阿爾塔什水利樞紐工程高邊坡危巖體治理方案

許 德 順， 李 亞 軍， 栗 浩 洋

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066；2.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院, 四川 成都 610065)

1 概 述

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流中游段，是葉爾羌河流域第9個(gè)梯級(jí)規(guī)劃電站。工程壩址右岸為坡度呈50°～70°、最大高度達(dá)610 m的超高陡邊坡，且分布著多達(dá)31個(gè)散布型危巖體需進(jìn)行處理，其處理寬度達(dá)400 m，總面積達(dá)6.91萬(wàn)m2，總處理方量達(dá)23.61萬(wàn)m3，對(duì)壩址區(qū)域施工工作的安全開(kāi)展造成了極大的威脅。

該工程右岸較大邊坡的高度和陡度以及龐大的危巖體方量使其處理難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)已完成的類(lèi)似危巖體處理工程。因此，有必要對(duì)右岸高陡邊坡危巖體群的加固施工進(jìn)行深入研究，以保障壩址區(qū)施工的安全順利進(jìn)行。工程技術(shù)人員在對(duì)右岸危巖體進(jìn)行穩(wěn)定性和破壞模式分析的基礎(chǔ)上，提出了將W1～W31總計(jì)31個(gè)危巖體區(qū)域進(jìn)行區(qū)域歸類(lèi)并分期處理的施工方案。同時(shí)，采用索道運(yùn)輸技術(shù)、錨桿加固技術(shù)、爆破開(kāi)挖技術(shù)對(duì)危巖體進(jìn)行處理，以期達(dá)到節(jié)約成本、提高效率、保證安全的施工目標(biāo)。

2 對(duì)危巖體的狀況進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)

2.1 危巖體的破壞模式

根據(jù)前期對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘測(cè)取得的結(jié)果，可以將右岸邊坡31個(gè)危巖體區(qū)域的破壞模式分為兩大類(lèi)，即楔形體失穩(wěn)破壞和單滑體失穩(wěn)破壞。

(1)楔形體失穩(wěn)破壞。

楔形體主要是由多組不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面相互組合切割而成。楔形體破壞在W1～W9以及W14危巖體區(qū)域內(nèi)均可見(jiàn)到。

(2)單滑面失穩(wěn)破壞。

在單滑面失穩(wěn)破壞模式中，危巖體的底滑面一般是以卸荷裂隙為主，而臨空面一般是因兩側(cè)邊坡崩塌或沖蝕形成。此外，當(dāng)邊坡堆積物兩側(cè)有沖溝形成的山脊時(shí)，其破壞模式類(lèi)似。

2.2 危巖體的分區(qū)統(tǒng)計(jì)

右岸邊坡危巖體在空間上的分布較為分散，且因邊坡高陡，施工道路布置極為困難，能夠提供給施工人員和機(jī)械作業(yè)的平臺(tái)很少。為實(shí)現(xiàn)對(duì)危巖體群的有序高效處理，工程技術(shù)人員將31個(gè)危巖體進(jìn)行了歸類(lèi)劃分并統(tǒng)計(jì)了相應(yīng)的方量。

(1)危巖體分區(qū)。

分區(qū)劃分原則主要從兩個(gè)方面考慮：一是危巖體與水工建筑物之間的相對(duì)位置，二是危巖失穩(wěn)后造成的危害?；谝陨显瓌t，將右岸高陡邊坡危巖體群在空間位置上分為A、B1、B2、C四個(gè)區(qū)域。同時(shí)，按照危巖方量的大小將危巖區(qū)域劃分為用黑線(xiàn)圈出的大方量危巖體和用白線(xiàn)圈出的表層小塊石體(圖1)。

圖1 右岸高邊坡危巖體分區(qū)劃分示意圖

A、B1、B2、C四個(gè)區(qū)域危巖特征如下：

A區(qū)：主要從壩軸線(xiàn)開(kāi)始往下游，危巖體失穩(wěn)、垮落后主要影響水利樞紐右岸布置的深孔泄洪洞與發(fā)電洞洞口。

B1區(qū)：主要是大壩軸線(xiàn)到面板邊坡趾板線(xiàn)起點(diǎn)，該部分危巖體失穩(wěn)、垮落后，由于距離面板位置較高，將對(duì)大壩面板造成嚴(yán)重的危害。

