大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索.pdf

水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期Water Resources and Hydropower Engineering Vol.54 No.S2李贵平.大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索J.水利水电技术(中英文),2023,54(S2):387-392.LI Guiping.Study on the treatment measures of dumping amoeba slope of a hydropower station in Dadu River BasinJ.Water Resources and Hydropower Engineering,2023,54(S2):387-392.大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索李贵平(中国安能集团第一工程局有限公司,广西 南宁 530028)收稿日期:2023-07-03作者简介:李贵平(1973),男,高级工程师,学士,主要从事水利水电工程施工技术及管理工作。E-mail:448549152 摘 要:倾倒变形体边坡通常构造复杂,稳定性差,在水电站施工的过程中,如何有效对其进行治理,往往是电站建设期安全和进度控制的难题。以大渡河流域某水电站位于倾倒变形体范围内的导流洞进口边坡为例,结合倾倒变形体边坡特性描述、变形过程以及采取的治理措施,以期为相似工程倾倒变形体边坡治理提供借鉴。关键词:水电站;倾倒变形体;边坡治理;措施DOI:10.13928/ki.wrahe.2023.S2.062中图分类号:TV697.39文献标志码:A文章编号:1000-0860(2023)S2-0387-06Study on the treatment measures of dumping amoeba slope of a hydropower station in Dadu River BasinLI Guiping(China Anneng Group First Engineering Bureau Co.,Ltd.,Nanning 530028,Guangxi,China)Abstract:Dumping Amoeba slopes are usually complex in structure and poor in stability.During the construction of hydropower stations,how to effectively manage them is often a difficult problem in the safety and progress control of the construction period of power stations.This paper takes the diversion tunnel inlet slope of a hydropower station in the Dadu River basin,which is located within the scope of dumped Amoeba,as an example,combined with the description of the characteristics of dumped Amoeba slope,the deformation process and the treatment measures taken,in order to provide a reference for the treatment of dumped A-moeba slope of similar projects.Keywords:hydropower station;dump amoeba;slope treatment;measure0 引 言0 引 言 倾倒变形体边坡是我国西部山区常见的不良地质体1,其通常稳定性差,在水电站建设选址过程中,不可避免会遇到倾倒变形体范围内边坡施工并根据变形情况进行治理的课题。由于其通常构造复杂,处理难度大,对工期和施工安全都提出了较高的要求和挑战,本文以大渡河流域某水电站位于倾倒变形体范围内的导流洞进口边坡为例,结合倾倒变形体边坡特性描述、变形过程以及采取的治理措施,以期为相似工程倾倒变形体边坡治理提供借鉴。1 倾倒变形体特性描述1 倾倒变形体特性描述 大渡河流域某水电站导流洞进口边坡位于电站 2783李贵平/大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期#倾倒变形体范围内,2#倾倒变形体处于坝址区单薄条形山脊上游侧,分布面积大(沿江近 7 km),倾倒变形岩体自然坡度 4045,基岩岩性为三叠系上统杂谷脑组(T3z2)灰-深灰色的薄-中厚层变质砂岩夹板岩、及千枚岩,砂岩中夹板岩薄层或透镜体。