锦屏一级电站高陡顺层边坡支护内部安全监测分析

关 松 谭运坤 赵 娜

（湖北能源集团工程管理有限公司，武汉 430073）

锚固支护能充分发挥岩土体能量，改善岩土体不利的受力状态，调动和提高岩土的自身强度和自稳能力，从而可以大大减轻支护结构自重、节约工程材料、缩短工期.但是在施工和运行期，锚索预应力不可避免地出现损失，锚索有效预应力变化以及边坡位移形变变化是关系加固工程成败的重要因素［1］.论文在分析锦屏大奔流沟料场高边坡监测数据的基础上，对监测数据曲线情况做了统计分析，初步分析了边坡岩体锚索、锚杆预应力和边坡位移变化的规律，并探讨了产生相应变化的诸多因素.

1 大奔流沟料场高陡顺层边坡支护工程概况

大奔流沟料场位于坝址左岸下游9km 的雅砻江左岸临江岸坡，距上游锦屏二级电站闸坝0.3～1 km.料场开挖总量约1225万m3，其中有用料约930万m3（不包括高程1 700～1 670m 备用料）.料场开采后形成380～445m 的高陡人工边坡.边坡区基岩裸露，局部因卸荷存在小规模崩坍滚石，自然岸坡整体稳定性较好.料场区自然岸坡为倾角55～65°的顺向边坡，揭露面边坡比为1∶0.25～1∶0.3.坡脚河床高程1 620m，坡顶最大高程2 400m，最大坡高780m.如此大规模的边坡开挖支护是一个世界性的难题，边坡支护工程难度极大.

2 大奔流沟料场边坡支护内部监测仪器布置

2.1 边坡安全监测点的基本布置原则

大奔流沟料场边坡支护安全监测仪器布置主要分为4个断面和一些后期新增的安全监测布置点，监测点布置的主要原则［2］有：

1）依据边坡岩体结构的特征对岩体进行分类，在各种岩体的代表位置设置监测点，以期在总体上得到开挖过程中各类主要岩体结构的变形规律.

2）根据地质资料分析结果，在工程地质条件较差的部位（如断层、软弱带等）附近增加监测点的数量.

3）在边坡外形突然变化、软硬岩层交界部位以及事故易发或已发部位布置监测点.

2.2 边坡安全监测仪器布置

依据以上原则，大奔流料场开挖边坡监测仪器布置情况为：1）Ⅰ号监测断面（YK0＋150桩号），共布置8台锚索测力计SF1－1～8DBL；2）Ⅱ号监测断面，共布置10台锚索测力计SF2－1～10DBL、9组锚杆应力计R2－1～9DBL、10组多点位移计M2－1～10DBL；3）Ⅲ号监测断面，共布置10 台锚索测力计SF3－1～10DBL；4）Ⅳ号监测断面，共布置10 台锚索测力计SF4－1～10DBL、7 组锚杆应力计R4－1～7DBL、8 组多点位移计M4－1～8DBL；5）后期由于监测需要增加了锚索测力计72 台，即锚索测力计SF01～72DBL；增加了锚杆应力计4台，即R01～04DBL－1～3；增加了多点位移计6台即M01～06DBL.大奔流边坡高程1 910m 以上监测仪器与电缆走线图布置如图1 所示.

图1 大奔流边坡高程1 910m 监测仪器与电缆走线图

3 大奔流沟料场边坡支护内部监测数据曲线分析

锦屏一级水电站大奔流沟料场边坡支护预应力锚固工程属隐蔽工程，影响锚固效果的因素有：降雨等环境因素、爆破与锚索张拉等施工因素、岩石裂隙等本身的地质因素.在料场边坡开挖过程中因山体减载引起的岩体应力调整和变形，将直接影响边坡稳定性.由于边坡支护依附于岩体，使边坡岩体成为结构的组成部分［3］，岩体的变形直接影响到边坡的结构稳定性.通过掌握坝肩边坡在施工开挖过程中坡体的变形状况，观测坡体支护效果，为边坡稳定性分析以及开挖支护反馈数据信息和参考资料，同时为安全施工提供信息［4］.

