煙崗、跑馬坪水電站廠址高邊坡穩(wěn)定性評價

孫云博

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院勘察分院，陜西咸陽712000)

煙崗、跑馬坪水電站系鴨嘴河水電工程“一庫一閘三級電站”梯級開發(fā)方案的二、三級電站。工程位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)，雅礱江支流鴨嘴河下游煙崗～河口峽谷段，距木里縣城76 km。

煙崗電站設(shè)計發(fā)電流量23.6 m3/s，設(shè)計水頭618 m，總裝機容量120 MW，具有日調(diào)節(jié)能力，引水式開發(fā)。工程樞紐由低閘樞紐、引水發(fā)電洞、調(diào)壓室、壓力管道及電站廠房組成。

跑馬坪電站前池與煙崗電站尾水相接，位于煙崗低閘樞紐下游約7 km處，跑馬坪水電站設(shè)計發(fā)電流量23.6 m3/s，設(shè)計水頭618 m，總裝機容量120 MW，由前池、壓力管道及電站廠房組成。煙崗、跑馬坪電站屬中型Ⅲ等工程。

1 電站廠址自然邊坡穩(wěn)定性

1.1 地質(zhì)條件

煙崗、跑馬坪水電站從調(diào)壓井—尾水渠各水工建筑物整體位于雅礱江右岸高約1 300 m的斜坡上。以上游羅家溝至下游跑馬坪以北的沖溝為評價范圍，順河方向長約500 m，山體雄厚，坡體完整，斜坡中部二云片巖與石英巖的接觸部位發(fā)育一條弧形沖溝，長約550 m ，深30～60 m。山坡走向10°～30°，傾向SE，自然坡角35°～40°。山坡最高處調(diào)壓井高程3196m，雅礱江底高程1 770 m，相對高差1 426 m，跑馬坪電站以上邊坡高度1 309 m。典型斷面如圖1。

圖1 水電站廠房自然邊坡地質(zhì)簡圖

斷面上發(fā)育兩級平臺，一級平臺高程2 560 m，二級平臺高程約1 780 m，平臺前緣發(fā)育基巖陡崖，陡崖高度一般40～95 m。高程2 280～2 308 m以上發(fā)育一長約150 m，高30～37 m的基巖陡坎.為強烈下切的高山谷地貌，構(gòu)造剝蝕強烈。

山坡中部發(fā)育洞洞溝—跑馬坪背斜。核部巖性為石英巖，兩翼為二云石英片巖。背斜軸線方向約350°，西翼產(chǎn)狀355°/SW∠50°，與坡向相反，傾角大于坡角，東翼產(chǎn)狀180°/SE∠60°，與坡向一致，傾角大于坡角。山坡上部巖層呈單斜構(gòu)造，以斷層F7為界，頂部為石英巖，下部為石英砂巖，巖層產(chǎn)狀110°/SE∠35°～40°。調(diào)查發(fā)育 4組裂隙，產(chǎn)狀①270°～280°/NE60°～85°;②330°～20°/NE25°～80°;③40°～50°/SE50°～ 75°;④60°～90°/SE40°～85°。

調(diào)壓井以下山坡發(fā)育較大的斷層有F12、f7、F13、f12、F14、f11 等6條，走向NE10°～ 20°，傾向345°～355°，發(fā)育長度100～540 m，斷層帶寬度0.3～2.5 m，主要為大的巖性分界構(gòu)造線。其走向與邊坡走向線近于平行，傾向坡里，傾角陡，性質(zhì)多為逆斷層，對邊坡整體穩(wěn)定性影響較小。

山坡中地下水分布于強～弱風(fēng)化巖體裂隙及斷裂帶中，屬基巖裂隙水及斷層帶裂隙水，分布極不均一，主要接受大氣降雨補給，季節(jié)性變化大，向附近溝谷排泄。地下水位埋深在煙崗水電站廠址附近47.5～65.75 m，跑馬坪水電站廠址附近約25～36 m，其余部位埋深大于100m。鉆孔揭示地下水位統(tǒng)計見表1。

