四川雙江口水電站典型工程邊坡失穩(wěn)分析

張巖

摘要：為了提升水電工程邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警及應(yīng)急處置能力，結(jié)合四川雙江口水電站典型工程邊坡發(fā)現(xiàn)變形直至失穩(wěn)的過程分析及監(jiān)測(cè)預(yù)警成果，從內(nèi)因和外因分析邊坡變形失穩(wěn)機(jī)理，制定了有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)處置及應(yīng)急治理等應(yīng)急處理方案，并按原定計(jì)劃保質(zhì)保量完成施工，有效避免了人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損失及次生災(zāi)害的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：邊坡失穩(wěn);邊坡監(jiān)測(cè)頇警;應(yīng)急處理;雙江口水電站;四川

中圖法分類號(hào)：TV698.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.014

工程邊坡的穩(wěn)定性受自然環(huán)境、地質(zhì)條件和人類活動(dòng)影響很大，特別是我國(guó)大型水電工程基本分布在西部高山峽谷地帶，自然環(huán)境更為復(fù)雜、施工環(huán)境更為惡劣。近年來(lái)，伴隨著異常天氣頻發(fā)，邊坡變形失穩(wěn)事件時(shí)有發(fā)生，對(duì)工程安全、進(jìn)度、投資均造成較大影響，甚至引起社會(huì)恐慌，故邊坡變形失穩(wěn)前的監(jiān)測(cè)預(yù)警、失穩(wěn)破壞后的應(yīng)急處置顯得尤為重要。

針對(duì)水電工程邊坡變形失穩(wěn)及應(yīng)急處置，通常采取“監(jiān)測(cè)、觀察”等預(yù)警手段和“削坡減載、支擋加固”等工程措施，本文以四川雙江口水電站典型工程邊坡變形失穩(wěn)及應(yīng)急處理實(shí)踐為案例，從施工過程監(jiān)測(cè)預(yù)警、邊坡變形失穩(wěn)機(jī)理、現(xiàn)場(chǎng)處置、應(yīng)急治理及實(shí)施效果等方面加以分析、總結(jié)，具有一定代表性。

1工程概況與地質(zhì)條件

1.1工程概況

雙江口水電站位于四川省阿壩州馬爾康市與金川縣交界處的大渡河上游東源足木足河和西源綽斯甲河匯合口以下約2 km處，是大渡河干流上游控制性水庫(kù)。樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，其中泄洪建筑物包括洞式溢洪道、深孔泄洪洞、利用3號(hào)導(dǎo)流洞改建的豎井泄洪洞和2號(hào)導(dǎo)流洞改建的泄洪放空洞。

3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡開口高程2 473m、底板高程2 355m，最大邊坡開挖高度118m、邊坡開挖坡比1：0.5，土石方開挖總量約28萬(wàn)m。開挖坡面淺層支護(hù)采用錨桿、掛網(wǎng)、噴射混凝土及排水孔等措施;深層支護(hù)采用預(yù)應(yīng)力錨索，設(shè)計(jì)荷載1000kN，其中高程2 425m以上布置3排、高程2 405～2 425m之間布置2排、高程2 385～2 405m之間布置2排，共計(jì)86束。

1.2地質(zhì)條件

3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口位于大渡河左岸斜坡上，與大渡河主流流向呈24°夾角，進(jìn)口邊坡上、下游分別發(fā)育一條較淺沖溝，地形坡度較緩，約為28°～35°;邊坡出露地層巖性主要為可爾因花崗巖雜巖體一燕山早期木足渡似斑狀黑云鉀長(zhǎng)花崗巖，地質(zhì)構(gòu)造以次級(jí)小斷層、節(jié)理裂隙為特征，巖體以次塊狀一鑲嵌狀結(jié)構(gòu)為主，局部較破碎;邊坡物理地質(zhì)作用主要表現(xiàn)為巖體的風(fēng)化卸荷，勘探揭示左岸岸坡巖體弱風(fēng)化最大水平深度約為50m;強(qiáng)卸荷帶內(nèi)巖體松弛嚴(yán)重，卸荷裂隙較發(fā)育，裂隙普遍松弛張開0.5-5cm、最大達(dá)10cm以上，充填碎屑及次生泥，弱卸荷帶巖體較松弛，裂隙一般張開1-5mm。根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水的賦存條件，可分為第四系松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。