大奔流沟边坡支护内部监测采用了锚杆应力计、锚索测力计和多点位移计进.通过分析典型断面各仪器监测成果随时间的过程线，可以看出各曲线均呈收敛状态，说明该岩质边坡锚固效果较好，整治后处于稳定状态.

3.1 锚杆应力计原位监测数据曲线分析

以锚杆应力计R2－10DBL为例，该锚杆应力计是2009年7月27日在人工开挖边坡Ⅱ区的高程2 160 m，桩号YK0－100处埋设，具有3种深度的测点埋深，分别为2m、5m、7m.锚杆应力计R2－10DBL 的应力变化过程线如图2所示.从图2可以看出，锚杆应力计R2－10DBL－3（2m）由于埋设深度较浅，受其安装部位附近的锚索张拉、雨水以及附近混凝土浇注的影响，它的锚杆应力受拉急剧下降，拉力从锚索张拉前的受拉一直降低到锚索张拉后的受压，接下来经过一段短时间的紊乱调整期后，由于边坡岩体卸荷持续而进入应力增长状态，到2011年7月下旬达到最大值16.3MPa.根据2011年9月14日前后的气象资料，由于较大的连续降雨影响，其应力值呈现较快的下降趋势.曾一度降至3.5MPa.之后由于雨季停止，风季到来，逐渐进入应力稳定期.锚杆应力计R2－10DBL－1（7m）与R2－10DBL－2（5m）呈现出与锚杆应力计R2－10DBL－3（2m）相似的应力变化状态，但是前两者的应力平均值整体比后一者高出2.8～3.7MPa.

图2 R2－10DBL锚杆应力计应力变化过程线

由以上分析，锚杆应力计应力变化的主要原因是雨水影响，下面开挖施工也影响该点.雨水冲刷该坡段的软弱岩层，使得该坡段的软弱岩石软化，裂隙蠕动，从力学方面影响来说雨水使得该坡软弱岩层的摩擦系数、黏聚力减小.然而曲线在2011年9月中旬前后的变化表明了其所在的边坡在自我受力调整中趋于逐渐稳定，朝向良好的状态发展，这表现出岩石体一定的自我稳定调整能力，也在一定程度上说明该段岩体的稳定性较好.

3.2 锚索测力计原位监测数据曲线分析

锚索测力计SF3－5DBL 位于Ⅲ号监测断面的高程1 985m 处，安装于2011年2月25日，其锚固力锁定值为1 016.9kN，2012年3月29日时的累计锚固力为1 007.27kN，2012年4月25日时的累计锚固力为1 008.65kN，锚固力该周变化值为1.38kN，变化率为0.05kN／d，监测资料显示本周锚固力变化趋势为缓慢增大.图3为锚索测力计SF3－5DBL锚固力变化过程线.

图3 SF3－5DBL锚固力变化过程线

根据该典型位置锚索测力计SF3－5DBL 锚固力变化过程线，锚索荷载变化特征可归纳为3 种类型［3，5］：即快速损失段（2011年2月26日～2011年3月下旬）、周期波动段（2011 年3 月下旬～2011年9月下旬）和稳定趋变段（2011年9月下旬～2012年4月下旬）.

1）快速损失段.预应力锚索张拉、锁定后，锚固力在一个月内其应力呈现陡减状态，预应力锁定后损失率不断增大.由于锦屏水电站大奔流沟料场边坡支护采用高强低松弛的钢绞线，因此，钢材的松弛量影响相对较小，对锚索有效预应力降低的影响也就相对较小.锚固力变化影响因素主要是混凝土的徐变、收缩以及被加固岩体卸荷、裂隙错动和结构面的被压密变形等.

2）周期波动段.2011年3月下旬～2011年9月下旬为料场选址的雨季阶段，此时该料场降雨量较大，天气状态极不稳定.受降雨影响，导致地表水下渗，增加孔隙水压力和坡体重力，使岩石体发生软化、蠕变现象，此时的锚索预应力也就必然降低.然而随着天气周期性的好转，岩体软化现象消失后，锚索应力自然表现出一定的回弹.因此，降雨是影响边坡稳定的一个重要影响因素.

