我國(guó)特大型水利水電工程安全運(yùn)行技術(shù)現(xiàn)狀與改進(jìn)方向

伍廷福

貴州黔清江水利建設(shè)工程有限公司 貴州貴陽(yáng) 550000

1 高陡邊坡和洞室群的檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)方向

在中國(guó)西部高山峽谷的陡坡和地下洞穴中，斜坡的挖掘深度為數(shù)百米，項(xiàng)目的規(guī)模和難度超出了現(xiàn)有工程實(shí)踐的范圍。這些水電工程的地質(zhì)條件復(fù)雜，評(píng)估高邊坡和大型地下洞室?guī)r體力學(xué)特性的方法，分析穩(wěn)定性，支護(hù)措施，挖掘爆破控制，監(jiān)測(cè)和預(yù)警等，具有較高的技術(shù)設(shè)計(jì)和施工要求[1]。

在復(fù)雜的環(huán)境發(fā)生條件下，細(xì)粒土壓力試驗(yàn)的理論和技術(shù)以及基于多樣化信息綜合確定應(yīng)力場(chǎng)的研究方法是研究領(lǐng)域的重要問(wèn)題。隨著中國(guó)水電建設(shè)向西南深山谷的擴(kuò)展，各種復(fù)雜環(huán)境和地質(zhì)條件下的天然和人工斜坡問(wèn)題更加突出，已成為一個(gè)重大的工程問(wèn)題它嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)，施工和工程操作。在這些復(fù)雜條件下陡坡的穩(wěn)定性，主要荷載條件從低坡度坡度荷載變?yōu)樽灾?，包括高地震烈度的?dòng)荷載，大雨引起的入滲荷載和集中的洪水排放和伴隨效應(yīng)以及復(fù)雜載荷耦合的影響，包括放電，高壓條件下的損傷演變等因素。目前，由于軟件和硬件水平的限制，從數(shù)值分析的規(guī)模和精度來(lái)看，不可能準(zhǔn)確地模擬圍巖的應(yīng)力和大型地下洞室的破壞狀態(tài)。未來(lái)，高性能并行計(jì)算施工過(guò)程的大規(guī)模數(shù)值模擬是大型地下洞室力學(xué)分析的重要方向。仍然需要開(kāi)發(fā)復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的多尺度的三維建模和在計(jì)算機(jī)技術(shù)中快速搜索周?chē)膸r石塊。以DDA為代表的非連續(xù)變形數(shù)值方法的研究和開(kāi)發(fā)，為數(shù)值模擬研究復(fù)雜條件下地下洞室的破壞機(jī)理和安全性提供了一種新的研究方法。在復(fù)雜地質(zhì)條件和高壓條件下，在高邊坡和大型地下洞室中進(jìn)行爆破和軟爆破設(shè)計(jì)理論仍有許多問(wèn)題需要解決。在挖掘爆破對(duì)巖體的保留和振動(dòng)爆炸源的影響方面，沒(méi)有有效的控制手段。在高邊坡和地下洞室的開(kāi)挖中，應(yīng)加強(qiáng)調(diào)查的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于西部水電項(xiàng)目的建設(shè)，有必要開(kāi)發(fā)新技術(shù)，如遠(yuǎn)程爆轟系統(tǒng)。復(fù)雜地質(zhì)條件下巖石開(kāi)挖的加固方法和錨固安全控制標(biāo)準(zhǔn)研究。由于高斜坡加固物體的復(fù)雜性，用于錨固和加固錨索的傳統(tǒng)方法和過(guò)程的實(shí)施是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。加固的質(zhì)量和效果甚至意味著高坡度巖石開(kāi)挖的成功或失敗。近年來(lái)，對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜，承載力較差的巖體加固，分布?jí)嚎s錨固技術(shù)逐漸成為了更加合理的且功能更強(qiáng)的錨固技術(shù)。通過(guò)對(duì)于光纖技術(shù)的應(yīng)用來(lái)提升監(jiān)測(cè)效果，通過(guò)對(duì)于分布?jí)嚎s錨固技術(shù)的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化的運(yùn)行。對(duì)于錨固技術(shù)中的成孔精度、預(yù)應(yīng)力系數(shù)、灌漿指標(biāo)等相關(guān)因素進(jìn)行分析，從而以這些影響因素為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)錨固安全性能上的提升。所采用的控制方式對(duì)于復(fù)雜地形情況下所采用的錨固工藝具有一定的規(guī)范和指導(dǎo)效果。對(duì)于我國(guó)西部建立的大型水利水電項(xiàng)目工程中所進(jìn)行的安全監(jiān)測(cè)過(guò)程，以當(dāng)前所具有的技術(shù)種類(lèi)為基礎(chǔ)，來(lái)對(duì)于多種監(jiān)測(cè)手段的適應(yīng)程度進(jìn)行調(diào)查分析，并對(duì)其中的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行研究。通過(guò)與工程實(shí)踐的結(jié)合，來(lái)建立其針對(duì)巖體的監(jiān)測(cè)分析方式，從而有效解決復(fù)雜地形中的洞室群或高陡邊坡。同時(shí)也會(huì)提出一種效果更好的預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和管理來(lái)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行有效的指導(dǎo)，對(duì)于整個(gè)工程的安全保護(hù)具有重要作用[2]。

