安全監(jiān)測成果分析老撾南歐江六級(jí)電站復(fù)雜地質(zhì)水文條件的廠房邊坡施工期的變化

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摘要：南歐江六級(jí)電站廠房邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜且降雨期長，施工期間，多次發(fā)生險(xiǎn)情，并發(fā)生一次導(dǎo)流洞出口塌方，通過安全監(jiān)測，對(duì)邊坡變形動(dòng)態(tài)地及時(shí)監(jiān)測和預(yù)報(bào)，避免或減少工程損失，保證了工程施工順利，根據(jù)監(jiān)測成果分析，為了解廠房邊坡的穩(wěn)定性，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)及邊坡支護(hù)方案的調(diào)整提供了重要依據(jù)和有力支持。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測；成果分析；南歐江六級(jí)電站；復(fù)雜地質(zhì)水文；廠房邊坡；變化

1 工程概況

南歐江六級(jí)電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，是南歐江流域由下游自上游開發(fā)的第六個(gè)梯級(jí)電站。工程等別為二等大（2）型工程，電站由復(fù)合土工膜堆石壩、溢洪道、放空洞、導(dǎo)流洞及引水發(fā)電系統(tǒng)組成。電站以發(fā)電為主，總裝機(jī)容量180MW，死水位490m，正常蓄水位510m，相應(yīng)庫容4.09×108m3，調(diào)節(jié)庫容2.46×108m3，具有季調(diào)節(jié)性能。

發(fā)電廠房為岸邊式地面廠房，位于左岸，廠房邊坡巖性由板巖夾變質(zhì)粉～細(xì)砂巖組成，為斜順向坡，開挖邊坡坡度陡于巖性傾角，存在順層滑動(dòng)破壞的可能，邊坡穩(wěn)定條件差，而邊坡穩(wěn)定對(duì)廠房施工期和運(yùn)行期的安全至關(guān)重要。

廠房邊坡緊靠導(dǎo)流洞出口邊坡，導(dǎo)流洞出口邊坡在施工過程中，于2013年5月發(fā)生塌方，引起導(dǎo)流洞出口和廠房邊坡產(chǎn)生了較大的變形開裂現(xiàn)象，在此之后，根據(jù)監(jiān)測情況，導(dǎo)流洞出口和廠房邊坡為不穩(wěn)定邊坡，必須采取工程處理措施，才能確保邊坡安全。根據(jù)邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，采取了削坡減載、預(yù)應(yīng)力錨索、錨拉梁等工程處理措施，與此同時(shí)，開展了對(duì)邊坡穩(wěn)定性的監(jiān)測工作。

2 監(jiān)測設(shè)計(jì)

該項(xiàng)工程監(jiān)測點(diǎn)布置的基本原則是：綜合考慮工程巖體受力情況和地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，并重點(diǎn)布置在最有可能發(fā)生滑移，對(duì)工程施工及運(yùn)行安全影響最大的部位。由于廠房邊坡的監(jiān)測工作是在發(fā)生塌方之后進(jìn)行的，為了監(jiān)測在清坡、削坡和加固處理過程中邊坡的穩(wěn)定性，監(jiān)測儀器的埋設(shè)是隨著邊坡開挖支護(hù)工程的進(jìn)展情況而實(shí)施。目前邊坡已支護(hù)完成，整個(gè)廠房邊坡監(jiān)測工作可劃分為三個(gè)部分，即EL.511m以上邊坡、廠房邊坡和導(dǎo)流洞出口邊坡。根據(jù)工程地形、地質(zhì)、加固處理措施及監(jiān)測情況等條件，邊坡監(jiān)測重點(diǎn)以變形、支護(hù)效應(yīng)為主。

1）表面變形監(jiān)測：在邊坡開口線、各級(jí)馬道上布置了表面變形監(jiān)測點(diǎn)，采用極坐標(biāo)法監(jiān)測邊坡表面的水平位移和垂直位移，共布置變形觀測墩14個(gè)，臨時(shí)表觀點(diǎn)2個(gè)。