B2區(qū)：主要位于面板壩趾板線(xiàn)以上到水庫(kù)正常蓄水位之間的邊坡上，該區(qū)域危巖體失穩(wěn)后的危害小于B1區(qū)。

C區(qū)：系從面板壩上游壩坡坡腳向上游的邊坡范圍內(nèi)，該區(qū)內(nèi)分布的危巖體失穩(wěn)后，不會(huì)對(duì)水利樞紐中主要建筑物造成太大的影響，所掉落的塊體主要掉落在水庫(kù)中，規(guī)模較大的危巖體失穩(wěn)可能會(huì)引起水庫(kù)涌浪事故。

(2)危巖體方量的估算。

對(duì)各區(qū)的危巖體進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查與測(cè)量，對(duì)各區(qū)內(nèi)的危巖體詳細(xì)位置、方量進(jìn)行了估算，其結(jié)果如表1所示。

表1 壩址右岸高邊坡危巖方量統(tǒng)計(jì)表

由表1可以看出：B1劃分區(qū)域包含18個(gè)危巖區(qū)，總方量超過(guò)44萬(wàn)m3，同時(shí)，該區(qū)域危巖處于面板上方，失穩(wěn)滑落后對(duì)壩體防滲面板威脅巨大，是危巖體處理工作的重點(diǎn)。

3 危巖體治理及采取的施工方案

3.1 危巖體治理方案

在充分考慮了各危巖體分布位置、危巖方量、失穩(wěn)后果等因素后，對(duì)其中危險(xiǎn)性高、處理難度大的部分危巖體制定了以下處理方案。

(1)B1區(qū)W1～W9。

W1～W9危巖體位于右岸邊坡頂部，失穩(wěn)方式主要以孤石和危巖的垮落為主，對(duì)壩體及面板施工安全威脅較大，故需進(jìn)行徹底挖除。

(2)B1區(qū)W17～W18。

W17和W18以孤石垮落為主，巖體垮落會(huì)對(duì)工程運(yùn)行期造成較大威脅，需全部進(jìn)行挖除。其中，W18主要為崩落巖體堆積區(qū)，以大塊石為主。處理時(shí)，考慮在基腳處采取弱爆破后，再對(duì)滑落區(qū)域進(jìn)行處理即可。

(3)B1區(qū)W19(20)～W21。

W19(20)是右岸高邊坡中發(fā)育規(guī)模最大的一個(gè)危巖體，出露面積達(dá)22 319 m2，卸荷裂隙十分發(fā)育，有可能發(fā)生沿卸荷裂隙與層面的楔形體破壞。在根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探查和對(duì)比類(lèi)似工程情況后，考慮使用全斷面表層開(kāi)挖，然后用錨索和錨桿加固的處理方法進(jìn)行處理。W21危巖體較為破碎，開(kāi)挖時(shí)控制的重點(diǎn)在于控制爆破參數(shù)，避免次生危巖的產(chǎn)生。

(4)B1和C區(qū)W22～W24、W31、W25、W27。

W22～W24本身裂隙發(fā)育程度高，破碎程度較大。危巖體的處理方式主要為開(kāi)挖，以使其達(dá)到平順后結(jié)合斷層的處理方式，在對(duì)斷層進(jìn)行加固處理時(shí)支護(hù)促其穩(wěn)固。

W25以及W27危巖體的破壞模式主要是以結(jié)構(gòu)面相互切割形成的塊體破壞模式為主，因此，主要采取清除表面危巖孤石，然后采用系統(tǒng)錨噴支護(hù)以及錨索結(jié)合框格梁進(jìn)行支護(hù)。

W27和W31危巖體均位于大壩趾板附近，且部分危巖體已經(jīng)嵌入趾板開(kāi)挖區(qū)域內(nèi)，因此，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘了解到的實(shí)際情況，結(jié)合趾板施工要求，在對(duì)這兩塊危巖體進(jìn)行全部開(kāi)挖清除后再對(duì)開(kāi)挖后的次生危巖體區(qū)進(jìn)行錨索加固或錨桿支護(hù)。

(5)W11～W16、W30危巖體。

W11～W16、W30危巖體的形式主要為邊坡崩落堆積和結(jié)構(gòu)面切割而成的不穩(wěn)定巖體，其破壞模式以塊體失穩(wěn)為主，因此，在處理過(guò)程中，對(duì)表面危巖孤石進(jìn)行完全清理即可。

危巖體群的治理方案見(jiàn)圖2。

3.2 危巖體治理采取的施工方案

(1)危巖體施工的開(kāi)挖分期。

根據(jù)危巖體的空間分布特點(diǎn)以及施工條件，將具體的危巖體施工開(kāi)挖分為4期：第1期為B1區(qū)W1至W9危巖體，第2期為B1區(qū)W17和W18危巖體，第3期為B1區(qū)W19(20)、W21危巖體，第4期為B1和C區(qū)W22、W23、W24、W27和W31危巖體。對(duì)于W10～W16、W26、W28～W30危巖體，由于其方量較小且未位于壩體的正上方，故對(duì)其不進(jìn)行處理。

