洞松水电站引水隧洞5#支洞洞脸边坡变形、垮塌原因分析及处理

付书鹏

（四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都611731）

洞松水电站引水隧洞5#支洞洞脸边坡变形、垮塌原因分析及处理

付书鹏*

（四川省水利水电勘测设计研究院，四川成都611731）

对洞松水电站引水隧洞5#支洞的工程概况和洞脸边坡工程地质条件进行了相应的说明。通过现场踏勘对引水隧洞5#支洞洞脸边坡变形、垮塌原因进行了分析，提出了相应垮塌的工程处理措施。

引水隧洞5#支洞洞脸边坡；变形；垮塌处理

1　工程概况

洞松水电站工程是硕曲河水电规划梯级开发方案的第四个水电站，其上游梯级为拟建的乡城水电站，下游梯级为拟建的格龙水电站。本工程位于硕曲河中下游段乡城县的尼斯乡及洞松乡境内，首部枢纽位于乡城大桥下游1.1～1.8km河段内，发电厂房位于洞松乡卡心大桥桥头附近，距上游乡城县城约30km，其中坝址到黑达沟段约26km有乡城—香格里拉的省级公路通过，黑达沟到厂址段约4km为乡级公路，交通较为方便。

该电站为低闸坝引水式开发，设计正常蓄水位2754.0m，闸前壅水高16.5m，正常蓄水位以下库容约154×104m3，引用流量 103.5m3/s，利用最大落差221.9m，电站装机180MW。工程主要水工建筑物有：拦河闸坝、进水闸、引水暗涵、引水隧洞、调压井、压力管道和地面厂房等。

5#支洞位于下坝桥下游约650m，硕曲河右岸、乡城县青麦乡对岸，与引水线路主洞相交桩号为S11+ 254.53。

已施工的5#支洞挂口与主洞轴线相交。支洞为城门洞型，断面5.7m×5.85m，进口底板高程2694.80m，与引水主洞相交底板高程 2699.330m；支洞全长336.76m，已全部贯通并进入主洞上、下游，主洞已进尺600余米。受2009年7月5日以后暴雨影响，5#支洞进口洞脸边坡崩坡积堆积体于8月2日5时产生了垮塌，体积约0.8×104m3。把已竣工的5#支洞进口全部堵塞，造成5#支洞施工停工。

2　地质构造

工程区位于区域性乡城断裂（F50）与索让断（F48）所夹的断块之间，层间挤压破碎带和次级小断层发育。挂口位置距乡城断裂约450m，距乡城断裂分之断层f55距离约60m。

①乡城断层（F50）。主体位于硕曲河左岸，向北沿N5°E至中村之南转为N30°W延伸，向南沿S5°E蜿蜒南伸，经黑达至小雪山，长度大于76km。断层西盘为嘎寺组（T3q）和图姆沟组（T3t），东盘为图姆沟组（T3t）和拉纳山组（T3l）。断层倾向西，倾角70°～90°。断层破碎带主要由角砾岩、碎裂岩、糜棱岩及断层泥组成，宽度约40～60m，胶结较好，往往出现矿化现象。距坝址约1km。据断层泥ESR法测龄资料，最新活动时期为（23±2.1）Ma。

②索让断层（F48）。走向N15°W，由索让向南经尼色壅、乡城、色格至中牛东侧与乡城断层合并。在龙门被NE向的龙门断层右行错开，长约70km，断层带宽35～50m，产生于曲嘎寺组和图姆沟组之间，断面主要倾向西，部份地段倾向东，断层破碎带主要由角砾岩、碎裂岩、糜棱岩及断层泥组成。断层在洞松乡政府下游附近穿过硕曲河，对梯级引水线路有一定影响。据断层泥ESR法测龄资料，最新活动时期为（61±5.8）Ma。

③f55。乡城断层分支断层f55：产状N20°～30°W/ NE∠50°～68°，其走向基本上与引水隧洞轴线平行，延伸长度约3km，破碎带宽度约5～10m，断层中多为碎裂岩为主，局部为角砾岩、糜棱岩及断层泥，带内挤压错动痕迹明显，影响带宽度约8～15m，为一压性逆断层。

工程区主要发育构造裂隙4组，见表1。

表1　支洞区构造裂隙特征表

经四川省地震局批复的《四川省硕曲河洞松水电站工程场地地震安全性评价报告》，本工程坝、厂址区未来50年超越概率10%的基岩水平峰值加速度为102cm/s2和71cm/s2，相应的地震基本烈度为6.9度和6.8度，故工程坝址、厂址地震基本烈度为Ⅶ度。工程区区域稳定性较差。