2）深部變形監(jiān)測：深部變形主要采用測斜孔，在525m高程馬道布置了3個(gè)測斜孔，490m高程馬道布置了2個(gè)測斜孔。

3）支護(hù)效應(yīng)監(jiān)測：根據(jù)邊坡的支護(hù)措施，主要對(duì)錨索的加固效果進(jìn)行監(jiān)測，共布置了11臺(tái)錨索測力計(jì)。

通過上述監(jiān)測設(shè)施對(duì)廠房邊坡淺部、深部變形以及支護(hù)措施實(shí)施后的邊坡穩(wěn)定情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，及時(shí)了解廠房邊坡變形的時(shí)間、空間分布規(guī)律，為邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)調(diào)整支護(hù)措施提供了參考依據(jù)。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 EL.511m以上邊坡

1 表面變形監(jiān)測

511m高程以上邊坡自加固處理以來，邊坡變形速率隨著加固荷載增加而降低，但位移趨勢不變，降雨影響較明顯；分析如下：

該邊坡自2013年5月開始出現(xiàn)變形，2013年6～8月雨季中，各測點(diǎn)變形有所加速，水平位移平均速率為3.9mm/d，垂直位移平均速率為3.1mm/d，2013年9月初515m、520m高程兩排錨拉梁施工后，變形速率有所減緩，2013年9～11月份水平位移平均速率為1.2mm/d，垂直位移平均速率為0.8mm/d，2013年12月13日～16日連續(xù)強(qiáng)降雨后，變形速率又進(jìn)一步增大，水平位移速率增至1.4mm/d，垂直位移速率增至1.2mm/d，2013年12月底526m高程錨拉梁張拉后，該區(qū)域邊坡變形速率又有所降低，2014年1～3月份水平位移平均速率為0.6mm/d，垂直位移平均速率為0.1mm/d，進(jìn)入4月份隨著雨季的到來，邊坡變形速率又有所回升，水平位移平均速率為1.5mm/d，垂直位移平均速率為1.3mm/d。該區(qū)域邊坡水平變形速率接近垂直變形速率，各測點(diǎn)的水平合位移明顯大于或接近垂直位移，水平合位移方向大致相同，說明510m高程以上邊坡屬整體移動(dòng)，且沒有收斂的趨勢，如圖1所示。

圖1 不同高程典型水平合位移-時(shí)間過程曲線

2 深部變形監(jiān)測

利用測斜孔監(jiān)測邊坡內(nèi)部變形情況，它能及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)面的出現(xiàn)、確定滑動(dòng)面的位置和監(jiān)視滑動(dòng)面的發(fā)展及穩(wěn)定性等。通過位移深度關(guān)系曲線，清晰地反映了測孔巖體內(nèi)部沿鉆孔深度的水平位移，由于邊坡處于變形狀態(tài)，525m高程三個(gè)測斜孔均在埋設(shè)后幾天就出現(xiàn)明顯滑動(dòng)帶。

525高程馬道CBP-IN-01（R）測斜孔在2013年7月21日開始觀測，由相對(duì)位移-深度曲線知，CBP-IN-01（R）測斜孔在地表以下7～34m（491～518m高程）存在位移波動(dòng)；孔口位移變化情況為：2013年9月初515m、520m高程錨拉梁張拉前，孔口順坡向位移速率較快，為3.27mm/d，張拉后2013年9～11月份位移平均速率為1.12mm/d，12月份為1.75mm/d，2013年年底526m高程錨拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率為0.36mm/d，進(jìn)入4月份隨著雨季的到來，邊坡內(nèi)部變形速率又有所回升，位移平均速率為1.64mm/d。由累計(jì)位移-深度曲線看，孔口至孔深8m范圍內(nèi)各測點(diǎn)位移接近一致（表現(xiàn)為鉛直線段），表明該段巖體沿滑動(dòng)面整體移動(dòng)。近期測孔順坡向位移變化速率有所增大，從相對(duì)位移-深度曲線看，主要是孔深31.5～33m處位移增大引起。

