长河坝水电站泄洪洞进口边坡地质条件复核及优化治理

刘 永 波，　唐 世 明，　王 宗 琼，　蒙 富 强

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都　610072)



长河坝水电站泄洪洞进口边坡地质条件复核及优化治理

刘 永 波，唐 世 明，王 宗 琼，蒙 富 强

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都610072)

摘要：对长河坝水电站泄洪洞进口边坡进行了详细的地质调查，根据前期勘探成果并结合初期导流洞和右岸交通洞开挖揭示的情况，详细查明了边坡的岩体结构、构造、变形破坏机制等，对泄洪洞进口边坡按照“高清坡、强支护、低开口”的原则进行了设计优化，从可研阶段边坡开挖高度的315 m左右降低为目前开挖高度的125 m左右，根据边坡监测数据得知，边坡未出现异常情况。该设计优化大幅度降低了开挖高度，节约了工期，降低了工程风险。[1]。

关键词：裂隙密集带；稳定性分析；长河坝水电站；设计优化；施工监测；边坡

1概述

长河坝水电站三条泄洪洞布置于大渡河右岸，从左至右依次为1#泄洪洞、2#泄洪洞和3#泄洪洞，其中1#为深孔，2#、3#为开敞式，洞长为1.3～1.5 km。三条泄洪洞大致平行布置，洞向为S13°～14°W。1#泄洪洞进口高程1 645 m，2#、3#泄洪洞进口高程1 663.5 m。泄洪洞进口边坡高陡，前期勘探揭示，控制边坡稳定性的主要因素为mj5破碎带及其影响带。可研阶段采取对mj5破碎带及其影响带全挖方案，开挖高度最高达315 m。在技施阶段，通过对进口边坡进行的详细地质调查，结合初期导流洞和右岸交通洞对mj5开挖揭示的情况，详细查明了边坡的岩体结构、构造、变形破坏机制等，对mj5有了新的、充分的认识，认为在边坡可以保留mj5破碎带及其影响带，遂对泄洪洞进口边坡“高清坡、强支护、低开口”的原则进行了设计优化。

2泄洪洞进口边坡基本地质条件

泄洪洞进口边坡位于大渡河右岸象鼻沟上游坡段，自然斜坡在高程1 800 m以下，平均坡度为48°～54°。1#泄洪洞纵向坡自然坡度为63°左右，2#、3#泄洪洞纵向坡自然坡度为55°～65°。 坡体基岩裸露，局部发育植被，主要出露澄江～晋宁期石英闪长岩(δ02(3))和中粗粒花岗岩(γ2(4)),其下部公路边见少量侵入细晶花岗岩脉(γl)。地表调查和勘探平洞揭示泄洪洞进口部位无区域性断裂通过，地质构造以次级小断层、节理裂隙为特征。进口岩体呈弱风化，强卸荷水平深度一般为20～35 m，弱卸荷水平深度为64～78.5 m。地下水主要为基岩裂隙潜水，受地表降水补给，向河床排泄，分布于裂隙岩体和断层带附近，受断层或岩脉阻水而局部富集。工程区场地50 a超越概率10%的基岩水平峰值加速度为172 gal，相应的地震基本烈度为Ⅷ度。工程区域构造稳定性较差。

3边坡前期稳定性分析与开挖支护设计

坡体中主要发育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多组结构面，裂隙性状见表1。其中以J4、J7、J2、J6等组结构面较为发育，局部零星发育J5组裂隙。此外，发育Ⅴ1级结构面mj5，产状同J4，由NWW向陡倾角长大裂隙平行密集发育组成，裂隙间距一般为1～3 m，长大裂隙裂面上常见压碎现象，局部倾倒张开，延伸长度大于300 m，破碎带宽30～40 m。受mj5影响，岩体较破碎，呈块裂结构～碎裂结构，总体为“Ⅳ”类。

根据设计开挖坡比1∶0.5，泄洪洞纵剖面与地形线呈大角度相交，洞脸边坡走向为N77°W，内外侧边坡走向为N13°E，采用赤平投影分析(表2，图1)。

(1)洞脸边坡：J4组陡倾裂隙与开挖面呈小角度相交且倾向坡外，倾角略大于开挖面倾角，延伸长度较大，间距较小，构成板裂状结构，易发生倾倒拉裂破坏；J6组缓倾角裂隙为底滑面，J4组裂隙为后缘拉裂面，J7组裂隙为侧向切割面，易产生滑移拉裂破坏。