3　地层岩性

5#支洞出露地层主要有三叠系上统图姆沟组（T3t8、T3t9）和第四系堆积层（Q）。岩层产状：N5°～25° E/NW∠55°～65°，倾向硕曲河右岸坡内。

T3t8：浅灰色泥质板岩夹变质砂岩。

T3t9：浅灰白色变质砂岩、砂质板岩夹少量炭质板岩。

Q4col+dl：块碎石夹粉质粘土，土中局部含砂质较重。

4　物理地质现象

区内物理地质现象主要表现为岩体风化、卸荷及崩塌。区内岩石以软质岩泥质板岩与砂质板岩互层，夹少量砂岩及灰岩透镜体，岩体强、弱风化带厚度为12～18m、20～30m。强卸荷带的水平宽度约25～35m。

经证实，早期功能锻炼有利于重症患者的恢复[11]。10月13日，患者神志清楚，病情允许在床上进行活动，肌力评估为Ⅲ级。终止锻炼标准同上。锻炼从大关节开始：上肢屈伸10次/组，每日两次；下肢屈膝蹬腿10次/组，每日两次；床上端坐位10 min/次，每日两次。每日对肌力进行评估并记录。机械通气第5天起以主动运动为主，被动运动为辅。主动运动：拉皮筋锻炼；床上端坐位15 min/次，每日两次；上肢屈伸10次/组，每日两次；下肢屈膝脚尖内收10次/组，每日两次；屈膝蹬腿10次/组，每日两次；直腿抬高、支腿外展5次/组，每日两次。

5　水文地质条件

工区降水较少，降水量年内分配极不均匀，多年平均蒸发量大于降水量，地表水主要由高山积雪融化补给。根据地下水的赋存条件和运动特征，地下水分为：孔隙潜水和基岩裂隙水2类。

孔隙潜水主要赋存于第四系松散堆积层中，主要在河床、漫滩砂卵石层中，含水较丰。受大气降水或上游地下水补给，向硕曲河排泄。

基岩裂隙水分布于三叠系图姆沟组的变质砂岩地层中，由于工区内岩层倾角较陡，地下水主要受大气降水补给，排泄沟谷内，故地下水埋藏深度较大，经调查，未见泉水出露。

引水隧洞区沟水为硫酸重碳酸钙镁水，对普通砼存在硫酸型弱腐蚀；其它地表水为重碳酸钙镁（HCO3-Ca·Mg）型水，对任何水泥拌制的砼均无腐蚀性。

6　5#支洞洞脸边坡工程地质条件

已施工的5#支洞进口边坡高程2900.00m以上基岩裸露，边坡陡峻，自然边坡坡角60°～65°，以上坡角40° ～50°；由三叠系上统图姆沟组工区第八、九层之砂质板岩、泥质板岩组成。岩层产状N5°～25°E/NW∠55°～65°，岩层倾向硕曲河右岸坡内。高程2900.00m以下自然边坡坡度40°～50°，地表覆盖崩、坡积层之孤块碎石土，孤块碎石主要成分为变质砂岩、砂质板岩、泥质板岩，直径一般3～10cm，大者达5m，含量80%～85%；土为粉质粘土，局部含砂质较重。覆盖层结构松散，局部见架空结构，一般中上部厚度8～10m，中下部厚度10～15m。基岩卧坡坡角32°～48°。下伏基岩为三叠系上统图姆沟组工区第八层之泥质、炭质板岩。岩体强、弱风化带厚度分别为12～18m、20～30m（支洞开挖揭示强、弱风化带水平宽度分别为18m、38m）。其中强风化带岩体受重力作用发生了倾倒变形，倾倒后岩层产状N5°～25°E/SE∠25°～55°。

5#支洞进口洞脸后边坡2900m以下，地貌上为一鼻梁状山脊，为崩坡积体组成脊状斜坡。脊坡两侧10～30m分别发育小冲沟，冲沟短，长600～800m，沟内基岩裸露，冲沟内常年干枯，只在雨季有沟水，平时无沟水。冲沟内局部段见基岩板岩，岩层产状N10°～25° E/NW∠25°～30°，岩体已生倾倒变形。

该崩坡积堆积体顺坡向长度约200m，横向宽度50～80m，覆盖层厚度8～15m，平均厚度约10m，总体积约13.0×104m3。

5#支洞洞口开挖挂口后，在崩坡积堆积体前切脚，形成高约15m、坡角70°～75°的边坡，施工中已采取相应喷护处理；开挖边坡顶高程2710.00m，设有宽2m的马道，并设置有高度约4m的防护栏；2710.00m以上开挖高度约10～15m，开挖坡比1∶0.75。同时施工单位在高程约2735.00m处做了一截水沟，截水沟未做成浆砌石截水沟或砼沟。开挖后未采取支挡加固处理措施。2009年7～8月正直雨季，特别是7月2～12日，连降小—大雨，造成土沟集水并下渗，同时由于开挖边坡陡，并且边坡只进行了砼喷护，未进行挂网、锚杆处理，表层结构松散的土层边坡发生局部变形垮塌，方量小于5m3。施工方对其边坡、支洞前30m进行了变形观测，其开挖边坡8#观测点变形最大，从7月5～9日，累计变形量达ΔX=-72mm、ΔY=-16mm、ΔH=-38mm。而开挖支洞经监测未发生变形。7月24日～8 月1日，为小—暴雨，其中8月5日硕曲河最大流量大于500m3/s，卡心村桥左桥台在8月2日被冲毁。

