某抽水蓄能电站对外交通公路不良地质条件治理方案

2021-09-22任有锋马学奎高徐军雷永智

西北水电 2021年4期

任有锋,马学奎,高徐军,雷永智

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安 710065)

1 工程概述

某抽水蓄能电站多外交通公路起点国道345(K39+700.00 m)，途径日月河、多处村庄、抽水蓄能电站下库过坝交通等，终点接日月公路，路线全长30 km，沿线设置跨河大中桥10座，中长隧道15座，桥隧比约30%。工程项目采用水电对外专用Ⅲ级，设计行车速度30 km/h，路基/路面宽度8.0 m/7.0 m，设计荷载公路-Ⅱ级、特-420(验算荷载)，大中桥设计洪水频率1/50，隧道建筑限界8.0 m×5.0 m(宽×高)，目前工程已竣工验收。项目全线工程地质条件复杂，主要有倾倒变形体、崩塌、滑坡等不良地质情况，在前期勘察设计阶段较为详细的地质调绘、勘探和多方案的比选论证基础上[1]，结合施工过程中充分利用设计、地质工作一体化思路，及时进行动态设计，达到了投资节省、施工方便等目的，并得到了业主好评，可为类似工程提供解决方法。

2 不良地质治理方案

项目线路基本上沿日月河两岸布置，日月河谷深切，两岸地形陡峻河谷弯延曲折，地形地质条件较为复杂，不良地质发育，沿线不良地质较多，主要分布在龙颈隧道进口卸荷变形体、月亮城隧道进口古滑坡体、向阳坡古滑坡体等，按照有关文献[2]要求提出了切实可行技术方案，受篇幅限制，不能一一列举，仅就出现的典型不良地质及治理方案分述。

2.1 龙颈隧道进口卸荷变形体

由于线路起点位置的调整，龙颈隧道进口(K0+103.00 m)位于甘岔河左岸，经多方案比选后，洞门位置选定在日月河右岸孤山梁下，从洞口揭示的基岩出露形态分析，岩层层序完整，考虑到两岸岸坡存在卸荷变形(K0+399.00m)，路线重新选线时尽量沿山脊中线布线，以避开岸边卸荷带。隧道进口的孤山脊原始地貌见图1。

图1 隧道进口的孤山脊原始地貌图

图1所示洞脸部位出露厚层青灰色微晶灰岩，岩石坚硬，岩体较完整，由于前缘岩体坐落过程中的牵引作用，裂隙多呈张开状，其中充填红色粘土，局部可见溶坑。

在隧道开挖中发现隧道围岩中岩体卸荷变形十分明显，裂隙多呈张开状，沿层面节理J1与层面节理走向平行、倾向相反的J3组节理发育，沿这二组节理分别向临河方向卸荷变形明显，沿J1、J3节理溶坑、溶隙发育，张开的节理中多为褐红色泥质充填，围岩稳定性差。隧道洞门采用端墙式，经稳定性计算分析后，采用锁口锚杆锚固后进洞，洞口采用钢拱架初期支护，洞口仰坡采用主动网防护，避免了卸荷带的影响。隧道进口的孤山脊建成后情况见图2。

图2 隧道进口的孤山脊建成后图

2.2 月亮城隧道进口古滑坡塌堆积体

此区内走向平行岸坡陡倾角断层发育，规模大延伸长，陡倾坡外。隧道进口边坡大理岩层面顺坡出露，沿层面发育一条小冲沟，现场调查发现左侧沟坡顺大理岩层面滑动形成，右侧沟坡是沿走向NW297°倾向NE的J3组陡倾角节理组合切割形成，层面节理J1与J3组节走向在坡顶相交，相向倾斜构成三棱锥形楔形体，2个面的组合交线指向河床偏下游，交线倾角较大。从揭露的建基面分析可知，楔形体滑塌堆积体直接覆盖在河床砂卵石层上，中下部多为大块石，层序紊乱、岩层解体较严重，表层块碎石粒径较小，部分有泥钙质胶结，孔洞中发现有较多的淡黄色方解石晶体，晶体粗大，冲沟左侧为大理岩层面，冲沟右侧为古滑坡堆积体，现有小冲沟由暂时性水流沿原有滑动面冲刷形成，此滑坡属楔形体滑塌堆积形成古滑坡堆积体。

此处的工程难点是如何处理古滑坡堆积体形成临时高陡边坡，经稳定计算分析，边坡稳定性不满足要求，需加强边坡防护工作。一是全部挖除方案，经调查发现该古滑坡堆积体，顶部接近岸坡顶，挖方量较大、投资大、风险大，挖除方案不可行；二是强支护锚固治理方案，因滑坡堆积体为大小不等的块碎石堆积，存在较多裂缝及架空，无法形成有效的内锚固段，存在一定风险，经多次方案比选、专家论证后保留原有自然边坡，将隧道明洞延长约20 m，选择早进洞方案，避开高边坡开挖风险。为此节省工程投资约100万元，缩短工期2.5个月。施工完成后经1 a边坡变形监测，未出现变形和坍塌，实践证明隧道明洞延长、早进洞方案安全可行，治理方案经济适用。

