洞松水電站引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因分析及處理

付書鵬

（四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都611731）

洞松水電站引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因分析及處理

付書鵬*

（四川省水利水電勘測設(shè)計研究院，四川成都611731）

對洞松水電站引水隧洞5#支洞的工程概況和洞臉邊坡工程地質(zhì)條件進(jìn)行了相應(yīng)的說明。通過現(xiàn)場踏勘對引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)垮塌的工程處理措施。

引水隧洞5#支洞洞臉邊坡；變形；垮塌處理

1　工程概況

洞松水電站工程是碩曲河水電規(guī)劃梯級開發(fā)方案的第四個水電站，其上游梯級為擬建的鄉(xiāng)城水電站，下游梯級為擬建的格龍水電站。本工程位于碩曲河中下游段鄉(xiāng)城縣的尼斯鄉(xiāng)及洞松鄉(xiāng)境內(nèi)，首部樞紐位于鄉(xiāng)城大橋下游1.1～1.8km河段內(nèi)，發(fā)電廠房位于洞松鄉(xiāng)卡心大橋橋頭附近，距上游鄉(xiāng)城縣城約30km，其中壩址到黑達(dá)溝段約26km有鄉(xiāng)城—香格里拉的省級公路通過，黑達(dá)溝到廠址段約4km為鄉(xiāng)級公路，交通較為方便。

該電站為低閘壩引水式開發(fā)，設(shè)計正常蓄水位2754.0m，閘前壅水高16.5m，正常蓄水位以下庫容約154×104m3，引用流量 103.5m3/s，利用最大落差221.9m，電站裝機180MW。工程主要水工建筑物有：攔河閘壩、進(jìn)水閘、引水暗涵、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地面廠房等。

5#支洞位于下壩橋下游約650m，碩曲河右岸、鄉(xiāng)城縣青麥鄉(xiāng)對岸，與引水線路主洞相交樁號為S11+ 254.53。

已施工的5#支洞掛口與主洞軸線相交。支洞為城門洞型，斷面5.7m×5.85m，進(jìn)口底板高程2694.80m，與引水主洞相交底板高程 2699.330m；支洞全長336.76m，已全部貫通并進(jìn)入主洞上、下游，主洞已進(jìn)尺600余米。受2009年7月5日以后暴雨影響，5#支洞進(jìn)口洞臉邊坡崩坡積堆積體于8月2日5時產(chǎn)生了垮塌，體積約0.8×104m3。把已竣工的5#支洞進(jìn)口全部堵塞，造成5#支洞施工停工。

2　地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于區(qū)域性鄉(xiāng)城斷裂（F50）與索讓斷（F48）所夾的斷塊之間，層間擠壓破碎帶和次級小斷層發(fā)育。掛口位置距鄉(xiāng)城斷裂約450m，距鄉(xiāng)城斷裂分之?dāng)鄬觙55距離約60m。

①鄉(xiāng)城斷層（F50）。主體位于碩曲河左岸，向北沿N5°E至中村之南轉(zhuǎn)為N30°W延伸，向南沿S5°E蜿蜒南伸，經(jīng)黑達(dá)至小雪山，長度大于76km。斷層西盤為嘎寺組（T3q）和圖姆溝組（T3t），東盤為圖姆溝組（T3t）和拉納山組（T3l）。斷層傾向西，傾角70°～90°。斷層破碎帶主要由角礫巖、碎裂巖、糜棱巖及斷層泥組成，寬度約40～60m，膠結(jié)較好，往往出現(xiàn)礦化現(xiàn)象。距壩址約1km。據(jù)斷層泥ESR法測齡資料，最新活動時期為（23±2.1）Ma。

②索讓斷層（F48）。走向N15°W，由索讓向南經(jīng)尼色壅、鄉(xiāng)城、色格至中牛東側(cè)與鄉(xiāng)城斷層合并。在龍門被NE向的龍門斷層右行錯開，長約70km，斷層帶寬35～50m，產(chǎn)生于曲嘎寺組和圖姆溝組之間，斷面主要傾向西，部份地段傾向東，斷層破碎帶主要由角礫巖、碎裂巖、糜棱巖及斷層泥組成。斷層在洞松鄉(xiāng)政府下游附近穿過碩曲河，對梯級引水線路有一定影響。據(jù)斷層泥ESR法測齡資料，最新活動時期為（61±5.8）Ma。