正常岩层产状为:NW310 NW330SW6080,浅表岩层强烈倾倒,岩层倾角 1035。上游边界武家村,下游边界坝址区,前缘底面高程一般处于2 160 m 高程左右,后缘受高陡倾角结构面控制,一般处于 2 500 m 高程左右,分布面积约 250 万 m2,倾倒水平深度 100160 m,倾倒体除后缘边界较明确外,其余边坡均为渐变式,无明确界线,变形体岩体破碎,呈碎裂层块状碎裂层状结构2。导流洞进口边坡岩性为变质细砂岩夹板岩及炭质千枚岩,岩石风化、卸荷强烈,裂隙密集发育且大多张开,岩体倾倒变形、完整性差3,岩层轴线方向为 SW245,最 大 垂 直 埋 深 线 380 m,岩 层 产 状NW320330SW60 89。断裂主要为层面裂隙和顺层断层,发育少量缓倾角断裂,其与陡倾层面裂隙组合易形成不稳定块体4,易引起局部掉块、塌方,边坡揭露的岩层情况如图 1 所示。2 边坡变形情况及监测数据情况2 边坡变形情况及监测数据情况 在导流洞进口边坡开挖支护施工的过程中,共发生 4 次显著的变形垮塌。第一次变形发生在 2020 年 12 月 21 日至 26 日,变形部位发生在 2 2012 221 m 高程边坡坡面,在边坡开挖完成后,坡面的预裂成型效果较为明显,残孔率高,平整度好,但随后边坡在未受扰动情况下于12 月 21 日 发 生 变 形,坡 面 产 生 拉 裂 缝,高 程2 221 m 马道出现约 20 m 长裂缝,并于 12 月 26 日自行塌方。第一次变形情况的照片如图 2 所示。第二次变形发生在 2021 年 3 月 12 日至 13 日,变形部位发生在开挖边坡下游侧开口线外山脊处,3月 12 日发生少量掉块并发生局部垮方,随后发生持续性掉块现象,并导致坡面产生大量裂缝,垮方掉块现象持续至 3 月 13 日,第二次变形情况的如图 3所示。图 1 2#倾倒变形体揭露岩层情况图 2 第一次变形及垮塌情况883李贵平/大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期 第三次变形发生在 2021 年 3 月 21 日至 22 日,变形部位发生在开挖边坡下游侧开口线外山脊及坡面,3 月 21 日开始发生少量掉块并发生局部垮方,随后 3 月 22 日发生大量垮方,并导致开口线内外坡面产生大量裂缝,个别预应力锚索墩头被拉裂,第三次变形情况如图 4 所示。第四次变形发生在 2021 年 5 月 10 日,变形部位发生在开挖边坡下游侧开口线外边坡坡面,该部位在5 月 10 日上午发生少量掉块并发生局部垮方后,于当晚发生大量垮塌,持续时间近 2 小时,后续间断性出现掉块。导致开口线内外坡面产生大量裂缝,第四次变形情况如图 5 所示。图 3 第二次变形及开裂情况图 4 第三次变形垮塌及开裂情况图 5 第四次变形垮塌及开裂情况983李贵平/大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期3 边坡治理方式3 边坡治理方式 在以上4 次变形发生后,结合边坡的特性,水电站节点工期及安全方面考虑,主要从以下 6 个方面采取治理措施,确保倾倒变形体范围内边坡施工的安全可控。3.1 减小边坡开挖不利影响 结合对 4 次边坡变形的特性分析,其变形的发生与边坡下挖存在一定的相关性,尤其与坡面爆破开挖相关性较强,结合倾倒变形体边坡特性,由于其岩层破碎,稳定性差,在施工过程中本工程采取了弱爆破结合破碎锤开挖的形式进行边坡开挖施工,尽可能减少爆破开挖对其产生的不利影响。3.2 及时清理危岩体 四次变形垮塌后,边坡均不同程度出现岩体开裂现象,形成大量危石,危石紧邻进口边坡后续施工工作面,下部为现场主要交通通道,形成很大安全隐患,增加后续施工难度。由于变形部位爆破施工可能会造成更大的安全隐患,为保证后续施工安全,本工程在边坡趋于稳定后,安排人工系安全绳对边坡危岩进行人工全面清除,确保后续的施工安全,危岩体清理情况如图 6 所示。图 6 危岩体清理施工3.3 有效布设防护措施 受边坡变形及导流洞进口同导流洞洞身交叉干扰影响,为确保正常施工,本工程在边坡影响范围内增加以下防护措施:延伸开口线外被动防护网防护范围,上游同泄洪洞标相接,下游防护至变压器平台,形成有效防护屏障;在高程 2 201 m 马道设置被动防护网,并延伸至下游侧崩塌边坡范围;在边坡坡顶锚索上部增设被动防护网,确保坡顶锚索施工过程中安全;在倒悬体部位布置主动防护网;在下游开裂边坡部位布设主动防护网;在施工支洞口、下游崩塌边坡部位布置型钢防护棚洞,确保通行安全。以上防护措施的采取,为各个施工作业面提供了立体防护屏障,确保了施工过程中各部位安全。