圖2 右岸邊坡危巖體群治理施工對(duì)策示意圖

(2)索道運(yùn)輸方案。

為了解決因邊坡高陡原因造成的施工難度大問(wèn)題，結(jié)合地形特點(diǎn)后最終決定采用索道施工技術(shù)進(jìn)行危巖體處理。索道下錨點(diǎn)設(shè)置在左岸壩軸線(xiàn)附近范圍，下錨點(diǎn)和卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置在1 686 m高程平臺(tái)上，將卷?yè)P(yáng)機(jī)上料平臺(tái)布置在左岸河灘部位約1 670 m高程。該工程共布置了8條運(yùn)輸索道，其中一條(1#)設(shè)計(jì)運(yùn)載量為10 t，其余七條(2#～8#)設(shè)計(jì)運(yùn)載量為2 t。

索道在空間布置上應(yīng)盡量覆蓋到每一塊危巖體施工區(qū)域，其中，由于W19(20)危巖體處理工程量極大，考慮布置三條索道進(jìn)行覆蓋，其中一條為10 t重型索道，負(fù)責(zé)材料和施工機(jī)械的運(yùn)輸任務(wù)。

(3)爆破開(kāi)挖方案。

在對(duì)危巖體進(jìn)行爆破清除施工中，主要采取淺孔爆破和深孔爆破兩種方式。淺孔爆破主要用于W1～W9及其他危巖體的開(kāi)口部位。但是，由于這些部位距離坡腳高度均在600 m以上，因此要重點(diǎn)考慮爆破飛石產(chǎn)生的影響。深孔爆破主要針對(duì)以W19(20)為代表的開(kāi)挖方量大的危巖區(qū)域，在深孔爆破中要注意減少由爆破沖擊產(chǎn)生的次生危巖。

在具體的爆破開(kāi)挖工程施工中，具體的爆破參數(shù)、爆破方法的確定一般依據(jù)爆破設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，將實(shí)際效果與預(yù)期結(jié)果對(duì)比后進(jìn)行方案的調(diào)整優(yōu)化，根據(jù)調(diào)整的數(shù)據(jù)，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，以減少爆破對(duì)邊坡巖體的破壞，保證施工安全。

淺孔和深孔的爆破參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 淺孔和深孔爆破參數(shù)表

此外，為避免因爆破產(chǎn)生的飛石給下方作業(yè)面造成損害，對(duì)爆破產(chǎn)生的飛石距離進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)，在爆破過(guò)程中采取弱松動(dòng)爆破、增長(zhǎng)堵塞長(zhǎng)度、對(duì)炮區(qū)覆蓋炮被等措施控制飛石距離。

4 結(jié) 語(yǔ)

工程技術(shù)人員結(jié)合地勘資料，對(duì)危巖體的失穩(wěn)破壞模式進(jìn)行了分析，采取了有針對(duì)性的施工開(kāi)挖處理方案，所取得的主要成果如下：

(1)對(duì)勘察到的31塊危巖體失穩(wěn)模式進(jìn)行了定性分析，采取整體開(kāi)挖、部分開(kāi)挖、主被動(dòng)網(wǎng)支護(hù)和錨索錨桿支護(hù)等施工手段進(jìn)行了處理。

(2)結(jié)合危巖體與水工建筑物的相對(duì)位置，依據(jù)自上而下的施工順序和危巖體高程位置將危巖體群分為4期進(jìn)行處理，針對(duì)分期和分區(qū)結(jié)果采取不同的施工治理對(duì)策，為危巖體群的開(kāi)挖支護(hù)提供指導(dǎo)。

(3)在危巖爆破施工中，通過(guò)大量生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，確定出一套符合該工程的爆破參數(shù)，有效地控制了爆破飛石對(duì)相鄰施工工作面的影響，節(jié)約了施工成本。處理過(guò)程中基本未再次生成次生危巖，保證了施工安全。

(4)采用索道取代重型機(jī)械設(shè)備道路進(jìn)行材料運(yùn)輸，在節(jié)約成本的同時(shí)提高了施工效率。整個(gè)危巖體的處理工期比設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)工期提前2.5個(gè)月。危巖體治理工程的提前完工，為保證大壩施工總體進(jìn)度奠定了基礎(chǔ)。