大崗山水電站右岸邊坡安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

王界雄，董瑜斐

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

隨著我國(guó)大規(guī)模能源開(kāi)發(fā)及其它大型工程的興建,高陡邊坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測(cè)已經(jīng)普遍開(kāi)展,并形成具有當(dāng)今特色的主要安全監(jiān)測(cè)課題之一。在我國(guó)西南、西北地區(qū)水能資源開(kāi)發(fā)中遇到的高陡邊坡,大多分布在南北向地震構(gòu)造帶及其以西地區(qū)。巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,谷坡深部地應(yīng)力較高,構(gòu)成了這一地區(qū)高陡邊坡復(fù)雜的巖體力學(xué)環(huán)境條件。在這樣的條件下修建高壩大庫(kù),高陡斜坡穩(wěn)定性安全監(jiān)測(cè)問(wèn)題不僅將對(duì)工程修建的可行性決策起到重要作用,而且對(duì)高陡邊坡的穩(wěn)定性研究、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行期的安全等都是必不可少的。

大崗山水電站是大渡河干流近期開(kāi)發(fā)的大型水電工程之一,它位于四川省西部大渡河中游。電站擬采用混凝土雙曲拱壩,總裝機(jī)260萬(wàn)kW。右岸壩頂邊坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜,且坡體深部有長(zhǎng)大裂隙帶發(fā)育,其穩(wěn)定性直接影響著大壩的安全。

為了進(jìn)行電站壩區(qū)高邊坡安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì),對(duì)位于右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入細(xì)致研究。電站右岸壩頂邊坡谷坡高陡,開(kāi)挖高度150～200 m,而且坡體深部發(fā)育有中緩傾坡外的XL316和XL9-15兩個(gè)長(zhǎng)大裂隙密集帶,壩頂以下有與之相接的f231底滑面剪出，加之該區(qū)域?yàn)楦叩卣鹆叶葏^(qū),一旦發(fā)生地震,將嚴(yán)重威脅壩頂邊坡的穩(wěn)定性,對(duì)電站的建設(shè)及運(yùn)行產(chǎn)生重大影響,不但會(huì)延誤工期,而且將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此,邊坡的安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)對(duì)驗(yàn)證邊坡的開(kāi)挖支護(hù)措施,研究坡體深部長(zhǎng)大裂隙變化情況和邊坡的穩(wěn)定性,指導(dǎo)工程的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)與合理施工,保證邊坡工程在施工和運(yùn)行期的安全,電站的建設(shè)和正常運(yùn)行等具有十分重要的工程實(shí)踐意義。

2 基本地質(zhì)資料

2.1 地形地貌

壩址區(qū)兩岸山體雄厚，谷坡陡峻，基巖裸露，自然坡度一般40°～65°，相對(duì)高差一般在600m以上。左岸海流溝、右岸銅槽溝為較大的支溝，海流溝口以上大渡河河谷呈“V”形峽谷，向下游河谷相對(duì)寬緩。

2.2 地層巖性

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

無(wú)區(qū)域斷裂切割，構(gòu)造型式以沿脈巖發(fā)育的擠壓破碎帶、斷層和節(jié)理裂隙為特征。

(1)斷層。右岸拱肩槽上游邊坡除前期勘探揭示的f231、f220等斷層外，還新揭示了f218、fj605等斷層。

(2)節(jié)理裂隙。右岸拱肩槽上游邊坡主要發(fā)育5組節(jié)理裂隙。

2.4 風(fēng)化卸荷

根據(jù)招標(biāo)階段的風(fēng)化卸荷劃分標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合邊坡開(kāi)挖后對(duì)巖體風(fēng)化卸荷的詳細(xì)復(fù)核資料，右岸拱肩槽上游邊坡主要為弱風(fēng)化上段—微新巖體，其中弱風(fēng)化上段主要分布于開(kāi)口線附近，弱風(fēng)化下段主要分布于1 120m高程以上，微新分布于1 120m高程以下。

