金子灘電站引水隧洞古滑坡體的處理措施

廖 偉

(雅安市水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,四川雅安,625000)

1 概述

金子灘電站是一座有壓引水式電站,設(shè)計(jì)水頭 83.75m,圓形隧洞內(nèi)徑 3.8m,裝機(jī) 2×10.5MW,2004年動工,2006年1#機(jī)組試運(yùn)行。引水隧洞 3#支洞主洞,當(dāng)施工掘進(jìn)到里程 3+426m處時,地質(zhì)情況突變,圍巖破碎,呈亞粘土夾塊孤石,有少量裂隙水,成洞條件差,開挖時發(fā)生嚴(yán)重垮塌,阻礙了正常掘進(jìn);采用 I14mm工字鋼制作鋼拱架邊開挖邊支護(hù)、頂部噴混凝土的方案時,洞頂大垮塌將鋼拱架推倒壓變形,向前掘進(jìn)很難,施工十分危險(xiǎn),被迫停工。經(jīng)過對現(xiàn)場分析及地表地質(zhì)測繪,初步認(rèn)定進(jìn)入到了古滑坡體。為此,通過現(xiàn)場勘測、取樣等綜合手段進(jìn)行研究,查清了滑坡體的確切范圍、規(guī)模和性質(zhì),為設(shè)計(jì)提供了充分的依據(jù)。

2 自然地質(zhì)概貌

工程區(qū)大地構(gòu)造位于川滇南北構(gòu)造帶的北部,區(qū)域構(gòu)造為大相嶺歹字型構(gòu)造的東部,其東邊 5km有青龍斷裂通過,西北 6km有北東向花灘斷裂通過。巖層傾向 20°～60°,傾角 35°～45°,有三組節(jié)理發(fā)育:①傾向 249°～257°,傾角 39°～66°,間距 1m～3m,面平直,延伸0.5m～2.5m,發(fā)育;②傾向 308°～335°,傾角80°～85°,間距 2m～3m,面較平,較發(fā)育;③傾向 60°～89°, 傾角 68°～78°, 面較平, 稀少。工區(qū)出露地層為侏羅系上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組 (J3p)、白堊系下統(tǒng)天馬山組 (K1t)、白堊系上統(tǒng)夾關(guān)組 (K2j)、灌口組 (K2g)以及第四系松散堆積層。

3#支洞主洞至調(diào)壓井段,出露地層為白堊系灌口組 (K2g)泥鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖,呈中厚層狀,節(jié)理裂隙發(fā)育,屬Ⅲ～Ⅳ類圍巖,此外并存在第四系堆積層和古滑坡體。

工程區(qū)物理地質(zhì)作用主要有風(fēng)化、剝蝕、卸荷崩塌和古滑坡體滑動,第四系與基巖中順層滑動較發(fā)育,壓力管道坡面分布深厚古滑坡堆積。

3 古滑坡體的成因及變形發(fā)展

3.1 古滑坡體形成原因

滑坡形成經(jīng)歷了漫長的過程。古滑坡體右岸由白堊系 (K2g)泥鈣質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)鈣質(zhì)泥巖組成,巖層走向與岸坡近于平行且傾向坡處,由于河谷深切和河流對右岸凹部的側(cè)蝕作用,形成了近 200m的高陡岸坡,大相嶺歹字形構(gòu)造帶靠滑坡體東部通過,東面 5km有青龍斷裂通過,西北 6km有北西花灘斷裂通過,加之兩側(cè)沖溝的切割,使巖體失去傍側(cè)牽引,構(gòu)成向河谷臨空的不穩(wěn)定巖體。由于卸荷、風(fēng)化、地應(yīng)力、重力和地下水的長期作用,逐漸形成了高陡岸坡的平衡條件,坡體后壁陡傾角構(gòu)造裂隙張開,形成拉裂面,地表水往拉裂面不斷滲入,當(dāng)拉裂面發(fā)展到一定程度,與坡體層間泥巖軟弱夾層貫通時,遇特大暴雨,在動水壓力和巖體重力等地質(zhì)營力的作用下,導(dǎo)至岸坡順層下滑。由于滑坡體前緣剪出口高于古河槽約 20m,當(dāng)滑體前緣物質(zhì)被擠出后,垮塌堆積于Ⅱ級階地上,因下滑力較大,將Ⅱ級階地表層粘土大部分推掉,滑體沿Ⅱ級階地砂卵礫石層滑移受阻,逐漸減速而停止滑動。

3.2 古滑坡變形發(fā)展三階段

金子灘前池段滑坡形成機(jī)制,屬滑移——壓致拉裂破壞類型,其變形發(fā)展過程可分三個階段。

3.2.1 卸荷回彈滑移、拉裂階段。由于河流強(qiáng)烈下切與側(cè)向侵蝕作用,岸坡逐漸變高變陡,岸坡巖體在卸荷回彈、地應(yīng)力釋放和重力作用下,坡頂出現(xiàn)拉應(yīng)力集中帶,導(dǎo)致平行河流方向的陡傾構(gòu)造裂面拉裂張開,巖體沿層間泥巖軟弱夾層產(chǎn)生向河床方向蠕動變形滑移,滑移面的鎖固點(diǎn)產(chǎn)生垂向上的拉張裂隙。

