大崗山水電站庫區(qū)鄭家坪變形體應(yīng)急處置

陳 興 澤， 趙 連 銳， 廖 勇， 曾 露

(1.國電大渡河大崗山水電開發(fā)有限公司，四川 石棉 625409；2.四川鐵投城鄉(xiāng)投資建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041)

0 引 言

近年來，部分地處西部高山峽谷地區(qū)的大型能源、交通工程在建成投用的同時，也深受伴隨其身的大型變形體或滑坡體等地質(zhì)災(zāi)害的“困擾”，工程的正常運(yùn)營及人民生命財產(chǎn)的安全受到了嚴(yán)重威脅。[1-4]。針對這些大型變形體(滑坡體)，國內(nèi)外現(xiàn)階段的文獻(xiàn)主要集中于研究其成因機(jī)制、動態(tài)演化過程、時空分布規(guī)律、災(zāi)害影響、風(fēng)險評價體系、防災(zāi)減災(zāi)措施等偏理論方面，系統(tǒng)性論述應(yīng)急處置實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的較少。而對地質(zhì)災(zāi)害及時、科學(xué)、妥當(dāng)?shù)膽?yīng)急處置是地質(zhì)災(zāi)害理論研究的主要意義之一，也是對科學(xué)技術(shù)方面要求最具體和最突出的工作階段[5]。同時，地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急防治是一項(xiàng)各階段相互聯(lián)系的工作，是有組織的科學(xué)與社會行為[5]，故深入分析研究典型案例的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 概 況

鄭家坪變形體位于大渡河大崗山水電站水庫右岸，S217省道淹沒復(fù)建公路(以下簡稱“復(fù)建公路”)K8+030 m―K10+750 m之間，距離壩址約11.8～15.0 km，總體積約5 500萬m3(見圖1)。

大崗山水電站于2015年10月份四臺機(jī)組全投，并首次蓄水至正常蓄水位高程1 130 m。同月，復(fù)建公路K9+400 m―K9+500 m段開始出現(xiàn)沉降變形，至12 月底，公路邊坡及擋墻出現(xiàn)多處裂縫。2016年3月，在與路面高差47～110 m之間的公路邊坡開口線外發(fā)現(xiàn)數(shù)條寬10～70 cm的裂縫，同時在公路內(nèi)側(cè)邊坡?lián)鯄巴鈧?cè)便道路面發(fā)現(xiàn)橫向裂縫，上、下邊坡多條裂縫基本貫通；內(nèi)側(cè)部分邊坡?lián)鯄υ谧冃误w擠壓作用下出現(xiàn)鼓包。同年4月下旬，變形體上游側(cè)及前緣水庫水面有大量氣泡冒出，在其后4月底至10月的雨季，上邊坡發(fā)生數(shù)次零星垮塌。

圖1 鄭家坪變形體全貌照

2 應(yīng)急處置的實(shí)施

2.1 勘察與界定

為查明鄭家坪變形體的邊界、規(guī)模、裂縫分布、微地貌形態(tài)特征、工程地質(zhì)特性等，在發(fā)現(xiàn)相關(guān)變形跡象之后，相關(guān)單位立即組織開展了資料收集、測繪、現(xiàn)場調(diào)查、鉆探、洞探、巖土體物理力學(xué)試驗(yàn)等變形體勘察與界定相關(guān)工作。根據(jù)變形特征，將變形體劃分為了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)，具體如下：

Ⅰ區(qū)位于復(fù)建公路K9+430 m―K9+600 m段，以兩旁沖溝為側(cè)邊界，后緣開裂高程約1 260 m，體積約50萬m3。該區(qū)變形強(qiáng)烈，后緣裂縫與上、下游側(cè)邊界裂縫已基本貫通，形成了半橢圓形邊界，內(nèi)側(cè)公路邊坡和外側(cè)防撞墻可見裂縫，公路邊坡有數(shù)處局部崩塌，水下可能有小型塌滑。