右岸巖體卸荷在垂直空間上，卸荷深度有總體隨高程的降低而明顯減弱的趨勢(shì)，且受微地形、巖性及構(gòu)造等影響具一定程度的不均一性特點(diǎn)。強(qiáng)卸荷主要分布于開(kāi)口線附近，弱卸荷主要分布于1 120m高程以上。共揭露XL316-1、XL9-15兩條中等傾角卸荷裂隙集中發(fā)育帶。

2.5 水文地質(zhì)條件

樞紐區(qū)地下水類型按賦存條件可分為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙潛水二種類型?；鶐r裂隙水按其埋藏條件可進(jìn)一步分為基巖裂隙潛水和基巖裂隙承壓水。

據(jù)調(diào)查，右岸邊坡地下水以基巖裂隙水為主，地下水位水平深度一般20～100m。右岸邊坡多處存在脈狀或囊狀水。

2.6 巖體地應(yīng)力特征

可研階段共作了7組孔徑法空間地應(yīng)力和6孔水壓劈裂法平面應(yīng)力測(cè)試。地應(yīng)力測(cè)試資料表明，樞紐區(qū)內(nèi)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用方向表現(xiàn)為NWW～SEE向擠壓。樞紐區(qū)應(yīng)力場(chǎng)是構(gòu)造應(yīng)力和自重應(yīng)力疊加的應(yīng)力場(chǎng)，而構(gòu)造應(yīng)力是樞紐區(qū)特別是左岸應(yīng)力場(chǎng)的主要組成部分。

2.7 巖石(體)物理力學(xué)參數(shù)

壩區(qū)基本巖體質(zhì)量是取決于多種因素的綜合，在充分研究壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類型及完整性、緊密程度、風(fēng)化卸荷、裂隙發(fā)育程度和地下水狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合GB50287-2006《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，針對(duì)大崗山壩區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)，將壩區(qū)工程巖體質(zhì)量分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ四類。其中Ⅲ類巖體進(jìn)一步劃分為Ⅲ1和Ⅲ2兩個(gè)亞類，Ⅴ類巖體進(jìn)一步劃分為Ⅴ1和Ⅴ2兩個(gè)亞類。

壩區(qū)結(jié)構(gòu)面主要為斷層和節(jié)理裂隙，其力學(xué)特性主要取決于結(jié)構(gòu)面的充填情況及充填物的性狀，按其性狀和充填物情況劃分為剛性結(jié)構(gòu)面和軟弱結(jié)構(gòu)面兩類。剛性結(jié)構(gòu)面按隙壁接觸緊密程度與蝕變特征細(xì)分為膠結(jié)結(jié)構(gòu)面、蝕變結(jié)構(gòu)面和張開(kāi)結(jié)構(gòu)面三類；軟弱結(jié)構(gòu)面按其成因類型、充填物厚度、物質(zhì)組成等細(xì)分為三類。

f231斷層為右岸邊坡主要控制底滑面，主要揭露點(diǎn)有PD308平洞、PD314平洞、6號(hào)公路隧洞、AGR5灌漿平洞、1 090～1 130m右岸壩基、1 070～1 130m右岸上、下游邊坡等，N0°～6°W /NE∠39°～47°，起伏，在1 075m高程與β62交匯一帶有一高約2～5m的陡坎，局部?jī)A角達(dá)70°，帶寬7～30cm，由碎裂巖、角礫巖、碎粉巖組成?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與破碎帶物理力學(xué)試驗(yàn)成果表明，屬B1巖塊巖屑型—B2巖屑夾泥型，建議抗剪斷強(qiáng)度參數(shù)采用f′=0.42，c′=0.07，飽和折減系數(shù)取0.87。

3 右岸邊坡監(jiān)測(cè)布置原則

右岸壩肩邊坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜,且坡體深部有長(zhǎng)大裂隙帶發(fā)育,其穩(wěn)定性直接影響著大壩的安全。結(jié)合電站右岸壩肩邊坡的穩(wěn)定情況、地質(zhì)條件和處理支護(hù)措施，遵循以下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：