③f55。鄉(xiāng)城斷層分支斷層f55：產(chǎn)狀N20°～30°W/ NE∠50°～68°，其走向基本上與引水隧洞軸線平行，延伸長度約3km，破碎帶寬度約5～10m，斷層中多為碎裂巖為主，局部為角礫巖、糜棱巖及斷層泥，帶內(nèi)擠壓錯動痕跡明顯，影響帶寬度約8～15m，為一壓性逆斷層。

工程區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造裂隙4組，見表1。

表1　支洞區(qū)構(gòu)造裂隙特征表

經(jīng)四川省地震局批復(fù)的《四川省碩曲河洞松水電站工程場地地震安全性評價報告》，本工程壩、廠址區(qū)未來50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為102cm/s2和71cm/s2，相應(yīng)的地震基本烈度為6.9度和6.8度，故工程壩址、廠址地震基本烈度為Ⅶ度。工程區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性較差。

3　地層巖性

5#支洞出露地層主要有三疊系上統(tǒng)圖姆溝組（T3t8、T3t9）和第四系堆積層（Q）。巖層產(chǎn)狀：N5°～25° E/NW∠55°～65°，傾向碩曲河右岸坡內(nèi)。

T3t8：淺灰色泥質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖。

T3t9：淺灰白色變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖夾少量炭質(zhì)板巖。

Q4col+dl：塊碎石夾粉質(zhì)粘土，土中局部含砂質(zhì)較重。

4　物理地質(zhì)現(xiàn)象

區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化、卸荷及崩塌。區(qū)內(nèi)巖石以軟質(zhì)巖泥質(zhì)板巖與砂質(zhì)板巖互層，夾少量砂巖及灰?guī)r透鏡體，巖體強、弱風(fēng)化帶厚度為12～18m、20～30m。強卸荷帶的水平寬度約25～35m。

經(jīng)證實，早期功能鍛煉有利于重癥患者的恢復(fù)[11]。10月13日，患者神志清楚，病情允許在床上進(jìn)行活動，肌力評估為Ⅲ級。終止鍛煉標(biāo)準(zhǔn)同上。鍛煉從大關(guān)節(jié)開始：上肢屈伸10次/組，每日兩次；下肢屈膝蹬腿10次/組，每日兩次；床上端坐位10 min/次，每日兩次。每日對肌力進(jìn)行評估并記錄。機械通氣第5天起以主動運動為主，被動運動為輔。主動運動：拉皮筋鍛煉；床上端坐位15 min/次，每日兩次；上肢屈伸10次/組，每日兩次；下肢屈膝腳尖內(nèi)收10次/組，每日兩次；屈膝蹬腿10次/組，每日兩次；直腿抬高、支腿外展5次/組，每日兩次。

5　水文地質(zhì)條件

工區(qū)降水較少，降水量年內(nèi)分配極不均勻，多年平均蒸發(fā)量大于降水量，地表水主要由高山積雪融化補給。根據(jù)地下水的賦存條件和運動特征，地下水分為：孔隙潛水和基巖裂隙水2類。

孔隙潛水主要賦存于第四系松散堆積層中，主要在河床、漫灘砂卵石層中，含水較豐。受大氣降水或上游地下水補給，向碩曲河排泄。

基巖裂隙水分布于三疊系圖姆溝組的變質(zhì)砂巖地層中，由于工區(qū)內(nèi)巖層傾角較陡，地下水主要受大氣降水補給，排泄溝谷內(nèi)，故地下水埋藏深度較大，經(jīng)調(diào)查，未見泉水出露。