CBP-IN-02（R）測斜孔在2013年7月20日開始觀測，在錨拉梁張拉前，孔口向河床位移平均速率為2.96mm/d，2013年9月張拉后位移速率為0.52mm/d；由相對(duì)位移-深度曲線知，CBP-IN-02（R）測斜孔在地表以下11～28m（497～514m高程）存在位移波動(dòng)；孔深14.5m處位移變化較大，比孔口累計(jì)位移量大，與該處的地質(zhì)條件有關(guān)，依據(jù)孔內(nèi)攝像和施工情況，當(dāng)時(shí)鉆孔至15m時(shí)就出現(xiàn)地下水，13～15m孔壁較破碎，有掉塊、空洞現(xiàn)象，說明該處存在軟弱構(gòu)造帶。由于該孔變形大，探頭無法正常下放到孔底，至2013年10月份停止觀測。2014年4月在原測孔旁重新鉆孔安裝一套測斜管，于4月18日起測，由相對(duì)位移-深度曲線知，新孔主要位移變化區(qū)域在18～38m，位移錯(cuò)動(dòng)最大部位在孔深26.5m處，目前該孔有順坡向位移的趨勢，孔口順坡向位移為8.49mm。

CBP-IN-03（R）測斜孔在2013年11月19日開始觀測，由相對(duì)位移-深度曲線知，CBP-IN-03（R）測斜孔在地表以下7.5～34m（491～517.5m高程）存在位移波動(dòng)，其中孔深7.5～10m和23～30m為主要位移變化區(qū)域，孔深24、29m相對(duì)位移分別為6.83/10.05/16.87mm、5.56/7.85/12.50mm（比較時(shí)間為：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25），可見位移仍有增大趨勢；該孔取芯情況為：0～11.7m為粘土，11.7m見巖石，11.7～35m巖芯破碎，取芯率較低，其中在16.8～21m、21～23m和31～33m巖芯中夾有細(xì)砂，26～28m巖芯中存在夾泥層，35～44m巖芯相對(duì)完整；實(shí)測數(shù)據(jù)和巖芯對(duì)比看，測孔位移主要是巖芯中夾的細(xì)砂引起。孔口位移變化情況為：2013年11～12月份位移平均速率為1.37mm/d，2013年年底526m高程錨拉梁施工后，2014年1～3月份位移平均速率為0.37mm/d，進(jìn)入4月份隨著雨季的到來，邊坡內(nèi)部變形速率又有所回升，位移平均速率為1.09mm/d。由累計(jì)位移-深度曲線看，該測孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對(duì)位移時(shí)間過程線看，目前該孔位移增大主要是孔深23～30m處錯(cuò)動(dòng)較大引起。

圖2 525m高程CBP-IN-03（R）測斜孔位移-深度曲線

3 預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測

2013年8月2日520m高程錨拉梁22根預(yù)應(yīng)力錨索張拉完畢，其中設(shè)置了兩臺(tái)錨索測力計(jì)，監(jiān)測錨索CBP-PR-01（R）測點(diǎn)鎖定荷載為946.7kN，鎖定后荷載一直處于增長的狀態(tài)，荷載最大達(dá)1217.5kN，2013年10月18日錨索荷載突然減小，目前為287.7kN；監(jiān)測錨索CBP-PR-02（R）測點(diǎn)鎖定荷載為932.9kN，鎖定后荷載先緩慢衰減后處于增長狀態(tài)，荷載最大達(dá)1088.3kN，2013年10月16日錨索荷載大幅降低，目前為32.8kN，已處于自由狀態(tài)。

現(xiàn)在520m高程兩臺(tái)監(jiān)測錨索基本無錨固效果，荷載快速降低，應(yīng)是邊坡變形影響下，錨索內(nèi)錨固段松動(dòng)引起，也表明錨固段巖體相當(dāng)復(fù)雜。從目前情況看，520m高程其余錨索有可能也發(fā)生了類似情形，該排錨索對(duì)邊坡的錨固作用可能已降低。