受暴雨影响，7月2～10日，5#施工支洞洞顶边坡出现洞脸边坡小面积垮塌现象，山坡溜石滚下将防护山坡滚石的防护网砸坏和部分机械设备砸坏。业主、设计、现场监理、施工四方查勘现场并对边坡召开了专题会议，并确定了具体的处理、监测、边坡巡视和机械设备搬迁等方案。7月31日，洞脸后边坡在高程2760处出现一张开裂缝，张开宽度一般1～3cm，最大达5cm，延伸长度约6m，并有向两冲沟发展趋势。8月1日，业主、监理、设计、施工四方再次到现场巡查，发现该裂缝已向两侧冲沟延伸，长度约15m，张开宽度一般1～5cm，局部达7～10cm，可见深度0.1～0.3m。经过研究决定，5#支洞暂停施工，并立即将洞口设施、材料及设备撤离。8月2日凌晨5时5#支洞进口后边坡崩坡积之孤块碎石土层发生表层垮塌，未造成人员、设备损失。将已竣工的5#支洞洞口全部堵塞，部分孤块石滚入硕曲河中。表层覆盖层垮塌后，地表呈一锥形，据平面地质测绘，本次垮塌顺坡长度约90m，垮塌范围高程为2692.0～2780.0m，横向宽度10～45m，垮塌厚度1～5m，平均厚度约3m，体积约0.8×104m3。

7　崩坡积堆积体稳定分析

目前崩坡积孤块碎石土组成的支洞后边坡整体处于临界稳定状态，表层发生了垮塌，在暴雨的继续影响下，将有继续垮塌的可能。发生目前表层垮塌的主要原因为：（1）块碎石土自身结构松散、不均一，边坡较陡；（2）现7～8月正值雨季，受暴雨影响，雨水长期下渗（包括截水沟）降低了孤块碎石土体抗剪指标（特别是近段时间，暴雨连续，硕曲河流量达550m3/s以上，厂房卡心大桥左岸桥台也被冲毁）。另外支洞进口开挖边坡，造成切脚，对开挖边坡未进行支挡处理和洞身施工放炮振动影响也间接造成了该覆盖层堆积体的垮塌。

根据堆积体形态，对其稳定性进行验算。验算方法采用推力传递系数法。

采用崩坡积之块碎石土与基岩接触面的抗剪强度φ=30°，C=0.06MPa，天然密度为2.15g/cm3，进行稳定性验算，其天然稳定系数K=1.0，覆盖层边坡整体属临界稳定状态。

采用倾倒变形体的抗剪强度φ=25°，C=0.1MPa，板岩天然密度为2.68g/cm3，进行稳定性验算，其天然稳定系数K=1.1，变形倾倒体属稳定状态。

8　建议处理措施

（1）根据5#支洞进口后边坡崩坡积堆积体目前的稳定现状，在暴雨作用下有继续垮塌的可能，因此为保证5#支洞施工期的安全，建议采取对高程2900.00m以下的孤块碎石土全部清除并对2900.00m以上岩体边坡的危石进行清理。

（2）对清除覆盖层后由倾倒变形体（强风化岩体）组成的支洞进口高边坡，应根据清除覆盖层后的基岩边坡，岩体的完整程度，采取相应锚杆支护、挂网、网喷砼加固、支挡等护坡工程处理措施。

（3）建议设置相应的截水沟，排除地表水对边坡的影响。

（4）建议对后边坡设置变形观测点，在施工期间进行长期监测。

（5）建议对5#支洞进口平台以下的硕曲河边，采取相应的支挡措施，严防河水掏刷切脚引起进口平台外的弃渣斜坡变形。

（6）支洞改线：根据5#支洞进口上、下游地形地质条件，若采用另重打一支洞与现已成支洞相接的话，已成5#支洞进口下游侧崩坡积堆积层厚度大于25m，距已成洞较近，但不具备挂口进洞条件。如向下游移到基岩出露，则移动水平距离约200m可在基岩中挂口，即重新打一支洞，其长度约450m，洞室围岩与现5#支洞基本一致。如将5#支洞挂口向上游移动，其水平移动距离必须大于130m才能有合适的挂口位置，且改线支洞长度将大于200m，并与5#支洞相接，围岩类别为Ⅳ2-Ⅴ类围岩；同时施工道路将增长130m左右并位于该崩坡积堆积体下部和经过上游冲沟，仍存在施工安全问题。建议设计进行经济比较，并根据结果采取相应施工方案。

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1004-5716（2016）05-0198-04

2015-05-19

2015-05-21

付书鹏（1988-），男（汉族），四川江油人，助理工程师，现从事工程地质勘察技术工作。