2監(jiān)測(cè)預(yù)警分析

2.1現(xiàn)場(chǎng)施工過程

2017年6月，正式啟動(dòng)3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口便道施工。2017年9月28日，按照1：0.5的坡比，自上而下啟動(dòng)邊坡開口線支護(hù)施工。2018年4月29日，完成高程2 425m以上邊坡開挖及淺層支護(hù)后，按照設(shè)計(jì)要求啟動(dòng)高程2 439，2 439，2 447m 3排錨索施工。2018年9月20日，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡高程2425m以上邊坡系統(tǒng)支護(hù)全部完成。3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡原始地形地貌見圖1，截至2018年9月20日的施工形象面貌見圖2。

2.2安全監(jiān)測(cè)布置

按照3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡安全監(jiān)測(cè)布置要求，根據(jù)開挖支護(hù)施工進(jìn)度安排，由內(nèi)觀監(jiān)測(cè)實(shí)施單位進(jìn)行錨桿應(yīng)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)及錨索測(cè)力計(jì)的安裝埋設(shè)，其中1套錨桿應(yīng)力計(jì)和1套多點(diǎn)位移計(jì)均布置在高程2 431m（邊坡下游側(cè)），2套錨索測(cè)力計(jì)分別布置在高程2 439m（邊坡中部）和高程2 431m（邊坡下游側(cè)）處，并按照監(jiān)測(cè)工作要求開展內(nèi)觀監(jiān)測(cè)工作。

2018年9月27日晚，持續(xù)開展的內(nèi)觀監(jiān)測(cè)表明，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡內(nèi)觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查發(fā)現(xiàn)，已開挖支護(hù)邊坡開口線后緣覆蓋層邊坡發(fā)現(xiàn)明顯拉裂縫，在穿過3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡的場(chǎng)內(nèi)交通25-2號(hào)公路距離出洞口約20m處，發(fā)現(xiàn)垂直洞軸線的貫穿裂縫。建設(shè)管理單位立即組織參建單位召開專題會(huì)布置現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作，暫停3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡施工，撤離現(xiàn)場(chǎng)人員及設(shè)備，采取交通管制措施，嚴(yán)禁人員及設(shè)備進(jìn)入，并持續(xù)加密內(nèi)觀監(jiān)測(cè)、增加外觀監(jiān)測(cè)。

2.3監(jiān)測(cè)成果分析

2018年9月27日至10月4日，在建設(shè)管理單位的主導(dǎo)下，內(nèi)觀監(jiān)測(cè)承擔(dān)單位持續(xù)加密內(nèi)觀監(jiān)測(cè)，并通報(bào)每日最新安全監(jiān)測(cè)成果，錨桿應(yīng)力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)的內(nèi)觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況見圖3-5。

從圖3可知，2018年9月27日前、后錨桿應(yīng)力計(jì)實(shí)測(cè)應(yīng)力分別為242.24，432.81MPa，邊坡變形導(dǎo)致錨桿應(yīng)力明顯增長(zhǎng)，2018年10月2日失效前錨桿應(yīng)力為445.70MPa。

從圖4可知，2018年9月27日下午，多點(diǎn)位移計(jì)孑L口、距孔口3m、距孔口10m處位移分別為11.40，9.41mm和4.00mm;9月27日晚，該部位孔口、距孔口3m、距孔口10m處位移分別為49.40，34.96mm和4.00mm;2018年10月3日失效前該部位孔口、距孔口3m處位移分別為111.84mm和75.18mm。

從圖5可知，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡發(fā)生較大變形后，錨索測(cè)力計(jì)荷載分別增加279.89kN和197.58kN。2018年10月3日失效前錨索荷載為1624.20kN，次日上午錨索荷載為1437.91kN，超過設(shè)計(jì)荷載約50%。

為掌握邊坡表面變形發(fā)展情況，在已開挖邊坡及后緣覆蓋層邊坡布置5個(gè)外觀監(jiān)測(cè)點(diǎn)，2018年9月28日至10月4日，外觀監(jiān)測(cè)變形測(cè)點(diǎn)向臨空面方向變形測(cè)值在1.7-76.3mm之間，上下游方向變形測(cè)值在-112.0--11.2 mm之間，水平合位移在-11.3-135.5mm之間，沉降測(cè)值在6.0-113.8mm之間，表面變形不穩(wěn)定。

3變形失穩(wěn)機(jī)理

2018年10月4日，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡連續(xù)發(fā)生垮塌事件，垮塌順序與預(yù)測(cè)基本一致、垮塌范圍較預(yù)測(cè)偏大（見圖6-7），未對(duì)國(guó)道318公路通行及1號(hào)導(dǎo)流洞運(yùn)行造成影響。由于監(jiān)測(cè)提前預(yù)警、現(xiàn)場(chǎng)撤離及時(shí)，無(wú)人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。

