云南鲁甸红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡综合监测技术.pdf

http:/20233 大坝与安全1 8 3鲁甸地震及红石岩堰塞湖概况2014年8月3日16时30分，云南省鲁甸县发生6.5级地震，造成山体滑坡，牛栏江位于昭通市鲁甸县火德红乡红石岩村上游河段双侧发生严重山体垮塌，形成了一个巨大的堰塞湖，导致该河段水位急剧上涨，直接影响上游约9 000人，淹没耕地5.7106m2。下游两岸分布有鲁甸县4个乡镇、巧家县5个乡镇和昭阳区1个乡镇，涉及3万余人、2.2107m2耕地。堰塞湖下游牛栏江干流上建有天花板和黄角树两座水电站。红石岩堰塞湖总库容2.6108m3，属大型堰塞湖，危险级别为极高，堰塞体溃决损失严重，风险等级为I级。地震诱发红石岩右岸发生超大规模崩塌，并形成620 m高边坡，严重影响后续堰塞体整治工程的安全1-3。2 右岸620 m高边坡工程地质情况右岸620 m高边坡呈现“陡峭-倾斜-陡峭”的地貌特征。根据现场地质调查资料，边坡坡体结构为上硬下软的岩质边坡，其中上部岩层为厚层、巨厚层状灰岩、白云岩和白云质灰岩，下部岩层为中层、薄层状泥质灰岩和石英砂岩。右岸高边坡坡面岩体为地震拉裂、损伤岩体，卸荷拉张裂隙发育，岩体破碎，主要有顺河向与横河向两组张裂隙，延伸数十米甚至上百米。右岸高边坡大部分为厚层、巨厚层栖霞、茅口组灰岩，缓倾下游层面在梁山组地层中很发育，栖霞、茅口组灰岩地层中不甚发育。高程1 380 m附近分布有厚度2040 m的梁山组页岩、泥岩夹砂岩2-3。2017年6月22日，堰塞体右岸高边坡岩体受降雨侵蚀、冲刷影响，再次发生垮塌，导致右岸高边坡下部堰塞体防渗墙施工被迫暂停。从图1初步判断，由于垂直河向和顺河向的陡倾节理与层面相互切割形成不稳定体，加上汛期雨水影响，导致岩体向下垮塌。由图23可知，垮塌后整个坡面存在卸荷裂隙和节理，并有张开趋势，表明该部位还存在云南鲁甸红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡综合监测技术李志敬1，2，耿轶君2，张庆良3，朱 阳4（1.水电水利规划设计总院，北京，100120；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州，450003；3.云南水投牛栏江堰塞湖工程建设有限公司，云南 昆明，657100；4.武汉天测测绘科技有限公司，湖北 武汉，430074）摘要：云南83鲁甸地震形成的堰塞湖总库容2.6108m3，属大型堰塞湖，危险级别为极高，堰塞体溃决损失严重，风险等级为I级。笔者介绍了鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡的工程地质情况，分析了影响高边坡稳定的诸多因素，并针对各因素提出了适用于高边坡的综合监测技术。关键词：堰塞湖；地震；高边坡；综合监测技术Title:Comprehensive monitoring technologies for the 620 m high slope on the right bank of Hongshiyanbarrier lake in Ludian County of Yunnan/by LI Zhijing,GENG Yijun,ZHANG Qingliang and ZHUyang/China Renewable Energy Engineering InstituteAbstract:The total storage capacity of the barrier lake formed by the 83 Ludian earthquake in Yunnanis 2.6108m3.As a large barrier lake,its risk level is extremely high.The loss caused by landslide damburst is serious,with a risk level of I.This paper introduces the geological conditions of the 620 m highslope on the right bank of Hongshiyan barrier lake,analyzes various factors affecting the stability of thehigh slope,and proposes a comprehensive monitoring system suitable for the high slope.Key words:barrier lake;earthquake;high slope;comprehensive monitoring technology中图分类号：TV223文献标志码：B文章编号：1671-1092（2023）03-0027-04李志敬，等：云南鲁甸红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡综合监测技术27Dam and Safety 20233http:/不稳定危岩体。