长河坝水电站泄洪系统进口边坡稳定分析研究

韩 雪 娇，　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)



长河坝水电站泄洪系统进口边坡稳定分析研究

韩 雪 娇，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：长河坝水电站泄洪洞进口岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈倾角为80°左右的陡壁且有mj5裂隙密集带穿过。随着勘探工作的深入，对进口结构布置及边坡进行了支护方案设计和比选优化。优化后，2#、3#泄洪洞边坡开挖范围和开挖高度明显减小，开挖支护工程量大大减少，更加经济可行。

关键词：进口边坡；优化设计；开挖支护；稳定计算；长河坝水电站

1工程概述

长河坝水电站系大渡河干流水电规划“三库22级”中的第10级电站,采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发。泄水建筑物布置在河道右岸，由泄洪洞、放空洞组成，泄洪洞由一条深孔泄洪洞(1#泄洪洞)和两条溢洪洞(2#、3#泄洪洞)组成，其主要任务是下泄大、中、小洪水；三条泄洪洞从左至右依次为1#泄洪洞、2#泄洪洞、3#泄洪洞。

泄洪洞进口位于双叉沟堆积体对岸下游至象鼻沟间的坡段。1#泄洪洞进口纵向坡自然地形坡度为45°～50°；2#、3#泄洪洞进口纵向坡自然地形坡度为40°～45°。此段岸坡在1 600 m高程以下地貌上多呈陡壁，坡度达80°左右，其上的泄洪洞进口段自然地形坡度为45°～55°(约1 800 m高程以下)和25°～45°(约1 800 m高程以上)。

勘探揭示进口岩体弱风化、强卸荷水平深度为20～35 m，弱卸荷水平深度为64～78.5 m，向内为微新岩体。边坡岩体中小断层和挤压破碎带稀疏，裂隙较发育，其产状对内侧(上游侧)边坡稳定不利，洞脸边坡和外侧(下游侧)边坡整体稳定。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。次级断层发育有f9、f10，f38等，坡体中主要发育J4、J7、J2、J6、J3、J1等多组长大裂隙结构面，J4、J7、J2、J6等4组结构面较为发育。此外，mj5裂隙密集带从泄洪洞进口穿过。天然边坡岩体结构总体以块裂结构为主，局部呈镶嵌结构，岩体总体为Ⅳ类。

2进口工程边坡设计方案比选

2.1设计方案拟定

根据泄洪洞进口区工程地质条件、进水口塔体布置要求等拟定了四个方案进行比较。根据三条泄洪洞进水口的布置情况，边坡开挖设计采用统一协调联合开挖方式。四个方案在技术上均可行，泄洪洞进口开挖支护各方案综合比较情况见表1。

2.2方案选择

根据地质人员建议，泄洪洞进水口建筑物的布置主要受地形和mj5控制，导流洞施工揭示洞向大角度穿越mj5时并未发生严重的垮塌现象。由此断定：只要采取有效的开挖支护措施，成洞是可行的。故建议在对mj5采取有效处理措施的前提下，将泄洪洞进口闸室尽量外移，最大程度地降低边坡的开挖高度，同时，加强塔体基础处理措施和开口线外侧一定范围的天然边坡支护。mj5裂隙密集带通过泄洪洞进口一带对边坡整体稳定影响不大，仅表现为倾倒型破坏，在采取适宜的支护措施后，可有效抑制其对边坡稳定的不利影响。

从泄洪洞进口边坡开挖工程的规模、施工条件、环境影响、运行维护条件及投资等因素综合考虑，推荐方案二为技施阶段实施方案。

3推荐方案边坡稳定分析

3.1边坡整体性稳定计算分析

泄洪洞进口边坡整体性稳定分析计算采用水科院边坡稳定分析软件，计算方法为能量法。本阶段对三种工况进行了计算分析，分别为持久状况、短暂状况和偶然状况。泄水建筑物级别为1级建筑物，相应进、出口边坡类别为A类(枢纽工程区边坡)，级别为1级。该边坡为非壅水建筑物，考虑地震荷载时，基岩水平峰值加速度取0.222 g。

表1　泄洪洞进口开挖支护各方案综合比较表

进口区边坡稳定性主要受长大裂隙控制，其中J6为与洞轴线交角较大且倾坡外的中缓倾角长大裂隙，故进口边坡以三洞室洞脸边坡及1#泄洪洞45°侧边坡稳定问题最为突出，以J6为底滑面，J4为后缘面对边坡进行计算分析。该计算模型分别选取1#、2#和3#泄洪洞纵剖面进行稳定性计算。