3.1破壞模式

根據(jù)前期地質(zhì)資料分析，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡巖體中不存在控制邊坡穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面，邊坡整體穩(wěn)定，局部塊體的穩(wěn)定性主要受控于J1緩傾角裂隙和J3陡傾角裂隙。

3號(hào)導(dǎo)流洞軸線與地形線小角度相交，邊坡走向?yàn)镹63°w，邊坡赤平投影分析見圖8。

從圖8可以看出，內(nèi)側(cè)開挖邊坡J1與J2結(jié)構(gòu)面組合可形成不利塊體，其交棱線傾向與坡面方向近正交，傾角29°，可能發(fā)生滑移拉裂變形失穩(wěn);J3裂隙與邊坡走向近一致，陡傾坡外，可能產(chǎn)生卸荷拉裂變形;進(jìn)口邊坡地形陡峻，天然地應(yīng)力較高，岸坡巖體向河谷臨空方向卸荷強(qiáng)烈;同時(shí)，邊坡上、下游分別發(fā)育一條較淺沖溝，3面臨空，利于巖體的卸荷拉裂變形，淺表部巖體卸荷松弛強(qiáng)烈，邊坡在該特定地質(zhì)條件下以長(zhǎng)大裂隙J3為后緣面發(fā)生變形破壞。

3.2影響因素

3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡變形破壞是在特定的自然和地質(zhì)環(huán)境條件下，由內(nèi)、外因多種因素綜合作用下所產(chǎn)生的結(jié)果，具體分析如下。

（1）內(nèi)在原因。①高陡邊坡地形條件。自然邊坡坡度28°-35°，邊坡高度超過100m，邊坡臨空條件好。②不利岸坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)。坡體內(nèi)天然地應(yīng)力較高，岸坡巖體向河谷臨空方向強(qiáng)烈卸荷，淺表部巖體卸荷松弛明顯，有利于雨水及地下水下滲，邊坡上、下游分別發(fā)育一條沖溝，坡面3面臨空，更利于巖體風(fēng)化卸荷作用。③不利結(jié)構(gòu)面組合。該段邊坡內(nèi)主要發(fā)育3組裂隙，J3為順坡陡傾裂隙，Jl與J2結(jié)構(gòu)面不利組合可形成潛在不穩(wěn)定塊體，易發(fā)生滑移拉裂變形失穩(wěn);長(zhǎng)大裂隙J3與邊坡走向近一致，陡傾坡外，易產(chǎn)生卸荷拉裂變形。

（2）外在原因。①持續(xù)降雨的不利影響。降雨是誘發(fā)山體變形的重要因素，2017，2018年雨季降雨多，汛期l號(hào)導(dǎo)流洞分別達(dá)到20a、10a-遇洪水。受雨季持續(xù)降雨影響，地表水沿地表裂隙入滲，降低了巖體的物理力學(xué)強(qiáng)度，加之巖體吸水飽和，靜水壓力和動(dòng)水壓力增大，使邊坡出現(xiàn)變形壓縮空間，加大了裂隙張開寬度，降低了坡體的穩(wěn)定性。②邊坡開挖形成臨空面。邊坡巖體在自然條件下本身存在卸荷松弛現(xiàn)象，邊坡開挖會(huì)造成應(yīng)力重新調(diào)整，產(chǎn)生傾向坡外的拉應(yīng)力，使原本存在的卸荷裂隙進(jìn)一步向外拉張，對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成不利影響。在暴雨、地震等外力作用下具備產(chǎn)生變形的條件，為坡體進(jìn)一步變形創(chuàng)造條件。

4應(yīng)急處理分析

4.1應(yīng)急治理

邊坡垮塌后，建設(shè)管理單位組織參建各方制定垮塌體后緣潛在不穩(wěn)定邊坡的安全監(jiān)測(cè)方案，在上方公路內(nèi)側(cè)邊坡增設(shè)13個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，經(jīng)過持續(xù)7d的安全監(jiān)測(cè)，各測(cè)點(diǎn)變形量很小，無(wú)明顯趨勢(shì)性變形。

由于3號(hào)導(dǎo)流洞后緣邊坡垮塌向上部延伸、擴(kuò)展，導(dǎo)致通往左壩肩的15號(hào)公路路基垮塌。為確保影響范圍邊坡安全穩(wěn)定，制定了“優(yōu)先進(jìn)行溝水引排、緊急處治15號(hào)路上邊坡、自上而下分期處治3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡”的治理原則。

