多諾水電站導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)豎井邊坡開(kāi)裂變形分析及處理措施

黃 剛,李廷友

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

多諾水電站位于四川省九寨溝縣白水江流域一級(jí)支流黑河上游，屬黑河～白水江水電規(guī)劃一庫(kù)七級(jí)方案中的龍頭電站。首部樞紐由112m高的混凝土面板堆石壩、取水口、泄洪洞、導(dǎo)流(放空)洞等建筑物構(gòu)成。水庫(kù)正常蓄水位2 370m，總庫(kù)容5 622萬(wàn)m3。電站利用水頭350m，裝機(jī)容量100MW。

導(dǎo)流(放空)洞布置于黑河右岸，豎井布置于若九公路內(nèi)側(cè)5m，邊坡于2008年1月開(kāi)挖完成，2008年5月系統(tǒng)支護(hù)完成，采用噴錨支護(hù)。邊坡最大開(kāi)挖高度53m。2009年4月27日，發(fā)現(xiàn)豎井上、下游邊坡及內(nèi)側(cè)邊坡混凝土噴層有不同程度的開(kāi)裂，開(kāi)裂前連續(xù)3天強(qiáng)降雨。2010年8月6日，上游側(cè)坡發(fā)生垮塌，塌方前連續(xù)兩天強(qiáng)降雨。

2 工程地質(zhì)條件

閘門(mén)井豎井平臺(tái)高程為2 375m，其上游側(cè)邊坡坡高一般為7～12m，最大坡高15m，走向N20°W，坡體上部有少量強(qiáng)風(fēng)化巖體，厚0.5～1m，以下均為強(qiáng)卸荷巖體，開(kāi)挖坡比為1∶0.5～1∶0.6。邊坡中上部巖性為中厚層砂巖夾少量薄層板巖，中下部為薄層砂巖與薄層板巖互層。巖層產(chǎn)狀為N15°W/ SW∠75°。邊坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，巖體為碎裂～層狀結(jié)構(gòu)，局部散體結(jié)構(gòu)，層面陡傾上游，邊坡為逆向坡，層面對(duì)坡體穩(wěn)定不具控制性，邊坡穩(wěn)定主要受巖體強(qiáng)度控制。

內(nèi)側(cè)坡坡高約50～55m，頂部0.5～1.0m為塊碎石土，結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度低，自穩(wěn)能力差。2 400～2 428m高程開(kāi)挖坡比為1∶0.75，邊坡巖體總體以強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體為主，結(jié)構(gòu)松散，為碎裂～散體結(jié)構(gòu)，巖體自穩(wěn)能力差；2 400m高程以下至閘門(mén)井平臺(tái)開(kāi)挖坡比為1∶0.35，邊坡巖體以強(qiáng)卸荷為主，除層面裂隙發(fā)育外，主要發(fā)育兩組裂隙，即①N80°W/SW∠80°和②N80°W/NE∠35°～40°，間距20～40cm，跡長(zhǎng)1～3m，個(gè)別長(zhǎng)5～7m，大多張開(kāi)，開(kāi)度一般3～5mm，個(gè)別張開(kāi)大于1cm，多充填次生泥。層面產(chǎn)狀與坡面大角度相交或近于垂直，內(nèi)側(cè)坡為橫向坡，邊坡穩(wěn)定主要受巖體強(qiáng)度控制。

下游側(cè)坡坡高15～20m，上部有部分強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體，下部以強(qiáng)卸荷巖體為主，坡體結(jié)構(gòu)以碎裂～層狀結(jié)構(gòu)為主，巖體破碎，層面與坡面小角度相交或近于平行，邊坡為順向坡。局部有倒懸體。

3 裂縫性狀特征

2009年4月27日，發(fā)現(xiàn)豎井上、下游邊坡及內(nèi)側(cè)邊坡混凝土噴層有不同程度的開(kāi)裂，其裂縫分布見(jiàn)圖1，性狀描述見(jiàn)表1。