3.2.2 壓致拉裂擴(kuò)展階段。隨著變形的發(fā)展,壓致拉裂面不斷擴(kuò)展,坡體內(nèi)不斷產(chǎn)生應(yīng)力松馳,地表水沿拉裂縫滲入軟化滑帶,進(jìn)一步促進(jìn)坡頂和坡腳已形成的拉裂面或滑移面向縱深發(fā)展。

3.2.3 滑移面貫通剪斷階段。當(dāng)岸坡頂部拉張裂面和底部剪切滑移面遷就并追蹤已有結(jié)構(gòu)面向坡體內(nèi)部發(fā)展到一定程度,岸坡變形進(jìn)入累進(jìn)性破壞階段時,坡腳巖體由于岸坡上部巖體的強(qiáng)烈擠壓作用,開始了緩慢的滑移過程;當(dāng)岸坡底部剪切滑移面與后緩拉裂面之間地段逐漸被壓碎、擴(kuò)容和剪斷,終使滑面擴(kuò)展貫通,導(dǎo)致岸坡失穩(wěn)下滑。

3.3 滑坡的變形演化

滑坡形成后,滑體結(jié)構(gòu)疏松,裂隙發(fā)育,外地質(zhì)營力對滑坡的破壞、改造更加強(qiáng)烈,促進(jìn)滑坡粘土化,使滑體局部又重新活動,其范圍從地貌上可大致確定為滑坡中部沖溝與右岸沖溝之間的區(qū)域。在此范圍內(nèi),滑體粘土含量相對較高,無巨大巖塊或假基巖存在。實(shí)際上,滑體中沖溝就是沿該重新活動滑動邊緣之剪切帶發(fā)育而成。

4 古滑坡體的穩(wěn)定分析

調(diào)查發(fā)現(xiàn),滑坡前緣上覆的Ⅰ級階地階面保存完好,滑體中部及后緣樹木生長正常,無“醉漢林”、 “馬刀樹”現(xiàn)象?；w上有院落數(shù)座,其房屋、古墓均未發(fā)現(xiàn)變形痕跡,說明滑坡體滑動歷經(jīng)較長的穩(wěn)定時間。經(jīng)過分析、論證及穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果亦表明,在目前天然條件下,滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài),符合以上實(shí)際情況。當(dāng)隧洞施工開挖到該處時,隧洞進(jìn)入到散體結(jié)構(gòu)的古滑坡堆積體,屬于Ⅴ類圍巖體。由于圍巖成洞條件差,洞室施工開挖時,古滑坡體自身穩(wěn)定遭到破壞,滑坡體向洞內(nèi)發(fā)生大規(guī)?？逅?出現(xiàn)嚴(yán)重的不利因素,滑坡體發(fā)生局部失穩(wěn)。

5 處理措施

由于該段古滑坡體所處位置在引水隧洞至調(diào)壓井之間,經(jīng)過以上研究分析,綜合各位專家提供的意見,為確保洞室的施工安全,建議采用超前管棚法先護(hù)后挖的施工方案。

5.1 施工方法

在開挖前先將外徑 φ100mm、長10m的鋼管插入掌子面古滑坡體中,插入傾角 4°～6°、間距 40cm。采用液壓鉆成孔,并利用液壓鉆的沖擊力將鋼管頂入圍巖中,外露末端焊接在鋼拱架上。

開挖時,每個循環(huán)進(jìn)尺為 3.5m,并采用I14mm鋼拱架、邊開挖邊支護(hù)的施工方法。鋼拱架用 18～24根 φ22mm、長 3.0m錨桿固定,并與鋼管焊接。兩榀鋼拱架間距 1.0m,φ22mm拉筋聯(lián)接,拉筋間距 1.0m。

5.2 施工工藝

超前管柵法施工工藝程序如下:

(1)對開挖面進(jìn)行初次噴射混凝土,噴層厚度一般為 3cm～6cm;

(2)架立鋼拱架支撐,并做好縱向聯(lián)結(jié)支撐;

(3)第一次測量,標(biāo)出超前鋼管孔的位置,并核對巷道凈空;

(4)鉆孔和插鋼管;

(5)掛鋼筋網(wǎng),焊接鋼管外露端,焊接橫向短鋼筋、鋼拱架支撐相接處;

(6)清除工作面底部附近的浮渣;

(7)第二次噴射混凝土,噴層厚度一般為15cm～20cm;

(8)第二次測量,在開挖面畫出下次開挖輪廊線,并標(biāo)出炮眼位置;

(9)鉆炮眼,裝藥,堵炮眼及爆破;

(10)工期計(jì)劃,4天一個循環(huán),進(jìn)尺為3.5m。

在實(shí)施以上施工方案后,施工單位在施工中安全地通過該段古滑坡體。并經(jīng)永久性支護(hù)和通水試驗(yàn)后,當(dāng)年即開始運(yùn)行發(fā)電,至今未出現(xiàn)任何問題,創(chuàng)造出了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。