2.3 东村变形体

东村隧道进口(K20+065.00 m～ K20+428.00 m)滑坡地貌特征不十分明显，山顶以下有一近直立的陡坎，陡坎之下为顺直的斜坡地形(图3)，前缘岩层产状紊乱，表层的节理多呈张开状，具有卸荷变形特征。在隧道掘进中发现大理岩层面走向与洞向大角度斜交，倾向河床偏下游，沿层间节理溶隙发育，充填红色泥质和粉沙，在K20+270.00 m～ K20+289.00 m段，平行右边墙发育一条长19 m、宽6 m、高2.5～3 m的溶洞。该溶洞沿NE80°SE∠80°陡倾断层发育。右边墙出露溶洞情况见图4。

图3 东村变形体地表形态图

图4 右边墙上出露的溶洞图

此处岸坡沿层面向河床方向发生过蠕滑变形，陡倾结构面有可能是蠕滑变形时拉裂的结果，其中方解石脉和黄色泥质为后期地下水在深部循环时沉淀形成的次生充填物。岩体中原始层状结构亦然保持，但节理中溶洞、溶隙较发育，围岩稳定性较差。隧道在掘进中及时进行动态设计，调整支护参数(加密钢拱架、增加锚喷厚度、加强锁脚锚杆等)，确保了工程安全。

2.4 向阳坡古滑坡体

向阳坡古滑坡是对外路沿线规模最大的古滑坡，古滑坡东侧边界在东村隧道出口(K20+595.00 m)，西侧边界在太平沟左侧(K21+558.00 m)，即太平沟中桥桥台部位，路线在古滑坡前缘爬坡上行，穿越古滑坡前缘的总长度达960 m。古滑坡上对外路位置示意见图5。

图5 古滑坡上对外路位置示意图

(1) 构成向阳坡古滑坡边界条件

南西侧以5～7 m厚的金云母大理岩为侧滑面，滑面产状NE71°SE∠13°，北东侧滑面产状NW322°SW∠60°，2个滑面走向在NW端相交，相向倾斜，构成组合交线自NW向SE倾斜的巨型斜卧状三棱锥型基岩滑坡，主滑方向朝向日月河河床，因组合交线倾角较缓，滑动时滑速较慢，当滑坡体前缘抵达日月河河床后受阻停止滑动，后部在惯性力推动下继续向前推挤，在日月河边形成高耸的滑坡鼓丘，滑坡鼓丘之后的滑坡洼地地表平坦，从高空俯瞰，滑坡鼓丘、滑坡洼地等滑坡地貌特征一应俱全,古滑坡体现状稳定。

(2) 路堑内边坡变形滑塌的部位

K21+433.00 m～K21+558.00 m段路线在太平沟边爬坡上行，设计路面高程880.00～882.00 m，设计路堑内边坡高20～30 m，在滑坡体中自上而下以1∶0.75的坡比下挖，当挖到金云母大理岩滑带上层面时，滑带上层面处有地下水渗出，边坡顶部出现拉裂缝，边沿部位出现垮塌。

(3) 路堑内边滑塌变形区边坡地质结构

表层为厚2～3 m粉质粘土夹杂块碎石，其下为滑坡堆积体，堆积体为中厚层大理岩，原岩层序基本保持，层面产状NE80°SE∠41°(正常岩层产状NE71°SE∠13°)，层面走向与开挖边坡坡向呈小角度斜交，倾向坡外，沿倾向延伸较长，易沿层面向下滑动。滑坡堆积底部夹有2～3 m厚的块碎石和岩石碎屑，金云母大理岩上层面主滑带多为淡黄色方解石断续充填，方解石晶体完整胶结好，沿底滑面形成不透水的相对隔水层，主滑面以上2～3 m厚的块碎石及岩石碎屑中地下水富集呈饱水状态。

(4) 控制边坡变形位移的主要因素及变形机理

经地质调绘、素描及有限元数值分析，边坡表层为粉质粘土，中部是以层状大理岩为主的滑坡堆积体，底部块碎石及岩石碎屑中地下水富集呈饱和状态,具有较高的可塑性。在上覆滑坡堆积体自重应力作用下，易向边坡临空面产生塑性挤出变形，因路堑边坡的开挖，挖出了其上覆盖的坡积碎石土，形成了向坡外塑性挤出变形的临空面，在上覆滑坡堆积体的自重应力作用下，饱水的块碎石及岩石碎屑向开挖边坡外塑性挤出，引起边坡顶部地表开裂下沉，边缘部位出现垮塌，是边坡变形滑塌的主要原因。通过详细的地表调查，测定地表裂缝分布、变形位移方向等第一手资料、经综合分析后认为，边坡变形是金云母大理岩上层饱水的块碎石及岩石碎屑向开挖边坡外塑性挤出所致。

(5) 边坡处治措施

通过分析边坡变形机理和影响因素，设计和地质专业共同制定加固处理方案，针对查明的变形机理，对原有加固处理方案及时进行了优化调整，对变形区边坡采用分段开挖、分段浇筑仰斜式片石混凝土挡墙，要求将挡墙基础置于滑动面之下的稳定岩层上，设置重力式挡土墙(底宽3.1 m、高8.8 m)，基础面设置反坡或凹槽，以增加抗滑力。渗水处设PVC排水管，墙后填碎石土压脚将饱水的块碎石及岩石碎屑带形成封闭。工程施工完成后边坡顶部拉裂缝变形趋于停止，前缘未出现变形位移的迹象，抗滑处理效果明显。经后期随机巡检，顶部拉裂缝多数消失，挡墙未出现变形位移。依动态设计的理念，及时调整加固处理方案，优化方案较原方案节约工程投资约160万元，降低了施工难度，加快了施工进度，体现动态设计的优越性。