红石岩堰塞坝应急处置与整治利用关键技术

张宗亮 ，程 凯 ，杨再宏 ，彭富平

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南省昆明市 650051；2.国家能源水电工程技术研发中心高土石坝分中心，云南省昆明市 650051）

0 引言

我国是全球地质灾害多发国家。山体滑坡堵塞江河形成堰塞体[1]，不仅会造成巨大的淹没损失，一旦失控溃决将严重威胁下游沿岸人民生命财产安全[2]，仅2008年汶川地震诱发形成34座堰塞湖，其中唐家山堰塞湖危及下游130多万人民生命[3]，紧急转移近28万人。因此堰塞坝应急处置与综合整治是国家自然灾害防治体系建设的重大需求。受环境危险、条件恶劣、时间紧迫、交通不便等因素制约，且堰塞坝地质水文条件不明、溃堰型式不确定，应急抢险和处置难度极大[4～8]。堰塞坝综合整治是根除堰塞体风险、减灾兴利的重大举措，国内外尚无先例，现有技术难以解决堰塞坝勘察设计施工难题。

1 概述

2014年8月3日16 时30分，中国云南省鲁甸县发生6.5级地震，在鲁甸县火德红乡李家山村和巧家县包谷垴乡红石岩村交界的牛栏江干流上，造成山体崩塌阻塞河道，形成库容2.6亿m3的堰塞湖。堰塞体位于原红石岩水电站取水坝与厂房之间，为快速倾倒崩滑，其物质主要来自右岸高处，左岸亦有滑崩物质汇入，以碎块石为主；最大堰顶高程约1222m，堰塞坝最大坝高约103m，垂直水流方向宽约307m，顺水流方向长约911m，上游综合坡比约1：2.5，下游综合坡比1：5.5，总方量约1000万m3，如图1所示。

红石岩堰塞湖形成后，湖水水位持续上涨，堰塞体迎水面最高水位达到1182m，回水长25km，上游会泽、鲁甸两县牛栏江沿岸5000多亩土地及居民房屋被淹没，近1.3万名群众进行了转移安置。同时，堰塞坝溃决风险将严重威胁着下游沿河的鲁甸、巧家、昭阳三县（区）10个乡镇、3万余人、3.3万亩耕地，以及下游牛栏江干流上天花板、黄角树等水电站的安全。根据《堰塞湖风险等级划分标准》（SL 450—2009），红石岩堰塞湖属大型堰塞湖，危险级别为极高危险，溃决损失严重性为严重。根据危险性级别和溃决损失严重性确定堰塞湖风险等级为Ⅰ级（最高级别）。

红石岩堰塞湖整治主要分为三个阶段：

（1）应急处置阶段：2014年8月4日至8月12日，应用乏信息技术完成了堰塞体水文气象、地形地质、物质结构、溃堰形式、环境社会等数据采集，编制完成《应急排险处置方案报告》等5本报告，为堰塞湖排险处置决策提供重要支撑；采取开挖泄流槽、拆除调压井施工支洞检修门等应急抢险成套技术，为下游灾区人民尽早的化解了险情。

（2）后续处置阶段：2014年8月13日至10月4日，首次采用隧洞泄洪分流方式，降低水位解除堰塞湖险情，为后续整治利用创造了条件。

（3）后期整治阶段：2014年10月至今，创新性提出“减灾兴利、整治利用”的综合治理理念，将红石岩堰塞湖改造成集除险防洪、供水、灌溉、发电等功能的大型综合水利枢纽，为世界首座堰塞坝“应急抢险—后续处置—整治利用”一体化水利枢纽工程。

图1 红石岩堰塞坝概貌Figure 1 General picture of the Hongshiyan barriers lake dam

2 乏信息条件下应急处置及后续处置

2.1 堰塞体位置的独特性

原红石岩水电站引水隧洞在堰塞体右岸山体内，地震时电站进水口闸门开启，下游有露天式调压井与堰塞湖连通，堰塞湖水水位壅高后，2014年8月4日堰塞湖水位超过调压井顶高程1171.80m时，调压井顶部开始自由溢流，形成独特的应急泄洪通道。