(1)安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)布置目的明確、重點(diǎn)突出、宏觀監(jiān)測(cè)和局部監(jiān)測(cè)相互兼顧。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目統(tǒng)籌安排，在不同時(shí)期可反映出不同的重點(diǎn)，并可為施工期和運(yùn)行期邊坡的安全分析評(píng)價(jià)提供可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)。

(2)所選擇的監(jiān)測(cè)設(shè)備經(jīng)濟(jì)合理，可靠穩(wěn)定，并充分考慮施工和觀測(cè)方便。在后期能較為方便地納入工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

4 右岸邊坡監(jiān)測(cè)布置體系

右岸壩肩邊坡安全監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和項(xiàng)目主要包括表面變形、巖體內(nèi)部的變形、支護(hù)應(yīng)力等，以期較為全面地掌握邊坡的穩(wěn)定情況。

4.1 右岸邊坡表面變形監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

右岸邊坡表面監(jiān)測(cè)設(shè)立36個(gè)外部觀測(cè)墩。開(kāi)挖邊坡上部的自然邊坡設(shè)3個(gè)測(cè)點(diǎn)，纜機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)及其以上開(kāi)挖邊坡設(shè)10個(gè)測(cè)點(diǎn)，纜機(jī)平臺(tái)以下～1 040.00m高程以下開(kāi)挖邊坡設(shè)23個(gè)測(cè)點(diǎn)，組成4個(gè)縱向觀測(cè)斷面。表面測(cè)點(diǎn)全面控制了f231在地表出露邊界兩側(cè)的變形，利用外部變形監(jiān)測(cè)水平位移及垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)，采用大地測(cè)量方法，同時(shí)監(jiān)測(cè)水平位移和垂直位移。

4.2 右岸邊坡淺表監(jiān)測(cè)

邊坡淺部主要指開(kāi)挖及其影響區(qū)域范圍。

根據(jù)大崗山邊坡的地質(zhì)特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)儀器按開(kāi)挖高程分三個(gè)區(qū)域布設(shè)：

(1)纜機(jī)平臺(tái)基礎(chǔ)及以上邊坡布設(shè)2套多點(diǎn)位移計(jì)、15臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)、21套錨桿應(yīng)力計(jì)、12個(gè)測(cè)斜孔和1個(gè)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中部分儀器穿過(guò)XL9-15。

(2)纜機(jī)平臺(tái)以下至壩頂高程邊坡布設(shè)8套多點(diǎn)位移計(jì)、13套錨桿應(yīng)力計(jì)、4套錨索計(jì)和4個(gè)測(cè)斜孔。其中部分測(cè)斜孔和多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)點(diǎn)安裝深度穿過(guò)斷層f231、f166，卸荷裂隙XL9-15、β85巖脈及β219巖脈，主要測(cè)點(diǎn)穿過(guò)主要斷層上、下盤，能有效監(jiān)測(cè)斷層之間塊體變形情況。

(3)右岸壩頂以下高程共布設(shè)7套多點(diǎn)位移計(jì)、7套錨桿應(yīng)力計(jì)、7套錨索計(jì)和3個(gè)測(cè)斜孔。其中部分測(cè)斜孔和多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)點(diǎn)安裝深度穿過(guò)斷層f231、β85巖脈及β62巖脈，主要測(cè)點(diǎn)穿過(guò)主要斷層或巖脈上、下盤，能有效監(jiān)測(cè)斷層之間的塊體變形。

4.3 右岸邊坡深部變形監(jiān)測(cè)

深部變形監(jiān)測(cè)主要是了解深部卸荷密集帶在開(kāi)挖過(guò)程和蓄水初期運(yùn)行中的變形情況，進(jìn)一步檢驗(yàn)邊坡整體穩(wěn)定性和安全裕度。