另外，高边坡下方的软弱夹层在雨水侵蚀下，对整个边坡的稳定影响较大。鉴于鲁甸红石岩堰塞湖整治工程项目正值施工高峰期，右岸高边坡下方存在较大安全隐患，为掌握边坡变形趋势，应尽快对其进行安全监测。（a）崩塌前（b）崩塌后图1 崩塌前后对比Fig.1 Comparison before and after collapse图2 坡面危岩体Fig.2 Unstable rock mass on slope图3 新增裂隙Fig.3 New cracks3 综合监测技术根据右岸高边坡揭露的地质情况，设置两个监测区域：第一个区域为下游侧极易发生崩塌部位（见图2）。无人机普查后，初步判定该区域破坏形式为局部危岩体崩塌，重点监测范围是高程1 4801 550 m。由于地震形成的高边坡非常陡峭，岩体不规则，考虑布置随机表观变形测点进行监测，重点对裂隙张开度大、大体积危岩体进行监测。根据危岩体崩塌破坏机理，崩塌发生前征兆不明显、破坏发生时间短，监测期间相关单位应做好人工巡视，崩塌区下部布置防护、缓冲等设施。第二个区域为上游侧易发生崩塌区（见图2）。该区域上部发现新生卸荷裂隙，下部为软弱夹层带。观察发现该区域部分原生裂隙发育且张开度较大，存在大面积垮塌破坏的可能。为监测边坡变形和裂缝发展趋势，在上部裂缝区域布置一体化测缝计，在下部软弱夹层带布置GNSS监测点，在高程1 5001600m区域布置表观变形监测断面。3.1 坡面危岩体表面变形自动化监测右岸边坡高程1 470 m以上基本都为陡崖，高差大，范围广，监测仪器安装难度大，根据边坡地质情况和现有条件，雇用蜘蛛人在边坡坡面安装棱镜作为测点，采用徕卡高精度TM50型监测机器人进行远程自动化观测。3.1.1 监测设备徕卡Nova TM50集成了市场上最高精度的测角和测距系统，自动照准距离达3 000 m，ATR精度最高可达0.5，且具有自动对焦功能，对焦更快、更精确，取代人工对焦环节，提高测量效率。仪器具备IP65超高防尘防水等级、智能电源管理系统和高效便捷的WLAN传输模块等，保障其在恶劣环境下高精度、高效率、全天候完成监测工作。3.1.2 测点布置（1）第一监测区域：在高程1 4801 550 m裂隙张开度大、大体积危岩体上随机布置12个表观变形测点。（2）第二监测区域：在中部1 5001 600 m高程布置4个监测断面，断面间距约30 m，测点间距1020 m，测点数量为28个，测点布置见图4。3.1.3 工作基点利用堰塞体表面变形观测墩 YST-TP-2 和YST-TP-3测点作为工作基点。3.1.4 测点安装埋设方法（1）将棱镜连接螺杆焊接至长 50 cm、直径20 mm钢筋上；（2）安装人员在测点安装位置调试棱镜方向，同时技术人员在工作基点用全站仪试By LI Zhijing:Comprehensive monitoring technologies for the 620 m high slope28http:/20233 大坝与安全图4 变形测点布置Fig.4 Layout of deformation measuring points测，通过对讲机与安装人员沟通确定棱镜方向；（3）根据棱镜方向，确定测点位置钻孔角度，使钢筋植入孔内后棱镜指向全站仪；（4）将焊有棱镜连接螺杆的钢筋植入孔内，技术人员用全站仪试测，确定可以观测到数据后完成测点安装。3.1.5 观测频次埋设完成后观测频次为1次/d，暴雨和余震等特殊工况下加密观测。3.2 坡顶裂缝变形自动化监测右岸边坡上部新增裂缝部位设置两个振弦式一体化测缝计，具体位置见图 5。测缝计量程为200 mm，精度0.1%FS，包含采集、GPRS通讯和太阳能供电模块。裂缝开度超过测缝计量程时，应重新调整测杆长度，将测缝计读数归零后继续监测。图5中控制点及测点坐标见表1。