3.4 增加边坡深层支护措施 原设计采二维极限平衡法对边坡稳定性进行了计算,以桩号导 0+000 为例,原计算该桩号开挖后安全系数为 1.347,加固后安全系数为 1.384,考虑到边坡多次变形后,安全系数有所下降,原布设深层支护难以满足边坡稳定要求,设计院及时采取了加强支护措施5,本工程在正面边坡及下游开口线外边坡新增支护如下:将 2 2012 221 m 高程边坡原布设 30束锚筋桩调整为 1 000 kN,L=50 m 有黏结预应力锚索;在 2 201 m 高程以下边坡增设 2 排共计 29 束1 000 kN,L=40 m 无黏结预应力锚索;在 2 221 m高程至开口线边坡新增 31 束 1 000 kN,L=50 m 无黏结预应力锚索;在下游开口线外边坡新增 60 束1 000 kN,L=50 m 有黏结预应力锚索。采取以上深层支护措施后,边坡在深层锚固作用下趋于稳定,后续下挖过程中未出现影响工程安全的变形情况,经复核桩号导 0+000 在增加深层支护措施后安全系数为2.169。本工程增加深层支护措施示意如图 7 所示。3.5 调整支护方式和构造 为确保边坡能够及时在深层支护锚固力作用下趋于稳定,本工程将坡面原设计一次张拉的预应力锚索改为含双锚头的钢筋混凝土锚拉板的形式,采取两次张拉的方式进行张拉,首次张拉按照设计锚固力的70%进行张拉,张拉在开挖基岩面上进行,并预留足够长度,在钢筋混凝土锚拉板浇筑完成后,在锚拉板上再按照设计张拉力进行二次张拉,可确保深层支护及时起到效果,二次张拉永久锚头按照设计蓝图施工,初期钢锚头结构示意如图 8 所示。093李贵平/大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期图 7 新增深层支护措施示意图 8 初期钢锚头结构示意(单位:mm)3.6 加强边坡监测 由于对倾倒变形体边坡在施工期过程监测非常重要6,为确保边坡开挖支护施工过程中的安全可控,本工程投入了合成孔径雷达系统进行近 40 d 的不间断监测,并布设微芯桩对重点部位进行加强监测。合成孔径雷达监测采样频率为 5 min,根据现场监测情况,选取 1015 个特征点,绘制实时监测曲线图。正常情况下每天出一幅三维整体监测云图,当出现变形加大或危险时,增加危险区域的特征点至1020 个,并每个 25 h 出一张三维整体变形效果图。现场配备对讲机保障通信畅通,结合现场监测及综合分析结果,设置监测预警值,一旦变形达到预警值,立刻发出警报,现场监测人员立刻撤离到安全区,并马上汇报项目部现场管理人员,以便及时作出响应机制。合成孔径雷达工作图及测点布置如图 9所示。基于态势感知原理设计的微芯桩,可对坡体的变形、倾斜、振动等滑坡动力学与静力学参数实时进行监测,通过 GPRS 或北斗信号将数据连接传输到物联网云平台,物联网云平台将坡体安全状态信息和监测数据推送到客户端,实现对边坡安全的实时监测。同时通过内置滑坡失稳动力学模型,计算并设置出各监测指标阈值,当其感知的监测值超过阈值时,通过现场报警灯和物联网云平台,将预警信息、监测数据推送给管理人员,实现对边坡破坏全过程的监测及早期预警。本工程工布设 5 个测点,对导流洞出口边坡下游侧裂缝及开口线外进行滑坡动力学及静力学指标监测,通过主动采集、实时分析、临滑状态早期预警相结合的监测预警系统,实时把控滑坡稳定性状态及性状突变,为工程安全提供服务。微芯桩工作原理及测点布设如图 10 所示。经过 40 余天雷达系统及微芯桩监测数据的分析,导流洞进口边坡及下游崩塌边坡整体稳定,局部出现小的掉块迹象时,监测人员均及时预判预警,采取措施及时处理,确保了正面边坡贴坡混凝土浇筑及进口边坡下挖至路面高程施工期间的安全。193李贵平/大渡河流域某水电站倾倒变形体边坡治理措施探索水利水电技术(中英文)第 54 卷 2023 年第 S2 期图 9 合成孔径雷达工作图及测点布置图 10 微芯桩工作原理及测点布置4 结 语4 结 语 本文通过对大渡河流域某水电站倾倒变形体范围内的导流洞进口边坡开挖支护施工中遇到的倾倒变形体边坡治理问题的探索,描述了边坡四次变形过程,阐述了施工过程中采取的六方面行之有效的治理措施的阐述,提供了一些治理思路,期望能够为相似工程中的倾倒变形体边坡治理提供有意义的参考。参考文献:1 张明,王章琼,范尧.地质背景对倾倒变形体发育的贡献率J.武汉工程大学学报.2019,41(2):155-161.2 赵小平,张世殊,冉从彦,等.水电工程倾倒变形体发育特征及分布规律研究J.四川水力发电.2020,39(4):1-7.3 冉从彦,林红,赵小平.西部地区水电工程倾倒变形体分布规律及发育条件研究J.水电站设计.2020,36(4):12-16.4 李天涛,李少波,郝盛蓝,等.库水位升降下多诺水电站右岸倾倒变形体边坡演化过程研究J.地质灾害与环境保护.2022,33(4):26-32.5 李兴明,晏鄂川,严媛,等.某水电站导流明渠边坡倾倒变形分区与治理J.地质科技情报.2019,38(3):227-235.6 王海军,冯立,李光伟.倾倒变形体边坡变形监测与预警实例分析J.水电站设计.2018,34(4):65-68.(责任编辑 陈小敏)293