根据泄洪洞进口段裂隙发育统计表可知，底滑面J6倾角为30°～40°，整个工程区均较发育，起伏、粗糙，单条延伸一般为5～6 m，断续延伸可达20～30 m，常构成边坡的滑移控制面。后缘面J4倾角为75°～82°，发育程度高，延伸长大，常以裂隙密集带形式产出。由于J6与J4均为成组发育，故无法准确判断具体构成的底滑面与后缘面的组合位置。经试算分析，滑块高度越大，稳定问题越突出，故底滑面滑出点取在出口开挖最低点(后缘面J4)，分别取J6长50 m、80 m进行试算分析。计算模型见图1～4。

图1　1#泄洪洞纵1-纵1剖面计算模型图

图2　2#泄洪洞纵2-纵2剖面计算模型图

图3　3#泄洪洞纵3-纵3剖面mj5以上天然边坡计算模型图

3.2计算结果

各建筑物进口开挖后未采用工程措施处理不同工况下的边坡稳定计算结果见表2。

图4　3#泄洪洞纵3-纵3剖面包含mj5下部工程边坡计算模型图

计算剖面模型组合工 况持久工况短暂工况偶然工况1#泄洪洞纵1-纵1剖面①J6倾角23°长50m+J4倾角80°长59m2.1991.9371.451②J6倾角23°长80m+J4倾角80°长47m1.9721.7651.2021#泄洪洞斜1-斜1剖面①J6倾角40°长80m+J4倾角80°长152m1.0390.6350.792#泄洪洞纵2-纵2剖面①J6倾角23°长50m+J4倾角80°长147m1.3581.1211.016②J6倾角23°长80m+J4倾角80°长122m1.4020.8430.9843#泄洪洞纵3-纵3剖面上部①J6倾角23°长50m+J4倾角80°长112m1.5441.31.137②J6倾角23°长80m+J4倾角80°长108m1.4581.2541.0183#泄洪洞纵3-纵3剖面下部①J6倾角23°长50m+J4倾角80°长167m1.6581.4081.232②J6倾角23°长80m+J4倾角80°长210m1.3010.8380.987

采取工程措施后，各建筑物进口不同工况的边坡稳定计算结果见表3。

对上述计算结果进行分析可知，三泄洪洞进水口以J6为底滑面、J4为后缘面分组建立的滑移模型，J4越往山里边坡稳定性越差，加之块体体积在显著增加，故需要的支护力越大。经与地质人员协商，将底滑面J6出露点取开挖边界最低点，长度取80 m，计算与后缘面J4所形成的滑移块体的稳定性。对80 m范围外山体以内结构面切割形成的块体认为其稳定性好于外部且处于稳定状态，计算中可不考虑。

表3　进口开挖边坡稳定计算成果表(已支护情况)

4结语

长河坝水电站泄洪洞进口工程边坡规模较大，难度较高，边坡的安全至关重要，相应需要支护的边坡范围亦很大，因此，支护参数的确定对工程边坡的经济性影响较大。在保证工程安全的前提下，长河坝水电站进行了进口边坡优化及稳定计算分析。最终决定：2#泄洪洞进口塔体向上游移动30 m，3#泄洪洞向上游移动35 m，将进口后坡的mj5裂隙密集带整体保留、不开挖，从而使边坡开挖范围和规模大大减少，缩短了施工工期，减少了工程量，节省了工程投资，初步估算共节约投资约3 697万元。该方案已施工开挖支护完毕，未出现边坡失稳现象，说明该优化方案安全可靠，可为其他工程参考。

参考文献：

[1] DL5073-2000，水工建筑物抗震设计规范[S].

[2]DL/T5353-2006，水电水利工程边坡设计规范[S].

[3]杨欣先，李彦硕，主编. 水电站进水口设计[M〗. 大连：大连理工大学出版社，1990.

韩雪娇(1988-)，女，山西阳城人，工程师，硕士，从事水工结构设计工作；

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

(责任编辑：李燕辉)

作者简介:

收稿日期:2016-01-04

文章编号:1001-2184(2016)01-0064-04

文献标识码:B

中图分类号:TV7；TV222；TV221