根據(jù)工程地質(zhì)情況及安全監(jiān)測(cè)需要，利用右岸邊坡現(xiàn)有的地質(zhì)勘探平洞，對(duì)其深部變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)儀器有石墨收斂計(jì)、裂縫計(jì)和漿砌條帶，具體布置見(jiàn)表1。

表1 右岸開(kāi)挖邊坡地勘平洞監(jiān)測(cè)儀器布設(shè)統(tǒng)計(jì)

右岸壩肩邊坡用于深部監(jiān)測(cè)的勘探平洞及灌漿平洞共有11個(gè)。在PD321(EL1301.80)、PD322(EL1267.05)、PD323(EL1220.34)平洞與XL09-15卸荷裂隙帶相交處各布設(shè)2支測(cè)縫計(jì)，監(jiān)測(cè)其高程方向上下錯(cuò)動(dòng)和水平變形情況。在PD321-1(EL1 305.10)、PD316(EL1 300.46)、PD322-1(EL1 269.57)、PD322(EL1267.05)平洞與XL316-1相交處各布設(shè)2支測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)其高程方向上下錯(cuò)動(dòng)和水平變形情況。在PD323-2(EL1 220.34)、PD323(EL1 220.34)平洞與f208斷層相交處各布置2支測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)其高程方向上下錯(cuò)動(dòng)和水平變形情況。在PD308(EL1 137.55)、PD314(EL1 107.00)平洞右岸AGR5(EL1 135.00)灌漿洞與f231斷層相交處各布置2支測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)其高程方向上下錯(cuò)動(dòng)和水平變形情況。

分別在PD316(EL1 300.46)、PD09(EL1 225.00)、PD09(EL1107.00)平洞內(nèi)設(shè)置石墨桿式收斂計(jì)；在PD321、PD316、PD322、PD308、PD314平洞內(nèi)設(shè)置砂漿條帶。

4.4 右岸邊坡加固處理措施監(jiān)測(cè)

右岸深部卸荷密集帶加固措施包括：邊坡錨索、防排水措施、6層抗剪洞、2層錨固洞及3層斜井等。

根據(jù)右岸卸荷密集帶處理的結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)及其施工措施，布置錨索測(cè)力計(jì)對(duì)邊坡錨索錨固力進(jìn)行監(jiān)測(cè)；在各高程錨固洞、抗剪洞及斜井內(nèi)各選擇1～2個(gè)典型監(jiān)測(cè)斷面，分別在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的圍巖及一期混凝土襯砌內(nèi)部布置2套三點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)和相應(yīng)錨桿應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)，監(jiān)測(cè)相應(yīng)圍巖(XL316-1、f231等)的穩(wěn)定及其受力情況。同時(shí)在其置換后的大體積二期混凝土內(nèi)的最大應(yīng)力部位布設(shè)壓應(yīng)力計(jì)和五向應(yīng)變計(jì)組，并在附近位置同時(shí)埋設(shè)無(wú)應(yīng)力計(jì)。另外，適當(dāng)布置錯(cuò)位計(jì)，了解加固處理后卸荷帶相對(duì)變形情況。在1 120m高程的抗剪洞監(jiān)測(cè)斷面上布置滲壓計(jì)，了解地下水滲透壓力變化情況。在部分錨固洞的端頭布置單向測(cè)縫計(jì)，抗剪洞與周圍圍巖間布置錯(cuò)位計(jì)，了解回填混凝土與端墻之間的縫隙開(kāi)合相對(duì)變形情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)表面監(jiān)測(cè)與巖體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)相結(jié)合，對(duì)加固處理措施做相應(yīng)的監(jiān)測(cè)布置。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、分析，了解右岸邊坡施工期及蓄水期的變形情況，檢驗(yàn)深部卸荷密集帶處理效果，為開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)、右岸山體的穩(wěn)定性分析及水電站正常運(yùn)行提供資料。