長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞出口邊坡穩(wěn)定分析

陳英旭

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川康定，626001)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞出口邊坡穩(wěn)定分析

陳英旭

(四川大唐國(guó)際甘孜水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川康定，626001)

長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞出口岸坡在1700m高程以下為陡壁，地形坡度66°～78°，隨著勘探工作的深入，對(duì)出口挑坎結(jié)構(gòu)布置及邊坡進(jìn)行了支護(hù)方案設(shè)計(jì)和比選優(yōu)化。優(yōu)化后，泄洪洞及放空洞邊坡開(kāi)挖范圍和開(kāi)挖高度明顯減小，開(kāi)挖支護(hù)工程量大大減少，更加經(jīng)濟(jì)可行。

出口邊坡 優(yōu)化設(shè)計(jì) 開(kāi)挖支護(hù) 穩(wěn)定計(jì)算 泄洪洞 長(zhǎng)河壩水電站

1 工程概況

長(zhǎng)河壩水電站系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫(kù)22級(jí)”的第10級(jí)電站，采用水庫(kù)大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。泄水建筑物布置在河道右岸，由泄洪洞、放空洞組成。泄洪洞由一條深孔泄洪洞(1＃泄洪洞)和兩條溢洪洞(2＃、3＃泄洪洞)組成，其主要任務(wù)是下泄大、中、小洪水。

1＃泄洪洞出口位于砂場(chǎng)溝上游200m處的河流凹岸，地形坡度40°～59°；2＃泄洪洞出口位于砂場(chǎng)溝上游側(cè)約65m處。砂場(chǎng)溝垂直大渡河呈NW向發(fā)育，溝口發(fā)育有一洪積堆積物平臺(tái)，該段斜坡地形較緩，坡度41°～46°；3＃泄洪洞出口位于砂場(chǎng)溝下游約25m處，該段斜坡在高程1700m以下為陡壁，地形坡度66°～78°，高程1700m以上地形相對(duì)變緩，坡度51°～55°。

泄洪洞出口工程部位坡體基巖裸露，巖性主要為晉寧～澄江期灰色中?；◢弾r(γ2(4))，局部穿插輝綠巖脈(βu)。據(jù)出口部位勘探平洞和地質(zhì)調(diào)查資料，出口邊坡下部巖體強(qiáng)卸荷深度16.5m～27.0m，弱卸荷深度42.5m～60.5m，無(wú)控制性軟弱結(jié)構(gòu)面分布，邊坡整體穩(wěn)定。

巖體中主要發(fā)育J7、J1、J5、J6、J8等組裂隙。其中2＃、3＃泄洪洞出口以J1、J7、J8、J5、J6等組裂隙發(fā)育為主；1＃泄洪洞出口以J1、J5、J6、J8等組裂隙發(fā)育為主，J7組裂隙發(fā)育程度相對(duì)較差。受J7、J1、J5、J6、J8組結(jié)構(gòu)面的組合控制，邊坡巖體呈塊裂結(jié)構(gòu)，局部次塊狀～鑲嵌結(jié)構(gòu)。在1＃泄洪洞出口部位邊坡，以塊裂結(jié)構(gòu)為主，在2＃泄洪洞出水口上游側(cè)斷層密集發(fā)育帶，巖體結(jié)構(gòu)為鑲嵌～次塊狀。

2 出口工程邊坡設(shè)計(jì)方案比選

2.1 設(shè)計(jì)方案擬定

根據(jù)泄洪洞出口區(qū)工程地質(zhì)條件，挑流鼻坎布置要求等擬定三個(gè)方案進(jìn)行比較。出口邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一協(xié)調(diào)聯(lián)合開(kāi)挖方式，三個(gè)方案在技術(shù)上均可行，泄洪洞出口開(kāi)挖支護(hù)各方案綜合比較詳見(jiàn)表1。

2.2 方案選擇

方案一的邊坡規(guī)模最大，開(kāi)挖邊坡高，施工道路布置困難，工程量大，施工難度大，工期較長(zhǎng)，而且存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

方案二及方案三在方案一的基礎(chǔ)上，工程邊坡有所抽陡，有效地降低了工程邊坡工程規(guī)模，減少工程量，但是需要加強(qiáng)邊坡支護(hù)，以保證邊坡的穩(wěn)定。方案三中3＃泄洪洞出口出洞點(diǎn)向外移動(dòng)20m，形成窯洞式開(kāi)挖，但因?yàn)?＃泄洪洞為擴(kuò)散式挑坎，出洞點(diǎn)移動(dòng)以后，在洞內(nèi)的挑坎開(kāi)挖寬度達(dá)22m，洞室變形、穩(wěn)定問(wèn)題突出。