2.2 乏信息条件定义

乏信息条件：指在缺乏需要开展实测或综合勘察才能获得的水文、气象、地形、地质、社会影响、交通建材及造价等基础数据与资料的工作背景，如国内外偏远地区或应急抢险等紧急情况。乏信息勘察设计技术：指在乏信息条件下，利用互联网、卫星等取得的基础数据，并利用专业软件等手段对基础数据进行处理、转化，并能够快速、高效率、低成本完成前期勘察设计工作的方法和技术。空间地理信息和新一代信息技术发展拓展了数据获取的来源和方法。可不到达工程现场获取基础地理信息数据。网络、新一代信息技术和大数据技术的发展，提供了数据资料收集手段。

2.3 乏信息条件下水文模型、地形模型的建立

针对水文气象、地形地质和环境社会的不确定性，研发了空天地一体化乏信息数据快速采集与处理技术，构建堰塞湖及其影响区域的水文模型，利用三维激光扫描、低空无人机航摄系统精确测量了堰塞体位置、几何参数及堆积方量，建立了三维地形模型。测量及地形模型成果见图2。

图2 堰塞体地形模型及平面地形Figure 2 Three-dimensial terrain model and planer terrain of barriers lake dam

2.4 溃坝洪水计算及对上下游影响分析

基于乏信息条件下数据处理后的堰塞体形态和水库库容、上下游地形等成果，联合中国水利水电科学研究院提出高精度溃决洪水与演进计算方法及模型，采用堰塞湖溃坝洪水分析软件DB-IEHR进行溃坝洪水计算及 “红石岩堰塞坝-天花板电站-黄角树电站” 洪水演进分析，研究堰塞湖对上下游的影响，提出上下游影响范围及警戒线。

初拟泄流槽底高程1208m（底宽20m和5m）、泄流槽底高程1214m（底宽20m和5m）四个方案。最终结合现场施工条件选定泄流槽底高程1208m、底宽5m方案，计算得溃堰峰值流量6345 m3/s，到达洪峰时间6.47h，总泄洪量2.03亿m3，泄洪总历时16.4h。

堰塞坝顶部泄流槽形成后，上游库区的调洪高水位会降低，人员疏散危险区及警戒区界限也相应降低，库尾小岩头厂房的防洪标准可相应提高；即使发生溃堰对下游河段已建两电站（天花板水电站和黄角树水电站）大坝安全基本没有影响，天花板水电站入库洪峰较大（Qm=6345m3/s超过电站校核洪水洪峰流量）、坝前水位较高会对库区淹没产生一定影响；黄角树水电站泄洪建筑最大泄量6781m3/s，堰塞湖溃堰洪水经天花板水库的调蓄以后的入库洪峰仅4868m3/s，不会对黄角树水电站大坝安全产生威胁。开挖泄流槽还后可提高下游居民及电站的防洪能力。

2.5 应急抢险成套技术

应急抢险成套技术包括非工程措施和工程措施。

非工程措施主要包括：做好群众转移安置工作、利用上游德泽水库滞洪、腾出下游天花板和黄角树水电库容、加密现场实施监测、组织提出堰塞湖处置技术方案等。

应急抢险成套技术工程措施包括：

（1）拆除调压井施工支洞检修门。8月11日中午，对调压井底部施工支洞堵头检修门进行爆破拆除，拆除后检修门1.8m进人门后下泄流量约60m3/s；

（2）开挖应急泄流槽。8月12日，泄流槽开挖底宽5m、底板高程1214m时，可抵御P=20%（5年一遇）洪水，该方案满足应急处置期防洪要求，应急处置结束；8月28日，堰顶泄流槽继续下挖至1208m高程，底宽约5m；

（3）采用隧洞泄洪分流方式，降低水位解除堰塞湖险情。右岸新建长278m的应急泄洪洞（尺寸7.5m×7.5m），并与原红石岩电站引水隧洞连通，应急泄洪洞于2014年10月3日贯通，仅用1天就放空了堰塞湖库水，溃坝风险全部解除，为后续整治利用创造了条件。

3 整治工程实施方案

3.1 整治工程紧迫性和必要性

（1）堰塞湖危险依然存在、度汛形势严峻。

堰塞湖应急处置、后续处置完成后仅能满足全年常年洪水标准的度汛要求。堰塞湖集水面积12087km2，是四川汶川5·12地震形成的唐家山堰塞湖径流面积的近4倍，洪峰流量大，如不及时进行后期整治，到2015年汛期如遇较大洪水后溃决形成溃坝洪水，对上、下游沿岸人民生命财产及已建电站造成的危害难以估量，极易引发灾害链，故堰塞湖永久性整治迫在眉睫。