表1　泄洪洞进口段裂隙发育统计表

图1　泄洪洞边坡赤平投影图

表2　裂隙产状表

(2)内侧边坡：J2组和J1组裂隙走向与开挖面近于平行，倾向坡外，倾角小于开挖坡脚，以J4组裂隙作为侧向割裂面；J7组裂隙作为后缘拉裂面，易发生滑移拉裂破坏；J7组陡倾角裂隙与开挖坡面近于平行，在浅表部易发生倾倒变形破坏。

(3)外侧边坡：沿J4组陡倾结构面发生倾倒拉裂破坏。

mj5发育在泄洪洞进口整个边坡上，地表出露以卸荷张开、倾倒破坏为主，结构较松弛，产状同J4。在上述裂隙组合模式中，多为mj5参与，对边坡稳定极为不利。

工程前期，根据对mj5的认识并鉴于泄洪洞进口边坡对于工程的重要性，设计采用的开挖坡比为1∶0.3～1∶0.5，开挖边坡每25 m高差设一道3 m宽的马道，将位于进口边坡段岩体破碎部分(mj5破碎带及影响带)全部挖除，挖除后采取一定的支护措施。在前期开挖支护方案中，边坡开口线较高，3#泄洪洞右侧最大开挖坡高约为315 m。开挖和支护量大，边坡高陡，施工难度较大，对边坡扰动较大，安全风险较大，工期不可控因素较多。

4招标技施阶段的勘察与设计优化

4.1招标技施阶段实施的勘察工作

根据施工支洞、初期导流洞(初期导流洞位于泄洪洞下游，高差约150 m)开挖揭示的情况，对mj5进行了详细的调查和分析，对边坡进行了稳定性复核。

(1)mj5延伸长大(勘探平洞底板高程1 650 m、初期导流洞底板高程约1 481 m均有出露)，密集带宽度为30～50 m，主要表现为裂隙间距以5～10 cm发育，局部表现为破碎带，一般破碎带宽度为20～30 cm，呈现出靠山外侧较宽，靠山里侧较窄的特征。在1#泄洪洞洞脸边坡出露较宽，在2#、3#泄洪洞洞脸边坡出露较窄。

(2)密集带内岩体多呈镶嵌结构、局部呈碎裂结构(破碎带处)。导流洞及施工支洞开挖初期揭示，在强卸荷洞室段岩体稍松弛，但成洞条件较好。mj5在地表出露时呈现为倾倒卸荷张开、裂隙密集带、卸荷张裂缝、倾倒变形等破坏形式。裂面间压碎现象不明显。

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(3)mj5走向与泄洪洞轴线方向呈大角度相交，倾角为75°～85°，倾坡外，对左右侧边坡的稳定性影响不大，在洞脸部位易产生倾倒垮、塌破坏。

笔者通过前期对边坡进行的稳定性分析，结合招标技施阶段调查和分析，对边坡稳定性进行了复核论证：泄洪洞进口边坡整体处于稳定状态，控制洞脸边坡稳定性的主要因素为裂隙组合形成的较大不稳定块体，组合机制为以J6组倾角裂隙为底滑面，J4组裂隙构成后缘拉裂面，J7组裂隙为侧向切割面，易发生滑移拉裂破坏。

4.2设计优化情况

基于对mj5的充分认识并经稳定性复核得知，泄洪洞边坡整体处于基本稳定状态，局部存在mj5与其他裂隙组合形成的不稳定块体，易产生滑移拉裂破坏和沿mj5的倾倒破坏。边坡开挖支护设计按照“高清坡、低开口，强锁扣”的原则进行了降低开口线的设计优化。边坡支护设计采用一期支护、二期开挖支护。一期支护范围为工程边坡开口线外至第一级较缓地形处，支护前对自然边坡松动危石、危岩体进行清理，清坡后针对不利组合形成的较大不稳定块体采取锚索和框格梁支护，局部不稳定块体采用随机锚杆束支护。二期开挖支护边坡开挖坡比由原来的1∶0.3～0.5调整为1∶0.25～直立，并将进口塔体外移了20～30 m，开口线高程约为1 730 m，最大开挖高度由原来的315 m调整为125 m左右(3#泄洪洞右侧)，开挖后深层支护采用系统锚索、框格梁，浅层支护采用系统锚杆、挂网、喷混凝土、排水孔等支护型式，进而将开挖高度降低了近200 m，大大降低了边坡的安全风险，节约了工程投资，缩短了一定的工程工期。