表1 地下水位統(tǒng)計表

1.2 巖體的工程特性

高邊坡由于河谷深切，岸坡高陡，局部形成懸崖，風(fēng)化卸荷強烈。邊坡上部石英巖、石英砂巖段，特別是調(diào)壓井部位，三面臨空，巖體卸荷強烈，地質(zhì)探硐施工中洞頂常發(fā)生塌方、掉塊現(xiàn)象，高度2～4 m。強卸荷帶水平深度36 m，裂隙普遍張開1～10 cm，最大30 cm，間距1～3 m，弱卸荷帶15～25 m，裂隙張開0.5～1.0 cm，間距5～10 m。石英巖、石英砂巖強風(fēng)化厚度17～26 m。中部二云片巖巖體強度較低，受煙崗水電站后緣沖溝切割，地形破碎，風(fēng)化劇烈，強風(fēng)化水平深度24.5～27.5 m，最大40.5 m，發(fā)育的卸荷帶水平深度15 m。下部石英巖段，強風(fēng)化帶垂直厚度4.5～15.5 m，水平深度8～14 m，弱卸荷帶發(fā)育深度6～14 m。總體煙崗水電站以上巖體風(fēng)化卸荷帶厚度大，其下較小。邊坡上部石英巖、石英砂巖段屬堅硬巖石，呈塊—厚層狀結(jié)構(gòu)。Rb﹥100 MPa，彈性波速強風(fēng)化巖體VP=1 700～2 100 m/s，弱風(fēng)化2 400～2 700 m/s;中部二云片巖段，屬中硬巖，屬片狀構(gòu)造，Rb=43.2 MPa，彈性波速強風(fēng)化巖體 VP=1 200 m/s，弱風(fēng)化1 800 m/s;下部石英巖段，屬堅硬巖，屬塊狀構(gòu)造，Rb=111.7 MPa，彈性波速強風(fēng)化巖體VP=2 200～2 500 m/s，弱風(fēng)化VP=3 200～3 300 m/s。巖體透水性以弱—中等透水帶為主，中等透水帶深度在調(diào)壓井80 m，煙崗電站35～45 m，跑馬坪電站30 m。

1.3 穩(wěn)定性評價

電站廠房山體邊坡整體形態(tài)完整，中部煙崗電站廠址以北發(fā)育一小沖溝。地形上呈二平臺三段斜坡式，按巖性巖層產(chǎn)狀與邊坡關(guān)系可劃分為三段，上部石英巖、石英砂巖塊體結(jié)構(gòu)邊坡，巖石堅硬，巖體成塊狀～中厚層狀，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，為順向坡，邊坡穩(wěn)定條件較好，易形成高陡邊坡，邊坡的變形破壞形式多為卸荷松弛和崩塌。中部煙崗電站附近二云片巖層狀反向結(jié)構(gòu)邊坡，巖體中硬，呈薄層狀，邊坡與巖層走向夾角小于30°，對邊坡穩(wěn)定有利，但應(yīng)注意側(cè)向變形的可能性，其表層強風(fēng)化卸荷帶巖體工程性差，應(yīng)注意其開挖變形。下部石英巖塊狀結(jié)構(gòu)邊坡，巖石堅硬，巖體成塊狀，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，為順向坡，邊坡穩(wěn)定條件好。

水電站廠址山體邊坡發(fā)育較大的斷層有6條，走向與邊坡一致，屬逆性斷層，傾向坡里，傾角陡，對邊坡整體穩(wěn)定性影響較小，邊坡整體穩(wěn)定。局部小斷層組合可能形成不穩(wěn)定塊體。各斷層對邊坡穩(wěn)定性影響分析見表2。

綜上所述，邊坡形態(tài)完整，變形破壞主要表現(xiàn)為調(diào)壓井—煙崗電站巖體表層的松動卸荷，強烈風(fēng)化。山體發(fā)育兩處小滑塌體及崩坡積層。結(jié)合邊坡巖體的巖性構(gòu)造等綜合分析認(rèn)為山體整體現(xiàn)狀穩(wěn)定，小斷層及裂隙組合可能形成局部不穩(wěn)定塊體。