4 裂縫開(kāi)裂原因分析及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

(1)上游側(cè)坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，碎裂～層狀結(jié)構(gòu)，局部散體結(jié)構(gòu)，層面陡傾上游，邊坡為逆向坡，層面對(duì)坡體邊坡穩(wěn)定不具控制性，邊坡穩(wěn)定主要受巖體強(qiáng)度控制。三條裂縫為縱向縫，與上游坡小角度相交或近于平行陡傾閘門(mén)井(下游)，向豎井方向和公路外側(cè)產(chǎn)生張開(kāi)變形。由于上游邊坡及公路開(kāi)挖后，邊坡表淺部松散巖體在雨水等作用下強(qiáng)度很低，自穩(wěn)能力極差，邊坡表淺部松散巖體向閘門(mén)井和公路外側(cè)變形張開(kāi)，直至垮塌，邊坡的穩(wěn)定性由巖體強(qiáng)度控制。

表1 導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)豎井邊坡裂縫性狀特征

圖1 閘門(mén)井邊坡裂縫調(diào)查平面示意

(2)內(nèi)側(cè)坡2 400m高程以上為強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體，結(jié)構(gòu)松散，為碎裂～散體結(jié)構(gòu)，巖體自穩(wěn)能力差，開(kāi)挖坡比較陡，1∶0.75；2 400m高程以下巖體多以弱風(fēng)化、弱卸荷巖體為主，局部強(qiáng)卸荷，層面與坡面大角度相交或近于垂直，層面對(duì)坡體穩(wěn)定不具控制性，坡體整體基本穩(wěn)定，開(kāi)挖坡比較陡，1∶0.35。施工過(guò)程中在高程2 407～2 409m產(chǎn)生了兩條近水平延伸的裂縫，長(zhǎng)約6～7m，張開(kāi)約0.5～2cm，走向?yàn)镹75°E，至2009年4月27日，裂縫均有不同程度的擴(kuò)張。邊坡表淺部為強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體，裂縫在雨水作用下進(jìn)一步擴(kuò)張，邊坡的穩(wěn)定性由巖體強(qiáng)度控制。

(3)下游側(cè)坡上部有部分強(qiáng)風(fēng)化、強(qiáng)卸荷巖體，下部以強(qiáng)卸荷巖體、碎裂～層狀結(jié)構(gòu)為主，層面與坡面小角度相交或近于平行，邊坡為順向坡，局部有倒懸體。下游側(cè)兩條裂縫，陡傾閘門(mén)井內(nèi)(上游)，一是因?yàn)樯喜繋r體破碎強(qiáng)度較低，在雨水作用下有可能開(kāi)裂變形；二是因?yàn)閹r層層面陡傾坡外，坡體為順向坡，邊坡整體穩(wěn)定性較差，層面蠕滑也可能使邊坡變形開(kāi)裂。因此下游側(cè)邊坡開(kāi)裂是二者聯(lián)合作用的結(jié)果。

綜上所述，上游側(cè)坡及內(nèi)側(cè)坡的裂縫開(kāi)裂，是由于邊坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，巖體強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差，在長(zhǎng)期自重作用及雨水作用下，產(chǎn)生的開(kāi)裂變形。邊坡穩(wěn)定性主要由巖體強(qiáng)度控制，邊坡穩(wěn)定性較差。下游側(cè)裂縫一方面是由于邊坡表淺層巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差，在雨水長(zhǎng)期作用下，有可能產(chǎn)生開(kāi)裂變形；另一方面巖層層面陡傾閘門(mén)井，邊坡為順向坡，層面可能產(chǎn)生蠕滑變形。邊坡整體穩(wěn)定性較差。

5 支護(hù)處理措施

由于該邊坡總體不高，最大坡高僅有50余米，經(jīng)過(guò)定性分析判斷，2009年5月對(duì)閘門(mén)井邊坡增設(shè)了如下支護(hù)處理：