图5 右岸边坡新增裂缝监测布置Fig.5 Arrangement of new cracks monitoring on the right bankslope表1 控制点及测点坐标Table 1 Coordinates of control points and measuring points3.3 软弱夹层GNSS自动化监测3.3.1 测点布置在高边坡软弱夹层带布置两套GNSS监测点，位置见图6。GNSS监测点应布置在软弱夹层上，位置可根据现场条件适当调整。图6 右岸边坡GNSS监测布置Fig.6 Arrangement of GNSS monitoring on the right bank slope3.3.2 技术要求（1）GNSS基准站与堰塞体左岸边坡GNSS基准站共用。（2）GNSS监测点防雷和接地应满足如下要求：GNSS设备应设置天线馈线避雷器、电源避雷器、避雷针和接地系统；避雷针针尖高度应高过GNSS天线1 m以上，避雷针基座呈网形布置，并与接地网焊接；接地网采用角钢和扁铁制作，地极埋地深度1 m，引下线应采取必要的防腐和绝缘措施，并且距离GNSS设备和电缆30 cm以上。编号控制点A控制点B控制点CRP-JL-XZ-01RP-JL-XZ-02N/m2 992 629.3202 992 625.4302 992 628.0082 992 625.9952 992 629.943E/m638 653.182638 672.308638 694.176638 663.942638 681.467Z/m1 604.0261 593.5791 591.2941 591.0391 596.000李志敬，等：云南鲁甸红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡综合监测技术AC右岸下游边坡新增裂缝监测布置平面新新增增裂裂缝缝宽宽新增裂缝L（宽3 cm）29Dam and Safety 20233http:/（3）GNSS 监测系统组网、通讯及供电方式如下：监测点采用GPRS无线通讯方式；监测点采用太阳能供电。（4）为减小天线位置误差，天线安装时，应按天线的方位标进行定向，使其指向磁北极。4 结 语笔者介绍了鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖右岸620 m高边坡的工程地质情况，分析了影响边坡稳定的诸多因素，包括边坡下游存在局部崩塌危岩体、上游存在大面积卸荷裂隙和节理带、上部存在逐步张开的裂缝、下部存在软弱夹层。针对上述影响边坡稳定的因素，提出了适用的综合监测技术，其中局部崩塌危岩体和大面积卸荷裂隙和节理带采用表面变形自动化监测，裂缝采用一体化测缝计自动化监测，软弱夹层采用GNSS自动化监测。参考文献：1 张宗亮,张天明,杨再宏,等.牛栏江红石岩堰塞湖整治工程J.水力发电,2016,42(9):83-86.2 白志华,李万州,李海波,等.红石岩震损高陡边坡工程岩体质量评价J.工程地质学报,2018,26(5):1155-1161.3 刘传正,葛永刚,江兴元,等.鲁甸地震红石岩崩塌触发机理分析J.防灾减灾工程学报,2016,36(4):601-608.收稿日期：2022-02-28基金项目：国家重点研发计划（2019YFC1509703）作者简介：李志敬（1978），男，博士，高级工程师，主要从事水利水电工程安全监测、安全评估及防护治理等工作。作者邮箱：世界级高坝双江口水电站大坝填筑突破百米据中国电建水电七局 5月5日，由国家能源集团投资开发，中国电建水电七局承建的世界级高坝双江口水电站大坝填筑高度突破100 m，标志工程进入全面攻坚阶段。双江口水电站是大渡河流域上游控制性水库，也是国家西部大开发重点工程和“南水北调”西线工程主要取水点之一。电站以发电为主，兼顾防洪，总库容29亿m3，总装机容量200万kW，建成后可增加下游梯级电站枯期平均出力176万kW、枯期电量66亿kWh，每年可减少二氧化碳排放约718万t，对改善四川电力系统电源结构、提高流域城镇防洪标准具有重要意义。水电七局承建的双江口大坝为砾石土心墙堆石坝，拥有315 m的世界已建和在建最大坝高，4 500万m3的总填筑方量，集超高心墙堆石坝、超大填筑方量、高地应力、高水头、高边坡、高寒和深基坑等特点于一体。作为首批机组发电目标的关键核心，工期紧张且工程量大，项目部统筹施工资源，精心组织施工，采用大坝心墙增温定日镜、气膜仓储等技术，提高施工效率。目前有1 800多名工人、600多台套大型机械在工地上紧张忙碌，全力以赴加快大坝填筑速度，安全、优质实现各项节点目标。欢迎投稿 欢迎订阅 欢迎刊登广告By LI Zhijing:Comprehensive monitoring technologies for the 620 m high slope30