古瓦水電站進水口邊坡塌方綜合治理方案

鄭華兵

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內，是碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段“一庫六級”梯級開發(fā)方案中的“龍頭水庫”電站，下游為娘擁水電站。樞紐主要建筑物由面板堆石壩、溢洪洞、放空洞、壩后生態(tài)機組、引水隧洞及地下廠房系統(tǒng)等組成。主體電站裝機容量為3×67MW，生態(tài)機組裝機容量為1×4.4MW(低水頭時段運行1×2.6MW機組)，總裝機容量205.4MW[1]。

2017年10月15日，擦金許溝口左側高程約3340m～3475m邊坡發(fā)生垮塌，垮塌體下部寬約15m～25m，上部寬40m～50m，最寬約65m，橫河長70m～120m，垂直厚度約45m～50m，水平深度約55m～60m，體積約40萬m3，此次塌方造成已開挖完成的導流洞進口被完全掩埋，引水隧洞進口邊坡被毀壞，年度截流目標被迫推遲。

2 地質條件

2.1 地形地貌

進水口3293m～3412m為殘留基座階地，自然坡度35°～45°，臨河基座高約15m，階地寬度55m～80m，主要為冰川冰水沉積碎石土和含漂卵礫石，結構較密實，覆蓋層厚30m～40m；3412m以上為順層陡坡，自然坡度33°～38°[1]，地表植被發(fā)育。

2.2 地層巖性

2.3 邊坡發(fā)育裂隙情況

邊坡發(fā)育三組裂隙，第一組傾角24°～32°，傾右岸上游，3400m以上層面產狀N25°～40°E/NW∠40°，間距0.5m～1.5m；第二組N80°～85°W/SW(NE)∠80°～85°，間距1m～2m；第三組N6°～25°E/SE∠80°～87°，間距0.5m～1.5m。

弱風化強卸荷水平深度10m～25m，弱卸荷水平深度30m～45m。

3 塌方原因及塌方后現場情況

3.1 塌方原因分析

(1)進水口外側3400m以上山體屬于工程區(qū)域外，三面臨空，巖層產狀沿擦金許溝發(fā)育為順坡向且傾向碩曲河偏上游光滑面。

(2)巖體中發(fā)育的平行于河流的陡傾節(jié)理形成了寬體的后緣切割面，垂直于河流的結構面形成了側向切割面，受卸荷影響，兩組節(jié)理連通率較高，對塊體形成了有效切割。

(3)工程區(qū)域連續(xù)降雨，雨水沿裂隙滲入，導致結構面強度進一步惡化，進而誘發(fā)、加速山體變形。

3.2 塌方后現場情況

(1)塌方后堆積體存在大面積孤石、浮石，并且孤石之間層層疊加，個別滑動極易造成連鎖反應，對施工人員及施工設備安全影響較大。

(2)由于倒懸體上部為施工區(qū)域以外，并且無通道，材料等均需人工搬運至現場，需要投入大量人力，難度較大，存在較大安全隱患。

4 塌方治理規(guī)劃

進水口垮塌后造成了已完成的導流洞進口被掩埋，影響導流洞過流，致使大壩截流推遲。為此，對垮塌邊坡的穩(wěn)定性進行了計算分析[2]，根據計算成果表明：殘留邊坡當以垮塌體底滑面作為滑面時，在開挖后運行期各種工況不能滿足設計要求。當以深部滑面在覆蓋層底部坡腳剪出為底滑面時，正常蓄水的持久工況不能滿足要求，其他滿足要求?？逅吰掠嬎愠晒姳?。

研究區(qū)位于天山—興蒙造山系，跨準噶爾地塊—吐哈地塊，覺羅塔格晚古生代裂陷槽，中天山多期復合陸緣巖漿弧和艾爾賓山—庫米什殘余盆地等三個Ⅲ級構造單元[8]。北以阿其克庫都克斷裂為界，其北部為覺羅塔格晚古生代裂陷槽，南部為中天山多期復合陸緣巖漿??；南以卡瓦布拉克斷裂為界，其南部為艾爾賓山—庫米什殘余盆地(圖1a)。