Ⅱ區(qū)位于復(fù)建公路K9+052 m―K9+430 m段(Ⅰ區(qū)下游)、K9+600 m―K10+120 m段(Ⅰ區(qū)上游)，后緣高程一般1 200 m以下，局部達(dá)高程1 330 m，體積約150萬m3(上游區(qū)體積約70萬m3，下游區(qū)體積約80萬m3)。變形主要表現(xiàn)為公路路面沉降裂縫、邊坡混凝土噴層裂縫脫落等，公路邊坡有數(shù)處局部崩塌。

Ⅲ區(qū)位于復(fù)建公路K8+030 m―K8+800 m段，高程1 270 m以下，體積約120萬m3。變形主要表現(xiàn)為公路擋墻沉降裂縫、邊坡混凝土噴層裂縫等，公路邊坡局部崩塌，公路邊坡后緣存在裂縫。

2.2 變形監(jiān)測

為及時掌握變形體的位移及發(fā)展趨勢，組織開展了包括外部變形監(jiān)測、深層側(cè)向位移監(jiān)測以及裂縫監(jiān)測三部分的變形監(jiān)測。

2.2.1 外部變形監(jiān)測

外部變形監(jiān)測采用GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))方法進(jìn)行自動觀測，實(shí)現(xiàn)了對變形體的連續(xù)實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)現(xiàn)場信號較差無法接受到數(shù)據(jù)時，采用傳統(tǒng)人工監(jiān)測的方式對變形體進(jìn)行監(jiān)測，確保及時掌握變形體的變化狀態(tài)與發(fā)展趨勢。

2.2.2 深層側(cè)向位移監(jiān)測

深層側(cè)向位移監(jiān)測采用3個深度達(dá)到80 m的測斜孔進(jìn)行，觀測頻次為1次/周，并根據(jù)鄭家坪變形體變形情況進(jìn)行調(diào)整。

2.2.3 裂縫監(jiān)測

裂縫監(jiān)測采用游標(biāo)卡尺對裂縫寬度進(jìn)行量測，量測頻率為：在裂縫發(fā)育較顯著時為每天上午、下午各一次，其后每天一次；在裂縫發(fā)育較緩慢后調(diào)整為1次/周。

鄭家坪變形體監(jiān)測成果及變形情況每天兩次以短信方式向相關(guān)單位及地方政府報送。同時每周、每月形成周報和月報，對變形趨勢進(jìn)行階段性總結(jié)分析；當(dāng)變形體位移每日變化量>10 mm，監(jiān)測短信發(fā)送頻率變更為每小時一次，并在當(dāng)日發(fā)布簡報。

2.3 分析定性

2.3.1 變形破壞原因分析

通過地表地質(zhì)調(diào)查、邊坡變形發(fā)展過程，以及鉆孔、平硐勘探成果分析，鄭家坪變形體邊坡變形破壞的內(nèi)因在于其發(fā)育于大渡河斷裂帶夾持的三疊系白果灣組(T3bg)薄層狀砂頁巖地層中，順層結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體傾倒變形強(qiáng)烈；外因在于復(fù)建公路開挖切腳、公路通行、水庫蓄水、降雨等導(dǎo)致坡體前緣穩(wěn)定條件變差。水庫蓄水對坡腳巖土體的改造，降雨沿地表裂縫入滲弱化巖土體物理力學(xué)性狀，進(jìn)一步加劇了坡體的變形破壞[6]。

2.3.2 穩(wěn)定性分析

經(jīng)地表地質(zhì)調(diào)査、變形監(jiān)測以及邊坡穩(wěn)定性計算分析，綜合判斷認(rèn)為：

鄭家坪變形體是水庫蓄水前已存在的，形成于地質(zhì)歷史時期地表以里一定深度范圍內(nèi)的傾倒變形體，天然條件下(蓄水前)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