表1 泄洪洞出口開(kāi)挖支護(hù)各方案綜合比較

三個(gè)方案在技術(shù)上都是可行的，但從泄洪洞出口邊坡開(kāi)挖工程的規(guī)模、施工條件、環(huán)境影響、運(yùn)行維護(hù)條件及投資等因素綜合考慮，推薦方案二為技施階段實(shí)施方案。

3 推薦方案邊坡穩(wěn)定分析

3.1 邊坡整體性穩(wěn)定計(jì)算分析

泄洪洞出口邊坡整體穩(wěn)定分析計(jì)算采用水科院邊坡穩(wěn)定分析軟件，計(jì)算方法為能量法。本階段對(duì)三種工況進(jìn)行了計(jì)算分析，分別為持久狀況、短暫狀況和偶然狀況。泄水建筑物級(jí)別為1級(jí)建筑物，相應(yīng)出口邊坡類別為A類(樞紐工程區(qū)邊坡)，級(jí)別為1級(jí)?？紤]地震荷載時(shí)，基巖水平峰值加速度取0.222g。

出口區(qū)邊坡J7、J1、J5、J6、J8等組裂隙按剛性結(jié)構(gòu)面硬接觸取值:f′＝0.55～0.65，c′＝0.10～0.15，弱卸荷、弱風(fēng)化下段以上巖體中取低值f′＝0.55，c′＝0.10，弱卸荷、弱風(fēng)化下段以下巖體中取中值f′＝0.60，c′＝0.125。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況并結(jié)合地質(zhì)資料分析，出口區(qū)邊坡穩(wěn)定性主要受J1等長(zhǎng)大裂隙控制，出口共發(fā)育5組長(zhǎng)大裂隙。其中，J1走向與洞軸線基本一致，且為傾坡外的中緩傾角長(zhǎng)大裂隙，故出口邊坡以內(nèi)側(cè)邊坡穩(wěn)定問(wèn)題最為突出；J1和J7走向與洞軸線基本相同，以J1為底滑面，J7為后緣面對(duì)邊坡進(jìn)行計(jì)算分析。因此分別選取1＃、2＃和3＃泄洪洞縱剖面以及代表性橫剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算模型如圖1～圖3所示。

在計(jì)算模型中，底滑面傾角區(qū)最大值40°，后緣面J7傾角為80°。由于JI與J7均為成組發(fā)育，故無(wú)法準(zhǔn)確判斷具體構(gòu)成的底滑面與后緣面的組合位置，經(jīng)試算分析，滑塊高度越大，穩(wěn)定問(wèn)題越突出，故底滑面滑出點(diǎn)取在出口開(kāi)挖最低點(diǎn)，后緣面J7位置。根據(jù)地質(zhì)條件分析，底滑面取50m長(zhǎng)，由于J7較陡，因此計(jì)算中其角度取90°。

圖1 1＃泄洪洞出口橫剖面計(jì)算模型

圖2 2＃泄洪洞出口橫剖面計(jì)算模型

圖3 3＃泄洪洞出口14－14橫剖面計(jì)算模型

3.2 計(jì)算結(jié)果

各泄洪洞出口開(kāi)挖后未采用工程措施，不同工況的邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 出口開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果(未支護(hù)情況)

采取工程措施后，各建筑物出口不同工況的邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 出口開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果(已支護(hù)情況)

由表2、表3計(jì)算結(jié)果可知，支護(hù)后泄洪洞出口邊坡是穩(wěn)定的。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)河壩泄洪洞出口工程邊坡規(guī)模較大，難度較高，邊坡的安全至關(guān)重要，相應(yīng)需要支護(hù)的邊坡范圍也很大，支護(hù)參數(shù)的確定對(duì)工程邊坡的經(jīng)濟(jì)性影響較大。在保證工程安全的前提下，長(zhǎng)河壩水電站進(jìn)行了出口邊坡優(yōu)化及穩(wěn)定計(jì)算分析。優(yōu)化后邊坡開(kāi)挖范圍和規(guī)模大大減少，縮短了施工工期，減少了工程量，節(jié)省了工程投資，初步估算共節(jié)約投資約7000余萬(wàn)元。該方案已施工開(kāi)挖支護(hù)完畢，未出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，說(shuō)明此優(yōu)化方案安全可靠。

〔1〕中國(guó)水利水電科學(xué)研究院.水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范DL5073－2000[S].北京:中國(guó)電力出版社，2001.

〔2〕中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5353－2006.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

〔3〕楊欣先，李彥碩主編.水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)[M].大連:大連理工大學(xué)出版社，1990.

〔4〕長(zhǎng)河壩電站泄洪洞、放空洞進(jìn)出口邊坡方案設(shè)計(jì)報(bào)告[R].成都:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2011.

TV651.3∶TU457

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2095－1809(2016)05－0015－04

陳英旭(1985－)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，主要從事水電工程建設(shè)管理工作。