（2）地震引起的堰塞湖地质灾害问题严重。

堰塞体右岸崩塌形成了高750m的边坡，边坡坡度陡峻，裂缝发育，危岩体依然存在不断坍塌和崩落，严重危及下部安全。左岸为体积达5670万m3的古滑坡体，地震使该滑坡后缘也产生了危岩体。堰塞湖库区发育有12个滑坡、7个崩堆积体、14处不稳定斜坡及4条泥石流沟。上述不良地质体对堰塞体、堰塞湖库周居民安全均存在巨大的威胁，必须尽快整治。

（3）受灾群众生产生活急需安置。

红石岩堰塞湖形成后，大部分受灾群众均安置在堰塞湖附近村庄或公路路边，生活条件极其恶劣，安全风险较高。地震和形成堰塞湖的双重影响破坏了群众原有生活、生产环境，需因地制宜利用堰塞湖形成的库容，可灌溉区域干热河谷6.62万亩农田并为8.08万人饮水提供水源，扩大当地生产生活环境容量，缓解安置压力，因此受灾群众的安置工作应立即启动并实施。

3.2 减灾兴利理念

堰塞坝体量大、坝坡缓，物质组成较好，整体稳定性满足要求，右岸边坡整体稳定，有可以利用的水头落差，后续处置完成后有施工期的泄流通道和施工时间，因此提出“减灾兴利，整治利用”综合治理理念。

（1）堰塞体稳定性可靠。

堰塞体计算最大横剖面为现场实测地形沿河床纵剖面剖切而得，河床冲积层厚度按15m考虑。经计算，堰塞体在最高水位1222m及以下水位挡水时，渗透稳定、变形稳定、坝坡稳定均满足要求，堰塞体是安全的。

（2）边坡稳定性初步分析。

右岸边坡崩塌前坡高750m，坡度70°～85°。从现场地质调查资料分析，该崩塌体上部为厚层、巨厚层状灰岩、白云岩、白云质灰岩，下部为中层状、薄层状砂泥岩、页岩，坡体结构呈上硬下软的岩质边坡。右岸岩层倾向山里偏下游，岩层产状N20°～60°E，NW∠10°～30°。岩层产状对坝肩边坡的抗滑稳定有利。坡面岩体发育三组节理，即横河向陡倾节理、顺河向陡节理及层间节理。边坡岩体软硬相间，边坡岩体软岩在上部岩体自重的作用下，致使上部脆性岩体拉裂、解体，形成压致拉裂变形，在地震作用下沿顺河向卸荷裂隙在其他结构面（如层面节理）组合作用下产生大范围崩塌，并沿F5断层向下游方向滑动。沿河流方向山体崩塌的长度约890m，后缘岩壁高度约500m（其中近直立的陡崖最大高度约350m），属特大型崩塌。

边坡崩塌后，坡体应力调整，坡面卸荷裂隙大量发育并与不利结构面组成危险块体，受余震、降雨及坡面应力调整的影响，不稳定块体将断续崩塌掉落。经初步稳定性分析，边坡整体稳定，坡顶开裂岩体处于临界稳定状态，需对边坡顶部开裂岩体处理。

2.1 妊娠期 第一胎大白猪和长大二元猪的妊娠期与长白猪比较差异有统计学意义（P＜0.01），第三胎长白猪与大白猪比较差异有统计学意义（P＜0.05）；第二胎长大二元猪有高于大白猪的趋势（P=0.08），第三胎长白猪有高于长大二元猪的趋势（P=0.08）；第二胎长白猪与大白猪、长大二元猪比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。

（3）可利用的水能资源。

罗家坪水电站为小岩头至原红石岩电站之间的规划梯级，在堰塞坝形成后，由于堰塞坝较高，堰塞湖蓄水位可直接与上游小岩头电站衔接。为充分利用水能资源，根据堰塞湖形成的实际，将红石岩、罗家坪合并为一级开发，可形成季调节水库，提高本梯级自身和对下游电站的补偿效益。