監(jiān)測資料顯示，變形體Ⅰ區(qū)每天變形量為3.12～8.54 mm，整體處于初期變形階段，邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，可能形成滑坡。Ⅰ區(qū)局部穩(wěn)定主要受公路邊坡上部覆蓋層和碎裂松動巖體控制，可能產(chǎn)生蠕滑―拉裂型滑坡或崩塌。

變形體Ⅱ區(qū)地形較陡，每天變形量小于1 mm，總變形量在10 mm左右，整體處于基本穩(wěn)定至臨界穩(wěn)定狀態(tài)。Ⅱ區(qū)局部穩(wěn)定受公路開挖邊坡上部土體或碎裂松動巖體控制變形體。

變形體Ⅲ區(qū)大渡河斷裂F1斷層位于庫水位以上，加之白果灣組地層出露寬度變窄，巖體傾倒變形相對較弱，地表大樹直立，巖土體中未見貫通性裂縫，蓄水后后緣裂縫無新的變化，整體基本穩(wěn)定。Ⅲ區(qū)局部穩(wěn)定受公路開挖邊坡上部土體或碎裂松動巖體控制。

變形體穩(wěn)定性計算結(jié)果顯示，Ⅰ區(qū)整體在蓄水、暴雨工況下邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下可能整體失穩(wěn)；變形體Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)公路內(nèi)側(cè)邊坡局部穩(wěn)定性差，在各種工況下存在拉裂、局部掉塊和垮塌的風(fēng)險。

2.3.3 危害分析

主要對變形較大及地質(zhì)災(zāi)害危險性最大的Ⅰ區(qū)進(jìn)行分析，具體如下：

因大崗山電站水庫庫容較大，在正常蓄水位1 130.00 m時，該段水庫回水深度約110 m，變形體Ⅰ區(qū)整體失穩(wěn)時雖屬于大型滑坡，但不會形成堰塞湖次生災(zāi)害。

根據(jù)中國水利水電科學(xué)研究院黃種為、董興林等的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行的滑坡涌浪分析成果如下：

假定鄭家坪變形體Ⅰ區(qū)整體下滑，水庫水位1 130 m時，估算在入水點(diǎn)引起的涌浪高度為6.76～19.39 m，傳播到壩址時約為0.36～0.81 m，小于大崗山拱壩的5 m超高，不會對電站運(yùn)行產(chǎn)生危害性影響，但涌浪對水庫上下游約6 km范圍將產(chǎn)生較大的影響，需注意水上、水邊活動的安全。

對右岸(本岸)的影響：復(fù)建公路將中斷， I區(qū)上部土地受影響；涌浪傳播到右岸下游約400 m處的高度約為2.87～6.37 m，爬坡后的高度仍低于該處公路和公路內(nèi)、外側(cè)村民房屋的高程，不會影響該處公路和房屋安全。

對左岸(對岸)影響：入水點(diǎn)對岸涌浪最大爬坡高度7.06～20.24 m，因左岸庫周公路較髙，路面高程約1 280 m，涌浪對其影響不大；但左岸上游新華滑坡距離鄭家坪變形體較近，涌浪到達(dá)對岸爬坡后對滑坡穩(wěn)定不利，可能引發(fā)新華滑坡前緣產(chǎn)生塌滑破壞。

綜合分析認(rèn)為，鄭家坪變形體短時間內(nèi)整體失穩(wěn)下滑的概率較低，現(xiàn)階段面臨的主要威脅是復(fù)建公路內(nèi)側(cè)局部邊坡隨時可能發(fā)生掉塊和垮塌，威脅公路的安全、順暢通行。

2.4 安全應(yīng)急措施

鑒于該段復(fù)建公路是進(jìn)出四川藏區(qū)乃至西藏地區(qū)的重要通道，確保該路段持續(xù)安全、順暢通行有特別重要的意義，故無法簡單采取封閉道路、完全中斷通行的應(yīng)對措施。為此，2016年3月在發(fā)現(xiàn)裂縫明顯變化后，相關(guān)單位隨即采取了如下安全應(yīng)急措施：