5施工开挖揭示的情况

边坡施工开挖揭示：在高程约1 730～1 710 m段岩体卸荷强烈，裂面多张开3～5 cm，以块裂结构为主。由于mj5陡倾坡外，倾角略缓于坡角，因此，在开挖过程中，3#泄洪洞进口边坡 高 程 约

1 710 m处mj5出露，以下受mj5裂隙密集带中的陡立、倾山里的挤压破碎带(N70°W/SW∠84°)及中缓倾角裂隙(N55°E/SE∠20°、N80°W/NE∠30°～40°)的影响岩体较破碎、松弛，以碎裂结构为主，在施工过程中产生了垮塌，垮塌厚度为1.5～2.5 m，造成上部倒悬，对上部边坡稳定不利。垮塌产生后，为避免产生进一步的不利影响，承包商及时采取了浅层支护并对倒悬部位采用贴坡混凝土回填，回填后及时采取了深层支护措施，支护完成后进行了下部开挖，确保了边坡稳定。

图2　泄洪洞进口边坡垮塌照片

6监测情况

在泄洪洞进口边坡分别沿洞轴线方向布置了3条监测断面，每条监测断面在一期支护边坡、二期开挖支护边坡范围内布设了4套多点位移计，多点位移计施工安装紧随开挖支护坡面进行。监测资料显示：多点位移计实测孔口累计位移量在-3.45～19.16 mm范围内，2013年位移年变化量在-3.45～18.83 mm之间。多点位移计各测点2013年累积位移值在1.54 mm范围内，位移年增量均在1.54 mm范围内，累积位移值较小，位移时间过程线趋于平缓。总体来说，泄洪洞进口边坡累积位移较小，变化亦较小，位移逐渐趋于平缓。

7结语

在前期勘探的基础上，通过招标技施阶段对初期导流洞以及施工交通洞中mj5发育情况进行的调查，对边坡的岩体结构、构造、变形破坏机制进行了深入的研究与分析，对影响边坡稳定的mj5有了新的、较深入的认识。经过稳定性分析论证得知，进口边坡整体稳定，控制边坡稳定的为长大裂隙组合，mj5仅影响边坡的局部稳定性。

因此，设计单位根据边坡稳定性分析成果，按照“高清坡、强支护、低开口”的原则，采取了陡开

图3　泄洪洞进口边坡3-3剖面M49各测点变形时间过程线图

挖、强锁扣、强支护的开挖支护方案，在边坡保留了mj5破碎带及影响带。开挖坡比由原来的1∶0.3～0.5调整为1∶0.25～直立，同时将进口塔体外移了20～30 m，使边坡开挖高度由原来最大的315 m减低为95 m左右，大大降低了开挖高度，减少了对边坡的扰动，降低了边坡施工期的安全风险，减少了开挖工程量，节约了工程投资，同时有利于控制工期。

监测数据显示：泄洪洞进口边坡累积位移较小，变化亦较小，位移逐渐趋于平缓，边坡处于稳定状态。由此可见，泄洪洞进口边坡设计优化合理。

刘永波(1981-)，男，河南许昌人，工程师，学士，从事水电工程勘察技术工作；

唐世明(1958-)，男，四川西昌人，高级工程师，从事水电工程勘察技术工作；

王宗琼(1965-)，女，四川成都人，高级工程师，从事水电工程勘察技术工作；

蒙富强(1980-),男，广西百色人，高级工程师，硕士，从事水工结构设计与研究工作.

(责任编辑：李燕辉)

作者简介:

收稿日期:2015-12-21

文章编号:1001-2184(2016)01-0043-03

文献标识码:B

中图分类号:TV7；TV221