天花板水電站廠房后邊坡開挖應(yīng)急處理措施的地質(zhì)分析

于立宏，付長明，李前廷，譚金龍

（中國水電顧問集團北京勘測設(shè)計研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水電站地面廠房位于牛欄江右岸，廠房后邊坡走向NE14.5°，高102 m，長150 m。開口線最高高程為 1 062 m，分別在 975、995、1 110、1 130 m高程處設(shè)置了4層馬道，其中960～975 m高程段為直立坡，采取每5 m的梯段進行邊開挖邊支護的處理措施，并設(shè)置了2條工程監(jiān)測斷面，對邊坡施工以及今后運行進行時時監(jiān)測。支護采用噴混凝土 （厚8 cm）、掛網(wǎng) （φ16鋼筋、 間距20 cm×20 cm）、 錨桿 （2 m×2 m梅花形布置， 深6～8 m）、錨索 （6 m×6 m梅花形布置，長45 m，1 000 kN，仰角10°）等聯(lián)合方式。

邊坡開挖到990 m高程時，監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯異?，F(xiàn)象，6個多點位移計所測變形數(shù)據(jù)較大，且數(shù)據(jù)遲遲不收斂；5個錨桿應(yīng)力計應(yīng)力變大趨勢明顯，其中1個錨桿應(yīng)力計已出現(xiàn)了超量程現(xiàn)象；990～1 010 m高程正在進行支護的工作面上可見沿層理面已張開的現(xiàn)象。為此，對工程地質(zhì)情況進行了分析。

1 工程地質(zhì)條件

該區(qū)河谷呈 “V”形，兩側(cè)山體高2 600～3 100 m， 廠區(qū)地形坡度 38°～40°。 覆蓋層厚 3～5 m，主要為碎塊石土，呈松散～密實狀態(tài)?；鶐r為震旦系下統(tǒng)澄江組砂巖夾泥質(zhì)頁巖，巖石呈弱風(fēng)化狀態(tài)，巖層層理較穩(wěn)定，層理產(chǎn)狀為NE60°SE∠73°。砂巖強度較高，單軸飽和抗壓強度達40 MPa，層理間距20～40 cm；泥質(zhì)頁巖為砂巖夾層，層厚3～5 cm，每層間距20～40 cm，巖石強度低，性狀差，遇水軟化。邊坡內(nèi)未見斷層等大的結(jié)構(gòu)面發(fā)育，裂隙主要發(fā)育兩組：①NE60°SE∠73°順層理發(fā)育，間距20～40 cm，面平直粗糙，延伸長，閉合；②NW290°～310°SW∠75°～80°面平直粗糙， 閉合， 斷續(xù)延伸。其中，①組最為發(fā)育。受裂隙切割的影響，泥質(zhì)頁巖巖體破碎。地下水類型為基巖裂隙水，接受大氣降水補給，向牛欄江排泄。

2 廠房后邊坡穩(wěn)定性分析

巖層走向與邊坡呈35°～45°相交，巖層傾向山里，該邊坡為一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。前期工程地質(zhì)測繪、鉆探、物探、洞探等勘察工作和邊坡、調(diào)壓井區(qū)、壓力管道、引水隧洞等處的開挖揭露顯示，廠房后邊坡巖體內(nèi)不存在大的順坡向結(jié)構(gòu)面，邊坡后緣山體也未見順坡向拉張裂縫發(fā)育，且邊坡開挖的范圍有限。所以，廠房后邊坡沿某一已存在的固定面發(fā)生滑動破壞的可能性不大。盡管泥質(zhì)頁巖工程地質(zhì)性狀差，但砂巖強度高，其單軸飽和抗壓強度達40 MPa，且砂巖占整個廠房后邊坡巖體的絕大多數(shù)，此時1 010 m高程以上的淺層支護已完成，淺層巖土體在支護作用下已形成與巖體緊密結(jié)合的一個整體，產(chǎn)生突然滑動破壞的可能性不大。

由于調(diào)壓井及壓力管道、引水隧洞的開挖與形成導(dǎo)致巖體應(yīng)力非常復(fù)雜，邊坡表層受到了復(fù)雜的淺表層改造作用，巖體應(yīng)力進行了復(fù)雜的重新調(diào)整，巖體發(fā)生了一些卸荷反應(yīng)，出現(xiàn)了一定的松弛現(xiàn)象，邊坡產(chǎn)生了一定的蠕變。在這個變化過程中，一些強度低的巖石，尤其是泥質(zhì)頁巖發(fā)生了破壞，一些結(jié)構(gòu)面也因發(fā)生了破壞而張開，雨水更容易進入到巖體內(nèi)部，加強了邊坡巖體與雨水的聯(lián)系，加大了地下水的運動與循環(huán)，加快了泥質(zhì)頁巖性狀變差的速度，泥質(zhì)頁巖破壞和軟化的范圍擴大，泥質(zhì)頁巖的破壞和軟化導(dǎo)致砂巖要承擔(dān)更多的應(yīng)力。同時，受到自重、地下水、邊坡應(yīng)力等影響，泥質(zhì)頁巖將被壓縮或向下方和坡外蠕變；而支護的不均一和不及時以及大部分錨索支護還未完成等原因，不利于邊坡穩(wěn)定的應(yīng)力應(yīng)變未被及時制止，邊坡向臨空面變形，最終出現(xiàn)了上面所述的監(jiān)測數(shù)據(jù)異常以及在一些工作面上可見到層理面張開的現(xiàn)象。邊坡出現(xiàn)的異常主要是泥質(zhì)頁巖結(jié)構(gòu)變化、錨索支護滯后等綜合原因引起邊坡淺表層局部巖體發(fā)生變化所致。因此，改善邊坡應(yīng)力環(huán)境，抑制泥質(zhì)頁巖被破壞變動是保障邊坡不發(fā)生變化的關(guān)鍵。

3 工程應(yīng)急處理

（1）迅速在高程990～998 m坡角回填碎塊石土，將坡角保護好，以降低邊坡應(yīng)力應(yīng)變調(diào)整幅度。

（2）在原有兩條監(jiān)測斷面之間，即樁號廠左0+44.25處增加一條監(jiān)測斷面，加強工程監(jiān)測，以指導(dǎo)施工。

（3）完成990 m高程以上錨索和排水孔施工后，再進行990 m高程以下的施工。

（4）邊坡開挖梯段由5 m改為2 m，以減少對邊坡巖體的擾動程度。完成該梯段所有支護和排水孔后，方可再進行下一梯段的工作。

（5）盡快完成未施工的錨索。

4 結(jié)語

邊坡經(jīng)過應(yīng)急處理后，各種異常現(xiàn)象均未進一步發(fā)展，監(jiān)測數(shù)據(jù)很快就回到正常值范圍內(nèi)，工程進展過程中也未再出現(xiàn)新的異?，F(xiàn)象。目前，該邊坡已安全運行近3年，邊坡表面觀察和監(jiān)測資料均未見異?，F(xiàn)象。這些說明工程處理措施是成功的，工程地質(zhì)分析是正確的。對廠房后邊坡異?，F(xiàn)象的科學(xué)分析，及時、妥當(dāng)?shù)墓こ烫幚?，保證了廠房后邊坡的穩(wěn)定，保障了天花板水電站的順利進行。