(1)為避免雨水滲入加劇變形，在變形區(qū)域后緣外側(cè)布置截水溝，同時對裂縫采用塑料膜進(jìn)行封閉處理；為防止邊坡滾石危及過往車輛安全，采取了沿公路內(nèi)側(cè)擋墻布置被動防護(hù)網(wǎng)、對山體沖溝部位邊坡噴素混凝土等臨時防護(hù)措施；此外，為利于車輛快速通過，并盡可能遠(yuǎn)離掉塊滑渣，對邊坡易垮塌地段的公路在路基外側(cè)采用鋼筋石籠碼砌、內(nèi)側(cè)回填碎石以擴(kuò)建拓寬。

(2)在變形體上、下游復(fù)建公路上設(shè)置了十余塊醒目的地質(zhì)災(zāi)害警示牌、安全通行警示牌，提高警示提醒效果。

(3)與地方公安、交通部門聯(lián)合發(fā)布交通管制通告，并在變形體兩端設(shè)置交通管制站，對途徑該段的車輛實(shí)施交通管制：禁止五軸以上(含五軸)貨車通行，其它車輛每日7∶00～19∶00單邊觀察通行，其余時間和大雨及以上天氣、山體邊坡發(fā)生落石滑坡或變形體位移每小時變化量>10 mm等異常情況時，禁止通行。管制站安排專人24 小時三班值守，對過往人員及車輛進(jìn)行告誡、勸阻，與地方公安部門共同引導(dǎo)社會車輛通行。

(4)在易垮塌地段設(shè)置觀察哨，實(shí)行三班制，每班4人，發(fā)現(xiàn)上邊坡滾石、塌方等馬上用警報器報警，同時用對講機(jī)通知兩端管制點(diǎn)禁止車輛及行人通行，并及時將險情上報。

(5)在變形監(jiān)測之外，每日安排4人對邊坡進(jìn)行巡視檢查，檢查內(nèi)容包括邊坡是否新出現(xiàn)裂縫以及已有裂縫深度和寬度的變化情況，是否出現(xiàn)掉渣或掉塊現(xiàn)象，坡表有無隆起或下陷，并做好巡視記錄。

(6)成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組和應(yīng)急搶險隊(duì)伍，編制應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行演練，同時，將預(yù)案向地方政府進(jìn)行報備。給應(yīng)急搶險隊(duì)伍配置救生衣、照明電筒等應(yīng)急品；現(xiàn)場配備一臺15 kW柴油發(fā)電機(jī)、2臺裝載機(jī)和2臺挖掘機(jī)，同時配備一艘6座快艇和一艘撈渣船，停靠于大崗山大壩附近，根據(jù)需要隨時投入應(yīng)急搶險；為便于夜間照明觀察，在現(xiàn)場增配了多盞探照燈；在變形體正對面的庫區(qū)左岸設(shè)置紅外線攝像頭，對變形體區(qū)域進(jìn)行24小時監(jiān)控，及時留存突發(fā)狀況的影像資料。

(7)每天安排有專門人員和設(shè)備對變形體路段的路面清掃、清理，保證路面整潔；根據(jù)天氣情況，安排灑水車對路面進(jìn)行灑水除塵、保濕，以保證觀察人員和駕駛員視野清晰。

2.5 工程臨時處置措施

由于鄭家坪變形體永久治理實(shí)施難度大、周期長，而道路保通意義又特別重大，故尚需在上述安全應(yīng)急措施的基礎(chǔ)之上，采取進(jìn)一步的工程臨時處置措施，以盡可能降低永久治理完成前的通行安全風(fēng)險。經(jīng)相關(guān)單位會同地方政府的多次討論研究，決定采用“減載+錨噴支護(hù)”的臨時處置工程方案進(jìn)行道路保通，具體方案如下：