表1 垮塌邊坡計算成果

結合施工現場實際情況及計算成果，垮塌邊坡分為搶險和治理，搶險疏通、恢復被掩埋的導流洞進口，治理方面先從頂面、正面、背面三個方向“鎖”住倒懸體?？紤]倒懸體正面邊坡垮塌后表面巖體破碎，正面邊坡安全風險大，頂面邊坡也存在安全風險，現場組織先背面，從過壩交通洞、檢修洞進行深孔錨索，再頂面邊坡錨噴支護、錨索，最后正面邊坡錨噴支護、錨索。

5 塌方治理方案及效果

5.1 擦金許溝口左岸垮塌殘留至導流洞口及上游的覆蓋層

擦金許溝口左側邊坡發(fā)生塌滑后，大量的渣體滑落至碩曲河左岸低高程區(qū)域。塌滑發(fā)生時導流洞進口明渠當時已開挖完成，距上游溝口不遠，高高程塌滑體部分渣體進入了導流洞進口明渠段。該塌滑體覆蓋層邊坡組成物質包括垮塌殘留渣體、冰水堆積物等，根據邊坡工程地質條件分析，覆蓋層邊坡破壞模式為圓弧滑動破壞，根據邊坡水下穩(wěn)定坡腳，對覆蓋層邊坡進行削坡[3]。

第一次為臨時應急搶險清挖，主要為清理導流洞進口明渠及其上游塌滑體渣量。為滿足2018年汛期來臨前截流，清挖采取1∶1臨時坡比，坡頂開口線由導流洞洞口頂部進行反推，3340m、3320m高程分別設置3.5m寬馬道，開挖后邊坡及時采取“主動網+噴混凝土(C25，10cm厚)+排水管”方案進行支護。3320m、3295m導流洞洞口段視情況采取自進式花管注漿錨桿和鋼管樁進行預支護。

第二次清坡為永久性支護方案，主要為保證電站正常運行工況及檢修工況，保證放空(導流)洞上游塌滑體邊坡的穩(wěn)定。清挖邊坡按不緩于1∶2.4坡比進行，高高程部位覆蓋層清除處理。沿河低高程位置采取混凝土矮擋墻護腳。同時導流洞前緣約50m明渠段采取蓋板和涵洞方案，上部進行覆土處理以防殘留覆蓋層局部掉塊進入放空洞內。

5.2 左岸塌滑高高程基巖邊坡

擦金許溝口左岸垮塌以后，塌滑體滑向低高程并堆積在擦金許溝口及導流洞進口上游。高高程部位仍殘留有基巖邊坡，基巖邊坡主要為垮塌后殘留邊坡。根據基巖邊坡工程地質條件、邊坡特征及計算分析成果，邊坡存在沿垮塌體底滑面和深部軟弱結構面發(fā)生順層滑動的可能性，殘留邊坡處于極限平衡狀態(tài)，邊坡整體穩(wěn)定性安全余度不滿足設計要求，需對邊坡進行支護，支護以錨索結合常規(guī)噴錨支護為主。

結合殘留基巖邊坡分布在不同位置情況，針對性地采取以下處理措施：

(1)從過壩交通洞、檢修洞各設置4根對穿錨索至倒懸體坡面，錨索參數：2000kN級、L=110m～80m。

(2)倒懸體坡頂線以外邊坡，采用預應力錨索+系統(tǒng)錨桿+噴混凝土聯合支護[4-5]。預應力錨索2000kN級、L=60/50m、排距6m×6m，間錯布置；錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m，梅花形布置；素噴C25混凝土，10cm厚；局部厚度較厚覆蓋層邊坡采用錨筋樁+工字鋼梁+噴混凝土聯合支護，參數同放空(導流)洞進口上部覆蓋層邊坡支護參數一致；邊坡排水孔直徑為100mm，L=5m，仰角10°，間排距4m；排水孔內插PVC排水花管，外包透水土工布，L=0.5m，PVC花管設4排引水孔，間距0.5m，孔徑8mm。