引水隧洞區(qū)溝水為硫酸重碳酸鈣鎂水，對普通砼存在硫酸型弱腐蝕；其它地表水為重碳酸鈣鎂（HCO3-Ca·Mg）型水，對任何水泥拌制的砼均無腐蝕性。

6　5#支洞洞臉邊坡工程地質(zhì)條件

已施工的5#支洞進(jìn)口邊坡高程2900.00m以上基巖裸露，邊坡陡峻，自然邊坡坡角60°～65°，以上坡角40° ～50°；由三疊系上統(tǒng)圖姆溝組工區(qū)第八、九層之砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖組成。巖層產(chǎn)狀N5°～25°E/NW∠55°～65°，巖層傾向碩曲河右岸坡內(nèi)。高程2900.00m以下自然邊坡坡度40°～50°，地表覆蓋崩、坡積層之孤塊碎石土，孤塊碎石主要成分為變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖，直徑一般3～10cm，大者達(dá)5m，含量80%～85%；土為粉質(zhì)粘土，局部含砂質(zhì)較重。覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，局部見架空結(jié)構(gòu)，一般中上部厚度8～10m，中下部厚度10～15m?；鶐r臥坡坡角32°～48°。下伏基巖為三疊系上統(tǒng)圖姆溝組工區(qū)第八層之泥質(zhì)、炭質(zhì)板巖。巖體強、弱風(fēng)化帶厚度分別為12～18m、20～30m（支洞開挖揭示強、弱風(fēng)化帶水平寬度分別為18m、38m）。其中強風(fēng)化帶巖體受重力作用發(fā)生了傾倒變形，傾倒后巖層產(chǎn)狀N5°～25°E/SE∠25°～55°。

5#支洞進(jìn)口洞臉后邊坡2900m以下，地貌上為一鼻梁狀山脊，為崩坡積體組成脊?fàn)钚逼?。脊坡兩?cè)10～30m分別發(fā)育小沖溝，沖溝短，長600～800m，溝內(nèi)基巖裸露，沖溝內(nèi)常年干枯，只在雨季有溝水，平時無溝水。沖溝內(nèi)局部段見基巖板巖，巖層產(chǎn)狀N10°～25° E/NW∠25°～30°，巖體已生傾倒變形。

該崩坡積堆積體順坡向長度約200m，橫向?qū)挾?0～80m，覆蓋層厚度8～15m，平均厚度約10m，總體積約13.0×104m3。

5#支洞洞口開挖掛口后，在崩坡積堆積體前切腳，形成高約15m、坡角70°～75°的邊坡，施工中已采取相應(yīng)噴護(hù)處理；開挖邊坡頂高程2710.00m，設(shè)有寬2m的馬道，并設(shè)置有高度約4m的防護(hù)欄；2710.00m以上開挖高度約10～15m，開挖坡比1∶0.75。同時施工單位在高程約2735.00m處做了一截水溝，截水溝未做成漿砌石截水溝或砼溝。開挖后未采取支擋加固處理措施。2009年7～8月正直雨季，特別是7月2～12日，連降小—大雨，造成土溝集水并下滲，同時由于開挖邊坡陡，并且邊坡只進(jìn)行了砼噴護(hù)，未進(jìn)行掛網(wǎng)、錨桿處理，表層結(jié)構(gòu)松散的土層邊坡發(fā)生局部變形垮塌，方量小于5m3。施工方對其邊坡、支洞前30m進(jìn)行了變形觀測，其開挖邊坡8#觀測點變形最大，從7月5～9日，累計變形量達(dá)ΔX=-72mm、ΔY=-16mm、ΔH=-38mm。而開挖支洞經(jīng)監(jiān)測未發(fā)生變形。7月24日～8 月1日，為小—暴雨，其中8月5日碩曲河最大流量大于500m3/s，卡心村橋左橋臺在8月2日被沖毀。

受暴雨影響，7月2～10日，5#施工支洞洞頂邊坡出現(xiàn)洞臉邊坡小面積垮塌現(xiàn)象，山坡溜石滾下將防護(hù)山坡滾石的防護(hù)網(wǎng)砸壞和部分機械設(shè)備砸壞。業(yè)主、設(shè)計、現(xiàn)場監(jiān)理、施工四方查勘現(xiàn)場并對邊坡召開了專題會議，并確定了具體的處理、監(jiān)測、邊坡巡視和機械設(shè)備搬遷等方案。7月31日，洞臉后邊坡在高程2760處出現(xiàn)一張開裂縫，張開寬度一般1～3cm，最大達(dá)5cm，延伸長度約6m，并有向兩沖溝發(fā)展趨勢。8月1日，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計、施工四方再次到現(xiàn)場巡查，發(fā)現(xiàn)該裂縫已向兩側(cè)沖溝延伸，長度約15m，張開寬度一般1～5cm，局部達(dá)7～10cm，可見深度0.1～0.3m。經(jīng)過研究決定，5#支洞暫停施工，并立即將洞口設(shè)施、材料及設(shè)備撤離。8月2日凌晨5時5#支洞進(jìn)口后邊坡崩坡積之孤塊碎石土層發(fā)生表層垮塌，未造成人員、設(shè)備損失。將已竣工的5#支洞洞口全部堵塞，部分孤塊石滾入碩曲河中。表層覆蓋層垮塌后，地表呈一錐形，據(jù)平面地質(zhì)測繪，本次垮塌順坡長度約90m，垮塌范圍高程為2692.0～2780.0m，橫向?qū)挾?0～45m，垮塌厚度1～5m，平均厚度約3m，體積約0.8×104m3。