2 煙崗、跑馬坪水電站工程邊坡穩(wěn)定性評價

2.1 壓力管道管坡穩(wěn)定性評價

2.1.1 煙崗水電站壓力管道明管邊坡穩(wěn)定性

壓力管道明管邊坡為較平整的斜坡，地面高程2 529～3 193 m，相對高差664 m，局部地段分布高約40 m的陡崖。邊坡走向5°～45°，上部由堅硬的石英巖、石英砂巖組成，下部由中硬的二云片巖組成。自然坡角上部40°～45°，下部30°～35°。詳見管坡斷面圖2。

圖2 煙崗電站工程邊坡地質(zhì)筒圖

表2 斷層對邊坡穩(wěn)定性分析表

圖3 煙崗電站明管邊坡赤平投影圖

覆蓋層厚度1～3 m，最厚13 m，強風(fēng)化厚度石英巖一般5～15 m，二云片巖25～33 m，邊坡整體穩(wěn)定性較好，裂隙對壓力管道邊坡穩(wěn)定分析見赤平投影圖3，圖中ab為邊坡，走向15°，坡角30～45°。構(gòu)造裂隙主要發(fā)育 4組:①270°～280°/NE∠60°～85°;②330°～20°/NE∠25°～80°;③40°～50°/SE∠50°～75°;④60°～90°/SE∠40°～85°。

根據(jù)赤平投影對邊坡穩(wěn)定分析:①④裂隙組合其交線位于坡面圓弧外側(cè)，結(jié)構(gòu)面交線傾向與坡面傾向相同，故切割巖體是不穩(wěn)定的。建議削坡清除不穩(wěn)定塊體，并進行噴錨處理。

2.1.2 跑馬坪電站壓力管道明管邊坡穩(wěn)定性評價

壓力管道明管邊坡為基巖斜坡，基巖大多裸露，覆蓋層厚度一般1～2 m，最厚可達15 m。邊坡走向5°～15°，坡角35°～50°基巖為石英巖，呈塊狀～中厚層狀，巖層產(chǎn)狀0°～20°/SE∠35°～45°，與坡面一致，為順坡向。自然邊坡整體完整。邊坡形態(tài)見圖4。根據(jù)鉆探、平硐揭示強風(fēng)化厚5～15 m，弱風(fēng)化厚20～40 m;弱卸荷帶水平厚度6～14 m。

構(gòu)造裂隙主要發(fā)育4組，①270°～280°/SW、NE∠23°～79°;②330°～350°/SW、NE∠50°～76°;③50°～80°/SE、NW∠24°～86°;④層面:10°～20°/SE∠35°～45°。根據(jù)赤平投影分析邊坡整體穩(wěn)定，③、④裂隙組合切割巖體是不穩(wěn)定的，易產(chǎn)生崩塌、掉塊和楔形變形不穩(wěn)定塊體。建議削坡清除不穩(wěn)定塊體，噴錨加固處理。

2.2 廠房開挖邊坡穩(wěn)定性

2.2.1 煙崗水電站廠房區(qū)高邊坡工程地質(zhì)條件

水電站廠房開挖后，形成后背坡高約62 m。自然坡面較緩，坡角約35°，邊坡形態(tài)較完整，表層有1～3 m厚坡積層，下伏基巖為二云片巖及石英巖，巖層產(chǎn)狀與坡向相反，為反向坡，對邊坡穩(wěn)定有利。兩巖性之間有一順層小斷層，產(chǎn)狀358°/SW∠55°，碎帶寬5～10 cm，對邊坡穩(wěn)定影響小，邊坡處于地下水以上，無不利結(jié)構(gòu)面存在。但二云片巖強度低，風(fēng)化強烈，卸荷發(fā)育深度大，強風(fēng)化卸荷帶巖體穩(wěn)定性差。

主要發(fā)育5組裂隙:①270°～280°/NE∠30°～70°;②290°～300°/NE∠30°～82°;③0°～10°/SE∠40°～80°;④40°～60°/NW∠60°～75°;⑤70°～80°/SE∠65°～85°，裂隙對邊坡穩(wěn)定分析見赤平投影圖5，圖中ab為邊坡，走向35°，坡角40°。據(jù)赤平投影圖對邊坡穩(wěn)定分析:①③、②③裂隙組合切割邊坡形成不穩(wěn)定塊體，易產(chǎn)生崩塌、掉塊。建議:清除坡面不穩(wěn)定塊體，并進行砼噴錨處理，覆蓋層及強風(fēng)化二云片巖開挖坡比1∶0.75;弱風(fēng)化二云片巖開挖坡比1∶0.5～1∶0.75;弱風(fēng)化石英巖開挖坡比1∶0.3 ～1 ∶0.5。

