固桩断面为7.5m×6.0m，最大长度为52m，且为多层布置，如此规模的水平抗滑锚桩在国内水电工程中十分罕见.

2）在抗剪洞、斜井、水平抗滑锚固桩开挖施工中采用裂隙追踪方式，这种动态设计方式突破了常规的静态设计理念.

3）在国内首次将微震安全监测技术应用到了抗剪洞、水平抗滑锚固桩施工中.

目前我国水电资源开发主要在西部山区，水电工程建设中高边坡较多，大岗山水电站高拱坝边坡稳定性治理的成功实践，可为日后类似工程施工提供有益的借鉴和参考.

［1］ 杜先兴，杨 勇.西藏林芝八一电厂后山抗滑锚固桩工程施工中所采取的措施［J］.四川地质学报，2001，21（1）：48－49.

［2］ 邢焕兰.锚固（索）桩加固顺层石质路基工作性状的研究［J］.石家庄铁路职业技术学院学报，2005，4（2）：1－5.