2 深覆蓋圍堰技術(shù)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)方向

2.1 材料攔截

國(guó)內(nèi)外大多數(shù)攔截都使用當(dāng)?shù)氐氖^和礫石材料。當(dāng)攔截困難時(shí)，使用大型石塊，大石塊或人造拋擲材料進(jìn)行攔截。在攔截投擲的計(jì)算中停止和啟動(dòng)是粗略的簡(jiǎn)化假設(shè)，單個(gè)混凝土砌塊和混合石渣塊垂直攔截的節(jié)理穩(wěn)定性，雖然結(jié)合工程實(shí)踐提出并分析了許多影響因素，但影響機(jī)理尚未深入研究，工程實(shí)踐指導(dǎo)性不強(qiáng)。

2.2 雙阻塞和阻塞技術(shù)

很多項(xiàng)目使用雙阻塞技術(shù)不是很成功，除了組織管理不善之外，對(duì)復(fù)雜水力學(xué)理解不足也是重要原因之一。

2.3 施工攔截流程

影響攔截流程建設(shè)的因素很多，如河流流量不確定引起的水文風(fēng)險(xiǎn)，水力參數(shù)不確定性和幾何尺寸引起的水力風(fēng)險(xiǎn)，建筑物的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)，施工攔截過(guò)程中計(jì)算模型和水流的不確定性。

3 高壩抗滑評(píng)估技術(shù)現(xiàn)狀分析及改進(jìn)方向

（1）由于壩體的滑動(dòng)導(dǎo)致滑動(dòng)面上的巖體同時(shí)滑動(dòng)，在許多情況下，必須依靠下游尾部的巖石阻力體。和體一起移動(dòng)的巖床弱結(jié)構(gòu)面，弱結(jié)構(gòu)面下方的底部巖石和下游尾石的阻力體由五部分組成。因此，有必要深入研究具有多維特征的深壩抗滑穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)與原則。

（2）當(dāng)壩體結(jié)構(gòu)，巖床層序分布和弱結(jié)構(gòu)面更復(fù)雜時(shí)，壩體滑道具有特殊性和多樣性的特點(diǎn)，滑動(dòng)面的位置更危險(xiǎn)的不僅與底部巖石的性質(zhì)有關(guān)。它還與巖層的分布和相鄰巖層的力學(xué)性質(zhì)的差異程度有關(guān)。

（3）高壩穩(wěn)定性的數(shù)值模擬分析，分析內(nèi)容包括連續(xù)變形分析，不連續(xù)變形分析。大壩底部巖體介質(zhì)的阻力參數(shù)，性能指標(biāo)，結(jié)構(gòu)關(guān)系和安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很大。不同計(jì)算程序給出的計(jì)算結(jié)果完全不同。目前，對(duì)這方面的設(shè)計(jì)規(guī)范沒(méi)有明確的規(guī)定，也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷壩基的安全性[3]。

（4）由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，大壩深滑在滑模和滑動(dòng)路徑的時(shí)間和空間上存在不確定性。深部巖體缺陷處理的不均勻性導(dǎo)致滑動(dòng)面的阻力偏離理想設(shè)計(jì)狀態(tài)，影響壩體的風(fēng)險(xiǎn)因素復(fù)雜。因此，有必要研究考慮到幾個(gè)因素模糊性的大壩風(fēng)險(xiǎn)分析方法。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我國(guó)特大型水電工程安全運(yùn)行技術(shù)存在的問(wèn)題，對(duì)于幾項(xiàng)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方向，為我國(guó)的特大型水電工程安全運(yùn)行提供了更多的助力。