7　崩坡積堆積體穩(wěn)定分析

目前崩坡積孤塊碎石土組成的支洞后邊坡整體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，表層發(fā)生了垮塌，在暴雨的繼續(xù)影響下，將有繼續(xù)垮塌的可能。發(fā)生目前表層垮塌的主要原因為：（1）塊碎石土自身結(jié)構(gòu)松散、不均一，邊坡較陡；（2）現(xiàn)7～8月正值雨季，受暴雨影響，雨水長期下滲（包括截水溝）降低了孤塊碎石土體抗剪指標(biāo)（特別是近段時間，暴雨連續(xù)，碩曲河流量達(dá)550m3/s以上，廠房卡心大橋左岸橋臺也被沖毀）。另外支洞進(jìn)口開挖邊坡，造成切腳，對開挖邊坡未進(jìn)行支擋處理和洞身施工放炮振動影響也間接造成了該覆蓋層堆積體的垮塌。

根據(jù)堆積體形態(tài)，對其穩(wěn)定性進(jìn)行驗算。驗算方法采用推力傳遞系數(shù)法。

采用崩坡積之塊碎石土與基巖接觸面的抗剪強度φ=30°，C=0.06MPa，天然密度為2.15g/cm3，進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，其天然穩(wěn)定系數(shù)K=1.0，覆蓋層邊坡整體屬臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

采用傾倒變形體的抗剪強度φ=25°，C=0.1MPa，板巖天然密度為2.68g/cm3，進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，其天然穩(wěn)定系數(shù)K=1.1，變形傾倒體屬穩(wěn)定狀態(tài)。

8　建議處理措施

（1）根據(jù)5#支洞進(jìn)口后邊坡崩坡積堆積體目前的穩(wěn)定現(xiàn)狀，在暴雨作用下有繼續(xù)垮塌的可能，因此為保證5#支洞施工期的安全，建議采取對高程2900.00m以下的孤塊碎石土全部清除并對2900.00m以上巖體邊坡的危石進(jìn)行清理。

（2）對清除覆蓋層后由傾倒變形體（強風(fēng)化巖體）組成的支洞進(jìn)口高邊坡，應(yīng)根據(jù)清除覆蓋層后的基巖邊坡，巖體的完整程度，采取相應(yīng)錨桿支護(hù)、掛網(wǎng)、網(wǎng)噴砼加固、支擋等護(hù)坡工程處理措施。

（3）建議設(shè)置相應(yīng)的截水溝，排除地表水對邊坡的影響。

（4）建議對后邊坡設(shè)置變形觀測點，在施工期間進(jìn)行長期監(jiān)測。

（5）建議對5#支洞進(jìn)口平臺以下的碩曲河邊，采取相應(yīng)的支擋措施，嚴(yán)防河水掏刷切腳引起進(jìn)口平臺外的棄渣斜坡變形。

（6）支洞改線：根據(jù)5#支洞進(jìn)口上、下游地形地質(zhì)條件，若采用另重打一支洞與現(xiàn)已成支洞相接的話，已成5#支洞進(jìn)口下游側(cè)崩坡積堆積層厚度大于25m，距已成洞較近，但不具備掛口進(jìn)洞條件。如向下游移到基巖出露，則移動水平距離約200m可在基巖中掛口，即重新打一支洞，其長度約450m，洞室圍巖與現(xiàn)5#支洞基本一致。如將5#支洞掛口向上游移動，其水平移動距離必須大于130m才能有合適的掛口位置，且改線支洞長度將大于200m，并與5#支洞相接，圍巖類別為Ⅳ2-Ⅴ類圍巖；同時施工道路將增長130m左右并位于該崩坡積堆積體下部和經(jīng)過上游沖溝，仍存在施工安全問題。建議設(shè)計進(jìn)行經(jīng)濟比較，并根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)施工方案。

U45

B

1004-5716（2016）05-0198-04

2015-05-19

2015-05-21

付書鵬（1988-），男（漢族），四川江油人，助理工程師，現(xiàn)從事工程地質(zhì)勘察技術(shù)工作。