圖5 煙崗電站站址邊坡赤平投影圖

2.2.2 跑馬坪電站廠房開挖邊坡穩(wěn)定性評價

電站廠房開挖后，形成后背高邊坡高約45～60 m。自然坡角36°～40°，邊坡形態(tài)完整，巖性為石英巖，淺灰白～灰色，堅硬，呈塊狀～中厚層狀，強～弱風(fēng)化，巖層傾角39°，為順向坡，無不利邊坡穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面。主要發(fā)育4組裂隙，①270°～280°/NE或SW∠15°～86°;②330°～350/°NE 或 SW∠31°～70°;③10°～30°/SE∠35°～55°，層面裂隙，間距 50 ～300 cm，延伸長大于 50 m;④40°～70/°NW或NW∠60°～80°。裂隙對邊坡穩(wěn)定分析見赤平投影圖6，圖中ab為邊坡，走向22°，坡角45°。

圖6 跑馬坪電站站址邊坡赤平投影圖

根據(jù)赤平投影分析:②③裂隙組合切形成不穩(wěn)定塊體，易產(chǎn)生崩塌、掉塊，建議清除邊坡不穩(wěn)定塊體。

廠房邊坡現(xiàn)狀整體穩(wěn)定，局部裂隙切割會形成不穩(wěn)定塊體，可能產(chǎn)生崩塌、掉塊現(xiàn)象，開挖后被切斷的層面在坡面出露，具有順層滑動的地質(zhì)條件。建議開挖坡比:強風(fēng)化巖石1∶0.75，弱風(fēng)化巖石1 ∶0.3～1 ∶0.5，微風(fēng)化巖石1 ∶0.25～1 ∶0.3。坡面應(yīng)進行錨噴處理，為防止高山掉石，建議上部設(shè)攔石低擋墻。

3 結(jié)論及建議

(1)煙崗、跑馬坪水電站雅礱江右岸高約1 300 m的斜坡上，邊坡形態(tài)完整，變形破壞主要表現(xiàn)為調(diào)壓井—煙崗電站巖體表層的松動卸荷，強烈風(fēng)化。山體發(fā)育兩處小滑塌體及崩坡積層。結(jié)合邊坡巖體的巖性構(gòu)造等綜合分析認(rèn)為邊坡整體現(xiàn)狀穩(wěn)定，小斷層及裂隙組合可能形成局部不穩(wěn)定塊體。

(2)煙崗電站廠房區(qū)開挖高邊坡高度62 m，坡角35°，整體基本穩(wěn)定。上部二云片巖強度低，風(fēng)化卸荷強烈，發(fā)育深度大，強風(fēng)化卸荷帶巖體穩(wěn)定性差。建議開挖坡比:強風(fēng)化二云片巖1 ∶0.75～1 ∶1，弱風(fēng)化二云片巖、石英巖1 ∶0.3～1 ∶0.5，微風(fēng)化石英巖1∶0.25。進行噴錨處理，并做坡面排水設(shè)施。

(3)跑馬坪電站廠房區(qū)高邊坡整體穩(wěn)定，為順向坡，建議基礎(chǔ)開挖坡比強風(fēng)化1∶0.75，弱風(fēng)化1∶0.3～1∶0.5，并做噴、錨處理及排水工程。

(4)煙崗、跑馬坪水電站在施工開挖過程中未發(fā)現(xiàn)邊坡變形、滑塌等破壞現(xiàn)象，主體工程已于2012年10月基本建成，并通過了通水運行試驗，說明邊坡穩(wěn)定性評價結(jié)論正確合理，所建議處理措施恰當(dāng)。

［1］四川省涼山州木里縣鴨嘴河煙崗跑馬坪水電站工程地質(zhì)勘察報告.(初步設(shè)計階段)陜西省水利水電勘測設(shè)計研究院地勘分院;

［2］水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.(GB50287—2006);

［3］水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.(GB50487—2008);

［4］中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范.(SL55—2005)。