515m高程監(jiān)測錨索CBP-PR-03（R）于2013年9月1日安裝，鎖定荷載為1024.7kN，目前荷載為869.0kN，預(yù)應(yīng)力損失155.8kN，損失率為15.2%，該錨索鎖定后荷載一直處于緩慢衰減的狀態(tài)。在變形體內(nèi)的錨索如果錨頭錨固在不動(dòng)或基本不動(dòng)的巖體上，則因堆積體變形錨索拉長而增加荷載，而該錨索所在部位堆積體產(chǎn)生了變形，錨索荷載在經(jīng)卸荷后不但不增加，甚至還會(huì)減少，造成這種情況可能為：①因鉆孔深度不夠，錨頭沒能錨固在不動(dòng)或基本不動(dòng)的巖體上，②內(nèi)錨固段巖體質(zhì)量差，巖石破碎。

由于520m 高程錨索荷載降低，于2013年12月底在526m高程新增一排錨索，其中設(shè)置了一臺(tái)監(jiān)測錨索，該錨索鎖定荷載為1141.9kN，目前荷載為1311.8kN，較鎖定時(shí)增加了169.8kN，荷載變化曲線見圖3；該測點(diǎn)自2014年3月下旬起荷載增速較快，為4.4kN/d，目前荷載量已接近錨索過載量，在邊坡變形持續(xù)下，可能會(huì)發(fā)生錨索拉斷情況。該錨索在鎖定后30天內(nèi)荷載有所衰減（74.2kN），之后緩慢增加，該錨索荷載衰減原因與地質(zhì)情況和施工有關(guān)，由于邊坡堆積體屬彈塑性材料，存在空隙，監(jiān)測錨索張拉時(shí)使巖土體壓縮，但當(dāng)應(yīng)力釋放時(shí)所產(chǎn)生的變形不能夠完全恢復(fù)，同時(shí)張拉周圍錨索時(shí)，引起受荷區(qū)進(jìn)一步壓縮變形，使得先前已張拉監(jiān)測錨索預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生進(jìn)一步損失，說明該區(qū)域巖土體較松散。

圖3 526m高程錨索荷載-時(shí)間關(guān)系曲線圖

3.2 廠房邊坡

1 表面變形監(jiān)測

470m高程CBP-TP-03測點(diǎn)于2013年5月18日建立，該測點(diǎn)從起測至9月下旬水平位移變化速率較快，為1.9mm/d，2013年9月下旬454～470m高程兩排錨索張拉后，該測點(diǎn)位移得到了有效抑制，變化速率接近于零，處于穩(wěn)定狀態(tài)，2014年2月中旬廠房基坑和引水支管開挖，受施工影響，促使該測點(diǎn)位移變化速率又有所回升，其水平位移變化速率為2.1mm/d，垂直位移變化速率為0.8mm/d。470m高程CBP-TP-10（R）、CBP-TP-03（XZ）和490m高程CBP-TP-07（R）測點(diǎn)的變化規(guī)律和CBP-TP-03測點(diǎn)一致，目前其水平位移平均變化速率為1.9mm/d，垂直位移平均變化速率為0.9mm/d。這四個(gè)測點(diǎn)位于廠房1#、2#引水支管上方，其主位移方向基本一致，表明該區(qū)域位移屬整體移動(dòng)。