（4）施工期的泄流通道和施工时间。

后续处置完成后，利用已有的调压井加施工支洞检修门和应急泄洪洞，可满足施工期10年一遇的防洪标准，为整治工程创造了导流条件。

3.3 整治方案比选

根据国内外堰塞湖整治的实践经验，堰塞湖整治分为整治利用与拆除整治两大类，为此，对两种整治方案进行了综合比较。

（1）红石岩堰塞体规模巨大，最大坝高103m，总方量达1000万m3，拆除难度巨大、费用高昂。若采用拆除方案，堰塞体开挖渣料总量约991万m3，不仅没有合适的渣场，而且爆破拆除难度极大，拆除后左岸古滑坡体稳定性也将降低，加固处理难度极大，很可能带来新的次生灾害。

（2）从补偿补助政策标准、移民安置区生活水平质量、基本公共服务水平和基础设施保障能力，缓解灾区生态压力、改善灾区环境质量，加快安置进度等角度出发，推荐整治利用方案。

（3）整治利用方案将红石岩堰塞湖改造为一座大型水利枢纽工程。总库容1.85亿m3，防洪标准2000年一遇；供水8.08万人；灌溉6.62万亩；装机20.1万kW，年发电8亿kWh。

3.4 整治工程及关键技术

红石岩堰塞湖整治工程枢纽由堰塞坝、高边坡治理、右岸溢洪洞、右岸泄洪冲沙放空洞、右岸引水发电建筑物、下游供水及灌溉建筑物等组成，见图3所示。

图3 红石岩堰塞湖整治工程枢纽三维BIM布置图（右图为透视图）Figure 3 Three-dimensial BIM layout of the Hongshiyan treatment engineering（Perspective on the right）

红石岩堰塞湖整治工程关键技术主要有：750m级强震碎裂高边坡综合整治关键技术、130m级不连续宽级配堰塞坝综合治理等关键技术等。

4 750m强震碎裂高陡边坡整治关键技术

4.1 勘察与地质分析

（1）第一阶段：无人机测绘、三维激光扫描技术、地质调查，为边坡分析设计提供基础。

采用三维激光扫描技术，对高边坡进行精细的扫描，扫描完成后，对扫描的点云数据进行拼接，得到相对位置准确的三维点云图，并与无人机测量的三维模型结合，对无人机测量的数据进行补充，得到更为精确的数字三维模型。

为了查明堰塞体的物质组成以及岸坡的地层岩性和构造特征，对研究区开展了全面的现场踏勘工作。采用穿越法、追索法、布点法三种布置方法完成了大比例尺的研究区工程地质填图工作。

右坝肩边坡崩塌后形成的岩质边坡高达750m级，坡面卸荷裂隙大量发育并与不利结构面组成危险块体，陡崖上分布多处倒悬体，陡缓界面及塌滑槽多堆积浮渣；陡崖顶部约60m范围内裂缝分布较多，根据坡顶裂缝发育程度，边坡危险性程度，对坡顶稳定性进行分区评价，可分为三个区（见图4）：

Ⅰ区为边坡不稳定，范围为距悬崖边10～30m断续延伸裂缝外侧条带状地面，除该边界裂缝外，带内裂缝纵横交错，宽度1～40cm不等，岩体明显松弛，岩体有随时塌落的可能；

Ⅱ区为边坡稳定差，范围为Ⅰ区以里至距悬崖边40～60m的条带状地域，该区裂缝时有发育，但密度相对较小，宽度一般小于15cm，肉眼看不出明显错台，但在下部边坡变形调整过程中仍有失稳的可能；

Ⅲ区为边坡基本稳定，范围为Ⅱ区以外，该区未发现明显裂缝，坡面基本稳定，在自然状态下，边坡再造不会延伸到该区。

图4 右岸崩塌体坡顶稳定性分区示意图Figure 4 Diagram of the slope top stability zone of the right bank collapse

（2）第二阶段：倾斜摄影技术用于精细化危岩体识别。

高边坡坡高坡陡，危岩广泛分布，震后坡面块体不断塌滑，勘察人员无法到达陡崖段进行地质素描，传统测绘及勘查手段无法实施，为准确查清裂缝的分布，采用无人机对研究区域进行正射测量获取平面数据，倾斜测量获取高程数据和实景三维模型。通过对这些成果的分析，可以从各个角度对研究区进行观察，可以识别裂缝，地物、地质体（危岩体），以适应对研究区不同程度的研究。采用倾斜摄影技术建立了高精度右岸高边坡山体模型，构建高陡边坡精细化三维地形地质模型，精度达到2cm。

