某抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)出水口邊坡開(kāi)挖巖體變形分析與處理

單海年

（南瑞集團(tuán)有限公司，江蘇省南京市 210003）

0 引言

某抽蓄電站下水庫(kù)系利用低緩開(kāi)闊的河流Ⅰ級(jí)階地和山麓剝蝕殘丘開(kāi)挖而成，庫(kù)盆基巖主要為侏羅系弱風(fēng)化凝灰?guī)r。下庫(kù)進(jìn)/出水口環(huán)庫(kù)公路以上正面邊坡凝灰?guī)r完整性較差，風(fēng)化程度較深，存在多條蝕變破碎夾泥帶；節(jié)理走向凌亂，往各個(gè)方向均有延伸，較多節(jié)理跟坡面走向一致，形成光面，泥化夾層與節(jié)理密集帶較發(fā)育[1]。

下水庫(kù)巖體完整性差，在邊坡巖體下臥開(kāi)挖期間，巖體存在較大變形，持續(xù)超設(shè)計(jì)警戒值變化；后期出現(xiàn)了環(huán)向剪切面，頂部裂縫寬度接近3cm。為確保工程安全，在安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果分析基礎(chǔ)上，增設(shè)了錨筋樁、錨索、網(wǎng)格梁及貼坡混凝土等支護(hù)措施。后期開(kāi)挖過(guò)程中，變形得到有效控制，從而確保了工程的安全。

1 進(jìn)出水口邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)

下水庫(kù)進(jìn)出水口邊坡坡頂為開(kāi)挖平臺(tái)，環(huán)庫(kù)公路邊坡最大高度29.4m，在高程39.7m處設(shè)一級(jí)馬道；環(huán)庫(kù)公路以下邊坡坡高27.6m，在高程20m和高程12.5m各設(shè)一級(jí)馬道[2]。邊坡體除系統(tǒng)錨桿外，施工期根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)揭露與安全監(jiān)測(cè)反饋情況及時(shí)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)調(diào)整（見(jiàn)圖1），確保巖體穩(wěn)定。

（1）下水庫(kù)進(jìn)出水口邊坡于2011年2月12日開(kāi)始開(kāi)挖，2012年12月11日尾水隧洞漸變段開(kāi)挖支護(hù)，2013年4月1日進(jìn)出水口邊坡開(kāi)挖結(jié)束。

（2）高程39.7m以上邊坡開(kāi)挖過(guò)程中多處發(fā)生塌滑變形，設(shè)計(jì)放緩了開(kāi)挖坡比，由1：0.75調(diào)整為1：1.5，并采用客土噴播支護(hù)。

（3）岸1+775m～1+808.95m、高程39.7～25.6m段，凝灰?guī)r輕微～中等蝕變，傾向坡外的裂隙較發(fā)育，邊坡在開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)多次局部塌落現(xiàn)象，進(jìn)行了鋼筋混凝土置換或貼坡處理，并增加了3排預(yù)應(yīng)力錨索。

（4）岸1+651.6m～1+775m段、高程25.6m以下段，發(fā)育兩條規(guī)模較大的凝灰?guī)r蝕變帶，寬度分別為20m及38m左右，受此影響，邊坡巖體破碎，泥化明顯，呈碎裂～散體結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定條件差，施工進(jìn)行了刻槽置換混凝土+鋼筋混凝土貼坡+系統(tǒng)錨索等綜合治理措施。

（5）進(jìn)出水口正面坡在開(kāi)挖過(guò)程中，受開(kāi)挖卸荷影響，高程55m平臺(tái)出現(xiàn)拉張裂縫，為確保邊坡穩(wěn)定，在環(huán)庫(kù)公路以上布置了混凝土框格梁+3排系統(tǒng)錨索，在環(huán)庫(kù)公路以下布置了5排（局部為3排）系統(tǒng)錨索[3]。

（6）增加支護(hù)工程量見(jiàn)表1。

表1 增設(shè)支護(hù)工程量統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of additional support works

圖1 下水庫(kù)進(jìn)、出水口邊坡典型剖面支護(hù)圖（調(diào)整后）（單位：mm）Figure 1 Typical profile support diagram for the slope of the inlet and outlet of the lower reservoir （adjusted）（unit：mm）

2 邊坡體安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

進(jìn)出水口邊坡安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要為內(nèi)部變形和支護(hù)應(yīng)力[4]。5-5典型監(jiān)測(cè)斷面設(shè)計(jì)情況為：布設(shè)3套多點(diǎn)位移計(jì)和1個(gè)測(cè)斜孔監(jiān)測(cè)邊坡巖體內(nèi)部變形，布設(shè)6支錨桿應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)錨桿支護(hù)應(yīng)力，沿邊坡不同高程設(shè)置了3個(gè)地下水位孔；2012年底在觀景平臺(tái)（▽55m）位置發(fā)現(xiàn)2條平行于邊坡向的裂縫，因此增設(shè)了2支測(cè)縫計(jì)，具體布設(shè)見(jiàn)圖2[5]。