(1)復(fù)建公路K9+370―K9+633段(Ⅰ區(qū))：以公路內(nèi)側(cè)邊沿為基點(diǎn)，按1:1的坡比進(jìn)行放坡，每20 m設(shè)置寬3 m的馬道。從上到下每開挖完成一級后進(jìn)行系統(tǒng)掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，錨桿采用φ25自進(jìn)式中空錨桿，間排距2 m×2 m，梅花形布置，錨桿長度為4.5 m，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@20 cm×20 cm，噴C25混凝土厚12 cm。完成支護(hù)后才能進(jìn)行下一級施工。

(2)復(fù)建公路K9+270―K9+370段(Ⅱ區(qū))：在高程約1 335 m處設(shè)置施工開口線，在開口線附近先設(shè)置6 m長φ25自進(jìn)式中空錨桿進(jìn)行鎖口，完成后再按1∶1的坡比進(jìn)行放坡，第一級設(shè)置為高差15 m、馬道寬3 m的邊坡，以下則每30 m設(shè)置寬3 m的馬道至公路，支護(hù)參數(shù)及要求同I區(qū)。

(3)對其他存在掉塊和垮塌風(fēng)險的公路邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，支護(hù)參數(shù)同I區(qū)。

3 應(yīng)急處置的成效

(1)在鄭家坪變形體應(yīng)急處置中，由于相關(guān)單位反應(yīng)迅速、應(yīng)對科學(xué)和處置妥當(dāng)，避免了省道S217線石棉至瀘定段的中斷，保證了過往車輛和人員的安全，實(shí)現(xiàn)了重大地災(zāi)下長時間零傷害。據(jù)不完全統(tǒng)計，在GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時指導(dǎo)及所建應(yīng)急機(jī)制的果斷、有效響應(yīng)下，應(yīng)急處置的過程中成功實(shí)現(xiàn)緊急避險5次，估計避免因人員傷亡和車輛損毀造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過2 000萬元，有力地維護(hù)了地方社會的穩(wěn)定。

(2)鄭家坪變形體工程臨時處置措施于2016年年底實(shí)施完畢。變形體在經(jīng)過減載后，變形監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于收斂，相關(guān)部位也在開挖支護(hù)后，再未發(fā)生過垮塌，目前，復(fù)建公路通行正常。

(3)在對鄭家坪變形體發(fā)展趨勢及危害的正確研判下，大崗山水電站避免了不必要的低水位運(yùn)行，初略估算避免的間接經(jīng)濟(jì)損失超過1.2億元。

4 結(jié) 語

(1)鄭家坪變形體總變形規(guī)模大，嚴(yán)重影響了S217省道淹沒復(fù)建公路石棉至瀘定段的安全、順暢通行，但在相關(guān)單位的迅速反應(yīng)、科學(xué)應(yīng)對和妥當(dāng)處置下，保持了省道的通暢，實(shí)現(xiàn)了重大地質(zhì)災(zāi)害下長時間零傷害，避免了不必要的損失，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

(2)中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院劉傳正曾指出，高效有序地應(yīng)對重大突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急行動可概括為6“快”，即“快調(diào)查、快監(jiān)測、快定性(會商)、快論證、快決策(應(yīng)對)和快實(shí)施”[6]。對鄭家坪變形體的成功應(yīng)急處置，十分吻合這一經(jīng)驗(yàn)。

(3)鄭家坪變形體的應(yīng)急處置，是企業(yè)聯(lián)合地方政府智慧應(yīng)對重大地質(zhì)災(zāi)害的一次成功協(xié)作，對國內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)具有巨大的參考和借鑒意義。

(4)針對鄭家坪變形體的永久根治，在遵循“有利于變形體的根治，有利于保通期的安全，有利于造價控制，有利于快速實(shí)施，有利于后續(xù)移交”的原則下正在積極研究中。