470m高程馬道下游側(cè)、廠房安裝間上方的CBP-TP-11（R）測點(diǎn)位移變化量不大，水平合位移為31.6mm，垂直位移為7.6mm。

2 深部變形監(jiān)測

490m高程CBP-IN-04（R）測斜孔在2013年11月21日開始觀測，由相對(duì)位移-深度曲線知（圖2-10），該測斜孔在孔深3.5處有一錯(cuò)動(dòng)帶，最大錯(cuò)位為20.39mm（2014年2月23日），現(xiàn)該錯(cuò)動(dòng)帶基本處于穩(wěn)定，目前孔深19.5～22.5m（467.5～470.5m高程）存在的位移波動(dòng)，是主要位移變化區(qū)域，孔深20.5、22m相對(duì)位移分別為-2.04/-7.63/-9.59mm、2.12/6.71/12.54mm（比較時(shí)間為：2013.12.25/2014.2.26/2014.4.25）?？卓谖灰谱兓闆r為：2013年11～12月份位移平均速率為0.51mm/d，2014年1～3月份位移平均速率為0.09mm/d，進(jìn)入4月份隨著雨季的到來，邊坡內(nèi)部變形速率又有所回升，位移平均速率為0.35mm/d。由累計(jì)位移-深度曲線看，該測孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對(duì)位移時(shí)間過程線看，目前該孔位移增大主要是孔深19.5～22.5m處錯(cuò)動(dòng)增大引起。

3 預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測

廠房邊坡470m～490m高程張拉了34根錨索，設(shè)計(jì)荷載為1000kN，其中安裝了兩臺(tái)錨索測力計(jì)，張拉鎖定后荷載緩慢衰減，4個(gè)月后達(dá)平穩(wěn)并維持小幅波動(dòng)狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力損失率最大為5.3%。454m～470m高程邊坡張拉了54根錨索，設(shè)計(jì)荷載為1800kN，安裝了四臺(tái)錨索測力計(jì)，鎖定后荷載處于緩慢衰減的狀態(tài)，損失率最大為7.4%。廠房邊坡錨索測力計(jì)荷載沒有因邊坡松弛變形而出現(xiàn)荷載增加，估計(jì)是預(yù)應(yīng)力錨索長度不夠。

3.3 導(dǎo)流洞出口邊坡

1 表面變形監(jiān)測

490m高程CBP-TP-08（R）測點(diǎn)位移較顯著，目前其水平合位移為70.0mm，垂直位移為16.7mm。490m高程CBP-TP-09（R）和470m高程CBP-TP-12（R）測點(diǎn)位移量較小。

2 深部位移監(jiān)測

490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔于2013年11月24日起測，該孔鉆孔取芯情況為：0～2.4m為粘土，2.4～11m巖芯破碎，11～13m巖芯完整，13～17m巖芯較破碎，17～20m巖芯較完整。截止12月16日孔口向河床位移為18.03mm，向下游位移為25.00mm，合位移30.82mm，由圖4知，該孔在地表以下11.5m深處出現(xiàn)位移突變，并形成一個(gè)0.5m厚的錯(cuò)動(dòng)帶，順坡向最大錯(cuò)動(dòng)位移為11.27mm（2013年12月16日），由于錯(cuò)動(dòng)面（孔深11.5m）的相對(duì)位移逐漸增大（圖5），致使測斜儀探頭在錯(cuò)動(dòng)面處被卡住，已無法正常到達(dá)孔底觀測。

2014年2月23日在原孔附近重新鉆孔安裝一套測斜管，由相對(duì)位移-深度曲線知，該測斜孔在孔深3.0m、11.5m處存在錯(cuò)動(dòng)帶，且有增大的趨勢，孔深3.0、11.5m相對(duì)位移分別為0.06/2.28/4.55mm、0.14/2.12/3.15mm（比較時(shí)間為：2014.2.26/2014.3.26/2014.4.25）。原測孔和新測孔反映的位移情況基本一致，由累計(jì)位移-深度曲線看，新孔仍有順坡向位移的趨勢，從相對(duì)位移-深度曲線知，目前該孔位移增大主要是孔深3.0和11.5m處錯(cuò)動(dòng)帶位移增大引起。

圖4 490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔位移-深度曲線

圖5 490m高程CBP-IN-05（R）測斜孔孔口及11.5m位移-時(shí)間關(guān)系曲線圖