圖2 下水庫(kù)進(jìn)、出水口監(jiān)測(cè)斷面布置圖（單位：mm）Figure 2 Layout of inlet and outlet monitoring cross-sections of the lower reservoir（unit：mm）

3 進(jìn)出水口邊坡安全監(jiān)測(cè)資料分析成果

3.1 多點(diǎn)位移計(jì)

5-5 斷面的多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)成果表明，2012年8月前環(huán)庫(kù)公路上方開(kāi)挖時(shí)期，35m高程的邊坡巖壁最大位移量不超過(guò)18mm，且變形趨勢(shì)相對(duì)較緩。公路以下邊坡開(kāi)挖卸荷后，該高程巖體再次出現(xiàn)加速變形，月最大日均變形速率達(dá)0.48mm/d，遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)日均變形速率警戒值（警戒值為0.15mm/d）；在2012年底及2013年初期間受下臥開(kāi)挖以及①尾水主洞出口段開(kāi)挖影響，該部位巖體持續(xù)呈超設(shè)計(jì)警戒值增長(zhǎng)狀況，2013年1月春節(jié)期間，開(kāi)挖施工暫停，但該部位的日均變形速率仍達(dá)0.18mm/d，可見(jiàn)開(kāi)挖施工對(duì)其造成的影響較甚，正因該部位的圍巖變形持續(xù)不能趨穩(wěn)、收斂且出現(xiàn)多條裂縫，后增設(shè)相應(yīng)的錨筋樁、錨索、網(wǎng)格梁以及貼坡混凝土等支護(hù)措施；2013年4月①尾水主洞出口段開(kāi)挖全部完成，且支護(hù)措施以及邊坡體后期增設(shè)的支護(hù)措施基本實(shí)施完成，此時(shí)圍巖變形開(kāi)始趨緩，5月日均變形速率降至0.08mm/d，可見(jiàn)該部位整體支護(hù)措施對(duì)圍巖維穩(wěn)發(fā)揮了很好的作用，此時(shí)該高程巖壁最大累計(jì)位移達(dá)到65.3mm，目前累計(jì)位移為72.6mm。

環(huán)庫(kù)公路下方邊坡開(kāi)挖時(shí)期，下部邊坡巖體變形量相對(duì)稍大，開(kāi)挖基本完成時(shí)，19.6m高程巖壁最大累計(jì)位移量達(dá)到64.7mm左右，占到總位移量的89.7%。開(kāi)挖過(guò)程中的巖體變形速率也較高，2012年12月上半月日均變形速率曾一度達(dá)到1mm/d，主要受①尾水主洞出口段開(kāi)挖影響；隨著開(kāi)挖結(jié)束以及相應(yīng)支護(hù)措施的跟進(jìn)，巖體才趨于平穩(wěn)。目前此部位最大累計(jì)位移量為72.1mm。邊坡內(nèi)部變形沿孔深方向的量值逐漸減小，整體符合正常規(guī)律，同時(shí)也說(shuō)明此處邊坡主要是在淺層一定深度范圍內(nèi)發(fā)生變形，深部巖體相對(duì)穩(wěn)定[6]。

5-5 斷面巖體（孔口）月變形速率統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2，5-5斷面多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值過(guò)程線見(jiàn)圖3。

表2 5-5斷面巖體（孔口）月變形速率統(tǒng)計(jì)表Table 2 Monthly deformation rate statistics for rock bodies （orifices）in section 5-5 mm/d

圖3 5-5斷面多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值過(guò)程線圖Figure 3 5-5 cross-sectional multipoint displacement gauge process line

3.2 測(cè)斜孔

測(cè)斜孔在邊坡巖體出現(xiàn)裂縫后增設(shè)，由于儀器安裝較晚，此時(shí)邊坡開(kāi)挖支護(hù)已基本完成，巖體變形未見(jiàn)趨勢(shì)性變化，主要受環(huán)境因素影響。目前變形在20mm以?xún)?nèi)變化，變形趨勢(shì)保持平穩(wěn)（見(jiàn)圖4）。

圖4 斷面測(cè)斜孔絕對(duì)位移歷時(shí)過(guò)程線圖Figure 4 Absolute displacement process line of the measured inclined hole

3.3 結(jié)合縫

從55m高程觀景平臺(tái)測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)成果（見(jiàn)圖5）可知，2013年1月12日埋設(shè)儀器開(kāi)始監(jiān)測(cè)后，隨著①尾水主洞出口段的進(jìn)一步開(kāi)挖，縫隙開(kāi)度也逐漸增大，同年4月26日一度達(dá)到4.9mm，由于此時(shí)段處于溫升季節(jié)，因此基本上裂縫開(kāi)度擴(kuò)大主要是由于邊坡持續(xù)變形造成。當(dāng)開(kāi)挖和支護(hù)完成后，裂縫變形也趨于平穩(wěn)，后期主要是受季節(jié)性溫度影響而有小幅波動(dòng)，符合正常規(guī)律。目前該部位兩條裂縫的開(kāi)度均為4mm左右。