（1）溝水治理。封閉3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡上下游過水涵洞，用PVC管將下游側(cè)涵洞內(nèi)流水匯集至國(guó)道飛水巖隧道進(jìn)口排水溝，將上下游沖溝內(nèi)流水集中引至上游側(cè)約100m處的涵洞內(nèi)，避免沖溝內(nèi)流水惡化垮塌體形成邊坡的穩(wěn)定條件，造成次生災(zāi)害的發(fā)生。

（2）邊坡治理。為確保飛水巖隧道的交通安全及15號(hào)路邊坡的穩(wěn)定，針對(duì)3組主要控制性裂隙結(jié)構(gòu)面，采取大噸位、長(zhǎng)錨索主動(dòng)支護(hù)措施，在高程2 512.7m、高程2 519.0m各設(shè)置一排錨索，長(zhǎng)度分別為45m、60m，錨索間距4m，下排錨索俯角15°/18°交錯(cuò)布置、上排錨索仰角15°/18°交錯(cuò)布置，共計(jì)24根。

為確保路基內(nèi)側(cè)基礎(chǔ)下邊坡的穩(wěn)定，沿15號(hào)公路內(nèi)側(cè)排水溝設(shè)一排抗剪錨筋束，長(zhǎng)度18m，3Ф32，間距1.5m，內(nèi)傾45°，共計(jì)33根。

4.2實(shí)施效果

建設(shè)管理單位組織對(duì)承包人編制的15號(hào)路邊坡應(yīng)急治理施工方案進(jìn)行評(píng)審，重點(diǎn)針對(duì)長(zhǎng)錨索注漿、錨固段與自由段止?jié){、不良地質(zhì)處理等施工工藝和錨索、錨筋束的施工程序、資源配置及進(jìn)度安排進(jìn)行討論，2018年12月15日已全部完成。

結(jié)合垮塌邊坡影響范圍的安全監(jiān)測(cè)成果及現(xiàn)場(chǎng)巡視檢查情況，在保證安全的前提下，2018年10月15日正式啟動(dòng)15號(hào)路邊坡應(yīng)急治理施工，錨筋束、錨索施工實(shí)行平行作業(yè)，并重點(diǎn)針對(duì)錨索施工工序開展生產(chǎn)性試驗(yàn)，合理安排鉆孔、下索、注漿、錨墩澆筑、錨索張拉和封錨等工序流程、作業(yè)時(shí)間，工期安排細(xì)化到天;結(jié)合孔內(nèi)成像成果對(duì)局部錨索長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，及時(shí)糾正進(jìn)度偏差。

目前已按原定計(jì)劃完成15號(hào)路應(yīng)急搶險(xiǎn)治理項(xiàng)目施工，第三方質(zhì)量檢測(cè)成果表明錨索、錨筋束施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，保證了3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡垮塌影響范圍內(nèi)15號(hào)路邊坡及飛水巖隧道的通行安全。

4.3后續(xù)監(jiān)測(cè)情況

2018年11月15日至12月18日，3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡上部15號(hào)公路內(nèi)側(cè)邊坡安裝埋設(shè)了4套錨索測(cè)力計(jì)，設(shè)計(jì)荷載均為2 000kN。

3號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡上部15號(hào)公路內(nèi)側(cè)錨索測(cè)力計(jì)錨固力在1858.73-l 969.61kN之間，11月錨索測(cè)力計(jì)安裝后處于預(yù)應(yīng)力調(diào)整階段，測(cè)值變化相對(duì)較大;12月以來(lái)錨索測(cè)力計(jì)錨固力變化較小，測(cè)值較為平穩(wěn)，典型測(cè)點(diǎn)測(cè)值過程線見圖9。

5結(jié)語(yǔ)

四川雙江口水電站典型工程邊坡變形失穩(wěn)前監(jiān)測(cè)預(yù)警及時(shí)，從發(fā)現(xiàn)邊坡變形異常至出現(xiàn)垮塌僅7d時(shí)間。建設(shè)管理單位發(fā)揮主導(dǎo)作用，采取主動(dòng)避讓措施，有效避免了人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失事故;結(jié)合邊坡垮塌影響范圍制定應(yīng)急治理方案，依據(jù)安全監(jiān)測(cè)成果分析，確定應(yīng)急治理項(xiàng)目的施工時(shí)機(jī)，按計(jì)劃保質(zhì)、保量完成施工，實(shí)施效果較好，且規(guī)避了次生災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。