图5 右岸高边坡倾斜摄影成果Figure 5 Inclided shooting photegraphs of the high slope on the right bank

4.2 高边坡崩塌及堰塞体形成机理及稳定分析

4.2.1 形成机理

采用非连续介质力学方法模拟边坡渐进破坏过程，揭示了滑坡堆积体高速远程滑动的动力机制，根据地震前边坡地形地貌与地质构造，建立滑动体三维数值模型，采用连续-离散耦合分析方法实现了红石岩堰塞体形成全过程的动态模拟，确定滑坡形成机理。

堰塞坝区域属构造剥蚀为主的中高山狭谷区，两岸谷深、坡陡，基岩多裸露，不良物理地质作用发育及两岸坡受不利结构面组合、岩体风化、卸荷较强等因素影响，自然边坡多处于临界稳定状态。边坡的整体破坏受控于陡倾角卸荷裂隙与下部软弱夹层。鲁甸发生6.5级地震时，受水平向与竖直向地震动的影响，边坡中下部的软弱夹层发生挤压及滑动，中上部的岩体失去支撑且受陡倾角裂隙的影响，顺河向卸荷裂隙在地震力作用下贯通并与后缘完全脱开，导致了大范围的崩塌破坏，在自重作用下向河床、向下游运动，高速倾倒崩塌，迅速向河床堆积而形成了堰塞坝。

4.2.2 岩体物理力学参数

软弱夹层的工程力学参数对边坡整体稳定性分析结果起控制性作用，由于前期勘探条件限制，针对软弱夹层的研究较少，工程力学参数不确定性较大，因此，需在动力条件下进行参数反演。采用三维几何投影的方法以现场实测的地质平面图和现场拍摄的正面和侧面照片为基础，通过关键点对应，将相关实测信息逐步转换到侧视图上。同时参照河谷两侧高边坡地形角度，实现对原始地形的恢复。依据现场勘查并结合工程类比，提出岩体的强度参数地质建议取值。基于地质建议参数，根据还原后的边坡地形，结合现场踏勘及地质剖面，建立边坡的典型断面有限元网格，采用 FLAC3D 时程方法对边坡地震作用响应特征进行研究，分析边坡地震条件下的变形破坏规律，并在此基础上取动态安全系数最低时刻的位移、应力、速度、加速度场为反演初始状态，反演软弱夹层工程力学参数。在对边坡失稳模式分析的基础上，对软弱夹层部位岩体力学参数进行了反演，并分析了其他岩层参数对反演结果的影响，最终结合试验成果和工程类比确定边坡岩体物理力学参数。

4.2.3 稳定性分析

崩塌后边坡整体稳定安全系数在各工况下均满足规范要求，但上部倒悬倾倒A区局部安全系数在偶然工况（地震）下相对较低，有发生倾倒破坏的可能性。在对上部倒悬倾倒岩体做开挖清除后，边坡稳定系数满足规范要求。

4.3 综合治理措施

综合破坏模式判定、稳定性分析及施工条件，提出分区分期整治思路及措施，实现高边坡整治的动态设计和信息化施工。

采取削坡处理，对Ⅰ区、Ⅱ区裂缝发育的边坡岩体进行开挖，清除不稳定的岩体，并放缓边坡坡度；增加主动支护的措施，局部采用预应力锚索，增加边坡的稳定性；做好坡面防护、加强坡面排水等措施；边坡上分布的泥质软弱岩层是引起岸坡崩滑的主要原因，需对边坡中下部的P1l梁山组地层进行封闭；对边坡系统监测。

4.4 监测数据分析

目前边坡治理工作基本完成。右岸崩塌边坡及其上游侧边坡已实施的表面变形监测点水平合位移介于2.7～17.5mm之间，垂直位移介于-28.5～18.7mm之间，垂直位移总体呈下沉变化。各测点位移波动变化，无明显位移增大变形趋势。右岸崩塌边坡顶部开裂区域深部变形介于0.7～0.73mm，变形量值较小。监测数据显示：治理后的右岸高边坡稳定性良好，与分析结果吻合较好。