圖5 5-5斷面55m高程裂縫變形測(cè)值過(guò)程線Figure 5 5-5 cross-section 55m elevation fracture deformation measurement process line

3.4 支護(hù)應(yīng)力

斷面錨桿支護(hù)應(yīng)力主要發(fā)生于開(kāi)挖期間，受下臥開(kāi)挖影響明顯，隨著開(kāi)挖結(jié)束，應(yīng)力即趨穩(wěn)，目前應(yīng)力測(cè)值在220MPa以?xún)?nèi)，主要受環(huán)境因素影響。支護(hù)應(yīng)力測(cè)值過(guò)程線見(jiàn)圖6。

圖6 5-5斷面錨桿支護(hù)應(yīng)力測(cè)值過(guò)程線Figure 6 5-5 section anchor support stress measurement process line

4 關(guān)于施工期間進(jìn)出水口邊坡巖體裂縫情況

2012年12 月，受進(jìn)出水口下臥開(kāi)挖及尾水主洞末端開(kāi)挖綜合影響，期間邊坡巖體變形持續(xù)增長(zhǎng)，影響較大，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；現(xiàn)場(chǎng)巡視發(fā)現(xiàn)在觀景平臺(tái)、自流水排水洞、尾水隧洞出口段有裂縫，裂縫較大，且存在貫穿性的裂縫；其中，觀景平臺(tái)出現(xiàn)了3條通長(zhǎng)的縫，裂縫最大裂縫寬度達(dá)到3cm；尾水主洞出口段有30m長(zhǎng)一段裂縫較多，且存在環(huán)向斜向下的剪切裂縫。通過(guò)同時(shí)期、多部位存在的裂縫及其產(chǎn)狀，分析進(jìn)水口邊坡深層巖體產(chǎn)生位移，且內(nèi)部可能已經(jīng)存在了滑動(dòng)面，2012年12月，新增了60m與70m長(zhǎng)錨索、錨筋樁及網(wǎng)格梁等加固支護(hù)措施；2013年4月，邊坡開(kāi)挖結(jié)束及支護(hù)措施實(shí)施后，該部位巖體變形立即開(kāi)始趨穩(wěn)。裂縫平面展示圖如圖7所示。

圖7 下水庫(kù)進(jìn)出水口裂縫平面展示圖Figure 7 Plan view of the lower reservoir inlet and outlet fractures

5 進(jìn)出水口邊坡發(fā)生較大變形及深層滑動(dòng)原因分析

（1）下水庫(kù)進(jìn)出水口邊坡巖體破損，完整性較差，巖體節(jié)理發(fā)育，傾向庫(kù)盆內(nèi)、延伸長(zhǎng)，開(kāi)挖期間，巖體向臨空面變形明顯，受開(kāi)挖爆破和卸載影響較大。

（2）庫(kù)底巖體差，巖體為Ⅲ2類(lèi)與Ⅳ1類(lèi)、夾泥節(jié)理發(fā)育，巖體腳不穩(wěn)，不能很好地約束巖體變形。

（3）邊坡高，最大邊坡高度達(dá)到70m。

（4）尾水主洞貫穿于邊坡底部，兩者同步開(kāi)挖，更易引起深層巖體變形。

（5）邊坡初期支護(hù)措施未考慮深層支護(hù)，致使深層巖體變形未能得到有效抑制。

6 處理措施

（1）動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)支護(hù)，及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保邊坡體穩(wěn)定。

（2）增設(shè)錨索、網(wǎng)格梁支護(hù)措施，確保深層巖體穩(wěn)定、整體受力維穩(wěn)。

（3）增設(shè)錨筋樁、貼坡混凝土、底板混凝土置換，提高巖體底腳的穩(wěn)定性。

（4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、巡視及資料分析，并及時(shí)反饋。

通過(guò)各項(xiàng)措施處理[7]，提高了安全保障系數(shù)，確保了后期開(kāi)挖安全，在開(kāi)挖結(jié)束，支護(hù)措施實(shí)施后，巖體變形即趨緩。

7 結(jié)束語(yǔ)

該抽水蓄能電站下水庫(kù)進(jìn)出水口邊坡巖體破碎、完整性差且傾向庫(kù)盆，開(kāi)挖過(guò)程中，邊坡體巖體變形持續(xù)超設(shè)計(jì)警戒值增長(zhǎng)，且后期在頂部出現(xiàn)3條較寬通長(zhǎng)裂縫、尾水洞出口段同樣出現(xiàn)環(huán)形剪切裂縫，巖體內(nèi)部產(chǎn)生了深層滑動(dòng)面。針對(duì)進(jìn)出水口邊坡破壞問(wèn)題，后增設(shè)了錨索+網(wǎng)格梁+錨筋樁+貼坡噴混凝土+墊腳混凝土的聯(lián)合支護(hù)方案[8]，支護(hù)措施實(shí)施后，監(jiān)測(cè)成果表明該方案有效地控制了巖體變形，確保了工程開(kāi)挖安全，其他類(lèi)似工程可以參考借鑒。