3）稳定趋变段.在锚索锁定6～7个月后，由于施工振动、冲击或者环境因素的影响，局部锚索预应力会有所波动，经统计计算锁定后损失率仅为1.57%，此阶段锚索预应力锁定后损失率呈现逐渐减小的趋势，锚固力总体仍呈现渐增趋势并随着时间变化而逐渐趋于稳定.

3.3 多点位移计原位监测数据曲线分析

M2－5DBL多点位移计埋设于大奔流沟料场开挖边坡Ⅱ号监测断面的桩号YK0＋065，高程1 985m处，是一只四测点位移计，其测点埋深分别为：孔口埋深50m；1号锚头埋深10m；2号锚头埋深20m；3号锚头埋深40m.该多点位移计埋设于2011年2月25日，截止2012年4月1日，该多点位移计的绝对位移变化过程线如图4所示.

图4 多点位移计M2－5DBL绝对位移变化过程线

从图4中可以看出，从2011年2月26日到2011年4月20日各锚头位移示数基本为0，说明该段边坡岩石体稳定性较好.根据施工记录，2011 年4 月20日以后的3d内有连续的大范围料场开挖爆破施工，施工因素干扰造成了孔口锚头位置位移产生较大变化，位移变化速率达到0.12mm／d，而以后的监测表明，孔口位移最大值为2.4mm，其他锚头位移形变均在0.8mm 以下，各锚头的绝对位移量随时间推移基本保持稳定.因此，施工因素干扰是边坡位移形变的一个关键影响因素［6］，而由于边坡岩体的支护设计合理性、支护施工及时性以及岩体自身卸荷调节能力的作用下，该边坡支护具有很强的稳定可靠性.

4 边坡内部安全监测结论与建议

1）锦屏一级水电站坝址所在地每年可清晰分为雨季和风季，每年的雨水较多且大而集中，风季基本无雨或少雨，雨水是影响边坡稳定的主要因素之一，所以雨季施工时一定注意这点，首先要尽快开挖支护、快速施工；另外，在雨季时应加强监测；同时，在边坡加固设计时应采取加固与防水、排水相结合的办法.开挖爆破等施工因素也是影响边坡稳定的重要因素之一，施工过程中一定要对爆破方式、装药量等进行精确设计，指导现场施工.

2）该料场边坡自然坡度虽然达到55～56°，边坡支护坡度1∶0.25～1∶0.35，开挖完成后形成380～445m 的高陡人工边坡，但是由于边坡为顺向坡，石料开挖严格按照岩石层向顺层开挖，开挖外露面不切断原有的岩石层理，再加上及时有效的支护方案，从典型断面上的锚杆应力计、锚索测力计和多点位移计原位监测数据变化过程曲线来看，锦屏大奔流沟料场边坡支护效果具有很强的稳定性.

3）目前评价料场边坡稳定性的方法较多包括定量、定性、半定性、数值模拟和物理模拟等，这些方法有共同的特点，即都缺少足够的实践经验来验证这些方法的有效性，所以原位监测是一个非常有效的方法，它在工程稳定性评价中起着非常有效的作用［7］，是反映边坡支护性况的最直接的参考资料.

［1］ 何 伟，刘秀平，游 萍，等.高边坡锚索预应力变化规律浅析［J］.长江科学院院报，2009（12）：89－92.

［2］ 赵志峰.基于位移监测信息的岩石高边坡安全评价理论和方法研究［D］.南京：河海大学，2007.

［3］ 周严伟，徐 波.三峡工程船闸闸室直立坡锚固监测成果分析［J］.水力发电，2007（12）：73－75.

［4］ 董建辉，汪家林，杨亚静.云南某水电站坝肩边坡的锚杆应力计应用与分析［J］.水土保持研究，2007（2）：118－120.

［5］ 张永安，李 峰，蒋 鸥.泥岩高边坡锚索预应力变化规律分析［J］.岩石力学与工程学报，2007（9）：1888－1892.

［6］ 朱全平，徐 波，张德香.三峡工程船闸高边坡多点位移计形变分析［J］.中国三峡建设，2004（6）：36－38.

［7］ 汤新福.多点位移计在岩溶桥基监测中的应用［J］.工程勘察，2008（5）：23－26.