(3)倒懸體正面邊坡3410.00m～3470.00m范圍，采用預應力錨索+系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網+噴混凝土聯合支護。預應力錨索2000kN級、L=60/50/40m、間排距6m×6m，間錯布置；錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m，梅花形布置；掛鋼筋網φ8，@20×20；噴C25混凝土，15cm厚；邊坡排水孔直徑為100mm，L=5m，仰角10°，間排距4m；排水孔內插PVC排水花管，外包透水土工布，L=0.5m，PVC花管設4排引水孔，間距0.5m，孔徑8mm。

(4)倒懸體下游側側面邊坡，采用系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網+噴混凝土聯合支護。錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m，梅花形布置；掛鋼筋網φ8，@20×20；噴C25混凝土，15cm厚，邊坡排水孔直徑為100mm，L=5m，仰角10°，間排距4m；排水孔內插PVC排水花管，外包透水土工布，L=0.5m，PVC花管設4排引水孔，間距0.5m，孔徑8mm。

(5)倒懸體下部基巖采用預應力錨索+系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網+噴混凝土聯合支護。預應力錨索2000kN級、L=50/40m、間排距6m×6m，間錯布置；錨桿φ25，L=4.5m，間排距2m×2m，梅花形布置；掛鋼筋網φ8，@20×20；噴C25混凝土，15cm厚；邊坡排水孔直徑為100mm，L=5m，仰角10°，間排距4m；排水孔內插PVC排水花管，外包透水土工布，L=0.5m，PVC花管設4排引水孔，間距0.5m，孔徑8mm。

垮塌后倒懸體治理剖面見圖1(a)～(b)。

(a)

5.3 安全監(jiān)測

安全監(jiān)測是人們了解監(jiān)測目標運行狀態(tài)和安全狀況的有效手段和方法，用以監(jiān)控塌方邊坡的整體、局部穩(wěn)定性。

進水口垮塌邊坡共布置五點式多點位移計6套，4個表面變形觀測墩，錨索應力計6臺，3支測斜管。

5.4 治理實施效果

為確保在垮塌邊坡完成治理后，通過布置的安全監(jiān)測儀器測得的數據分析，確保邊坡穩(wěn)定。

進水口垮塌邊坡共布置五點式多點位移計6套，累計位移量在-0.22mm～0.42mm之間，所測位移變化量均較小，變化趨勢較為平穩(wěn)；4個表面變形觀測墩，測點累計水平合位移量在3.0mm～31.0mm之間，累計垂直位移量在16.40mm～25.60mm之間，累計觀測1108d；最大累計水平合位移量為24.2mm(LD-2)，最大垂直位移量為25.6mm(LD-4)，目前各測點位移變化量均較小，測值無異常；錨索應力計6臺，測得的累計荷載變化量在-208.44kN～-47.14kN之間，荷載變化量較小，變化趨勢較為平穩(wěn)；3支測斜管測得的孔口累計合位移量在1.79mm～2.13mm之間，月變化量在0.25mm～0.48mm之間，變化速率較平穩(wěn)，測值無異常。

圖2 進水口邊坡垮塌后照片

圖3 進水口邊坡垮塌治理后照片

6 結語

治坡先治水，統(tǒng)計資料也表明，95%以上的滑坡都與降雨或地下水滲流有密切關系[2]；水是影響邊坡變形的關鍵性因素，水可以軟化滑帶使其抗剪強度降低，水可以增加滑體下滑力，降低抗滑力[3]。本次塌方后造成導流洞進口被掩埋、上部形成倒懸體、下游側邊坡拉裂，治理以“鎖”為主，先鎖住上部倒懸體，同時進行下游側邊坡加固，最后進行堆積體清理。進水口垮塌邊坡綜合治理完成，通過監(jiān)測數據顯示，未發(fā)生滑移及變形，效果良好，為后期水庫運行提供了安全保障。