5 130m级不连续宽级配堰塞坝综合治理等关键技术

5.1 采用综合物探技术和重型勘察技术，揭示堰塞坝物质组成并提出物理力学指标

5.1.1 勘察方法

（1）针对堰塞体起伏大、孤石多、大空隙、分层差、堆积厚，常规物探方法无法作业等难题，采用被动源面波法、瞬变电磁法、综合测井等结合钻孔资料进行探测和综合解释，探明了堰塞体的物质不均性、相对密实情况、规模及空间分布。

（2）首次在堰塞坝顶布置3个大直径勘探竖井（D1.5m），最深达97m见基岩，精确地查明了堰塞坝物质组成，并论证了堰塞体防渗墙方案可行。

5.1.2 堰塞体试验成果

堰塞体和左岸古滑坡体现场试验成果见表1、表2和图7。

5.1.3 堰塞体试验成果分析

从现场试验结果分析，堰塞体比重在2.71～2.83g/cm3之间，7个检测点最大干密度2.28g/cm3，最小干密度1.66g/cm3，干密度均值1.98g/cm3，相应最小孔隙率19.4%，最大孔隙率40.7%；因室内相对密度试验剔除了>60mm部分，故1组相对密度试验成果（最大干密度2.11g/cm3，最小干密度1.55g/cm3）仅供参考。

从挖坑颗分曲线看，100～5mm之间级配属于一个相对陡降段，该部分占比较大。多数土样2mm以下颗粒占比较小，根据钻孔颗分曲线成果，ZK107钻孔芯样最大粒径400mm，2mm以上部分占比较大，0.075mm以下细粒含量很少。因钻孔芯样在钻头钻进切削过程中的破碎作用，故实际堰塞新堆积体的颗粒粒径要大于钻孔芯样筛分的粒径。

5.1.4 左岸古滑坡体试验成果分析

古滑坡体平硐内完成6个点的现场密度试验，干密度范围值2.20～2.35g/cm3，均值2.30g/cm3，比重均值2.83，6个点孔隙率在17.5%～23.1%之间，孔隙率平均值19.5%。取其中1组土样进行了室内相对密度试验，试验前剔除了>60mm部分，试验后得到最大干密度2.34g/cm3，最小干密度1.77g/cm3。

22组颗粒分析试验表明，粒径占比主要集中在60～2mm砾石段，均值为53.6%，其次为<2mm以下部分，占22.8%，大于60mm的巨粒合计均值23.6%。

现场渗透试验在平硐内进行，共完成4个点的渗透试验。试验得最小渗透系数2.13×10-2cm/s，最大值1.24×10-1cm/s，渗透性较高。

5.2 防渗方案

由于堰塞体挡水水头达100m以上，经上游坡面防渗方案、混凝土防渗墙方案、自密实混凝土加固等多方案比选，最终选定堰塞坝防渗墙及古滑坡体帷幕灌浆组合防渗方案。采用“主河床段深137m的防渗墙+左岸古滑坡体125m深的可控帷幕灌浆组合”的防渗结构体系，形成挡水堰塞坝。

图6 右岸高边坡整治方案Figure 6 Treatment scheme of high slope on the right bank

表1 堰塞体试验成果Table 1 Test results of barriers lake dam

表2 左岸古滑坡体现场试验成果Table 2 Field test results of ancient landslide on the left bank

图7 堰塞体级配曲线Figure 7 The grade curve of the barriers lake dam

防渗墙轴线沿堰塞坝顶部布置，总长267m，墙厚1.2m，入岩1m，最大深度约137m。左岸古滑坡体部位设灌浆洞及三排帷幕灌浆防渗。堆积体范围内帷幕最大深度约107m，基岩范围内采用单排灌浆防渗，灌浆间距1.5m。防渗底界按5lu线控制，防渗剖面见图8。

5.3 堰塞坝变形、渗透、稳定分析

根据地质勘探资料，建立了考虑古滑坡体和堰塞体的应力变形有限元计算分析网格。在此基础上，考虑堰塞堆积体材料的流变等特性，进行了堰塞体和混凝土防渗墙应力变形三维有限元计算，分析了在改造、蓄水、运行等不同工况下的应力和变形的性状，评估了堰塞体和混凝土防渗墙的变形特性。计算网格包含了古河床al-1、古河床al-2、古滑坡del-1、古滑坡del-2、堰塞体col-1、堰塞体col-2、防渗帷幕以及混凝土防渗墙等材料分区，三维网格的单元形式以六面体单元及其退化单元为主，单元总数 57274，结点总数 56530。