(1)上游側(cè)坡削坡與公路平順連接，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@0.15m×0.15m，噴混凝土0.12m，布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距2.5m，梅花形布置；在下部設(shè)置高3.0m的漿砌塊石擋墻。

(2)內(nèi)側(cè)坡2 385～2 400m高程增設(shè)間距2.5m的混凝土框格梁，節(jié)點(diǎn)布置錨筋束3φ25，L=9.0m。

(3)下游側(cè)坡削坡與公路平順連接，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@0.15m×0.12m，噴混凝土0.12m，布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距2.5m，梅花形布置；布置錨筋束3φ25，L=9.0m，間、排距2.5m，梅花形布置。

針對(duì)2010年8月6日上游邊坡塌方，對(duì)該邊坡增設(shè)如下處理措施：

(1)上游側(cè)坡按1∶0.75進(jìn)行削坡處理與公路平順連接，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@0.15m×0.15m，噴混凝土0.12m；布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距1.5m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距3.0m，梅花形布置；在下部設(shè)置高3.0m的漿砌塊石擋墻。

(2)內(nèi)側(cè)坡2 375～2 400m高程布設(shè)間距2.5m的混凝土框格梁，節(jié)點(diǎn)布置錨筋束3φ25，L=9.0m；2 394m和2 399m高程各布置一排錨索共13根(L=20m，P=1000kN，間距5.0m)；2 400m高程以上布設(shè)間距2.5m的混凝土框格梁，節(jié)點(diǎn)布置錨桿(φ25，L=6.0m，梅花形布置)。

(3)下游側(cè)坡繼續(xù)按2009年5月的設(shè)計(jì)通知執(zhí)行。

6 監(jiān)測(cè)成果分析

(1)導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)井邊坡布設(shè)了4套三點(diǎn)式位移計(jì)：P1(孔口)、P2(5m)、P3(17m)，從監(jiān)測(cè)成果和物理量過(guò)程線變化規(guī)律分析，位移量小，未見(jiàn)異常。

(2)導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)井邊坡埋設(shè)10支測(cè)縫計(jì)：J1、J2、J3、J4-1、J4-2、J5、J6、J7、J8-1、J8-2。從監(jiān)測(cè)成果和物理量過(guò)程線變化規(guī)律分析，測(cè)得最大開(kāi)合度是J3為-9.4mm，與上月-9.4mm對(duì)比保持一致，沒(méi)有出現(xiàn)異常開(kāi)裂。

(3)導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)井邊坡埋設(shè)3支錨索測(cè)力計(jì)：PR1、PR2、PR3。從監(jiān)測(cè)成果和物理量過(guò)程線變化規(guī)律分析，成果線呈水平走勢(shì)，錨索張力損失小，未見(jiàn)異常。

綜合以上監(jiān)測(cè)成果資料分析，導(dǎo)流(放空)洞閘門(mén)井邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié) 語(yǔ)

(1)上游側(cè)坡及內(nèi)側(cè)坡裂縫開(kāi)裂，是由于邊坡巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，巖體強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差，在長(zhǎng)期自重作用及雨水作用下自然產(chǎn)生的開(kāi)裂變形，邊坡穩(wěn)定性主要有巖體強(qiáng)度控制，邊坡穩(wěn)定性較差。

(2)下游側(cè)裂縫一方面是由于邊坡表淺層巖體風(fēng)化卸荷強(qiáng)烈，強(qiáng)度較低，自穩(wěn)能力差，在雨水長(zhǎng)期作用下有可能產(chǎn)生開(kāi)裂變形；另一方面是巖層層面陡傾閘門(mén)井，邊坡為順向坡，層面可能產(chǎn)生蠕滑變形，邊坡整體穩(wěn)定性較差。

(3)邊坡支護(hù)處理至今已兩年有余，各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，邊坡無(wú)異常變形跡象，邊坡穩(wěn)定。