图8 沿防渗线轴线剖面图Figure 8 The profile along the impervious line

经计算分析：堰塞坝最大沉降31.4cm，发生在堰塞体靠近左岸表面；最大顺河向位移出现在防渗墙的中部，最大值为9.78cm；最大的沉降为8.44cm。防渗墙大主应力最大值约为12.6MPa，防渗墙拉应力区拉应力一般小于-2MPa。详见表3。

图9 堰塞坝整体三维有限元网格Figure 9 Three-dimensional finite element of the barriers lake dam

正常蓄水位1200m条件下，渗流量为45.6L/s。

红石岩堰塞坝上下游堰坡比常规土石坝都偏缓，抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，且有一定安全裕值。最大横剖面各工况上下游坡最危险滑弧位置见图10。

表3 红石岩堰塞坝和防渗墙最大应力变形计算结果Table 3 The maximum stress of the Hongshiyan barriers lake dam

图10 最大横剖面各工况上下游坡最危险滑弧位置Figure 10 The most critical slip circle location of the upstream and downstream dam slope under the serval conditions

5.4 堰塞坝防渗墙及灌浆施工技术

5.4.1 施工重、难点分析

（1）本工程混凝土防渗墙最大深度达137m，穿过堰塞体及古滑坡体，堆石体粒径极为不均匀，槽孔易偏斜、工效低，成槽过程中的漏浆、塌孔，巨大块石成槽困难；本工程防渗墙是永久建筑物，墙体厚度和深度大，墙体接头连接是关键。

（2）左岸古滑坡灌浆洞存在作业空间狭小，普通灌浆设备工效低的问题；堰塞坝存在大孔隙地层，灌浆浆液易冲散和流失；堰塞坝细颗粒集中部位存在水泥浆液难以灌入的难题。

5.4.2 施工工艺方法

防渗墙施工前采用预爆预灌等工艺，采用以冲击钻机为主、机械式抓斗为辅的“钻抓法”，接头施工采用“接头管法”和“钻凿法”。

（1）混凝土防渗墙槽段施工前，在防渗墙轴线上下两侧各布设一排固结灌浆孔，灌浆孔距防渗墙轴线1.5m，孔距1.5m，采用膏状浆液进行灌注，对大的渗漏通道进行封堵，减少防渗墙成槽过程中的漏浆，以保证防渗墙施工的顺利实施。

（2）为了防止槽孔坍塌，施工平台进行碾压密实，导向槽采用钢筋混凝土结构，并在导墙后侧用黏土夯实。

（3）固壁泥浆采用优质的MMH正电胶泥浆，并根据实际情况添加增粘剂或堵漏剂。

（4）对于大块石，在施工前，利用钻孔进行预爆和灌浆堵漏。成槽过程中，配12t重锤冲砸，如果效果不理想或遇到特大孤石，则采用孔内聚能爆破或小口径钻孔爆破。

（5）槽孔精度检测采用KD-400或KM684型超声波测井仪进行检测。

（6）为保证拔管的成功率，在接头管外包一层泡沫，用土工布包裹后下设，以减少拔管阻力，并采用振动液压拔管机拔管。

（7）在造孔过程中，发现漏失架空地层，除了采用常规的填黏土、锯末等材料堵漏外，还可以采用膨胀粉及高效堵漏剂堵漏。

研制了全液压低净空大功率工程钻机，体形小、操作灵活，解决了狭小作业空间内深厚覆盖层帷幕灌浆快速钻孔的技术难题；研发了具有塑性粘度高、屈服强度大、触变性好、抗水冲性能强的水泥膏浆，适合于大孔隙地层和有动水情况下的灌浆，可有效避免或减少浆液被冲散和流失。研发了硅溶胶纳米级环保型灌浆材料新材料，解决了宽级配堰塞坝灌浆材料填充的技术难题。

6 结语

红石岩堰塞湖整治工程从2014年8月堰塞湖应急抢险及后续处置结束后即开始实施，工程已于2019年下闸蓄水，经历了高水位的考验，安全运行。本文总结了乏信息条件下堰塞体应急抢险技术、750m强震碎裂高陡边坡整治关键技术、130m级不连续宽级配堰塞坝综合治理等关键技术，可为类似堰塞坝应急处置及整治利用提供参考和借鉴意义。