天花板水電站廠房后邊坡開挖應急處理措施的地質分析

于立宏，付長明，李前廷，譚金龍

（中國水電顧問集團北京勘測設計研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水電站地面廠房位于牛欄江右岸，廠房后邊坡走向NE14.5°，高102 m，長150 m。開口線最高高程為 1 062 m，分別在 975、995、1 110、1 130 m高程處設置了4層馬道，其中960～975 m高程段為直立坡，采取每5 m的梯段進行邊開挖邊支護的處理措施，并設置了2條工程監測斷面，對邊坡施工以及今后運行進行時時監測。支護采用噴混凝土 （厚8 cm）、掛網 （φ16鋼筋、 間距20 cm×20 cm）、 錨桿 （2 m×2 m梅花形布置， 深6～8 m）、錨索 （6 m×6 m梅花形布置，長45 m，1 000 kN，仰角10°）等聯合方式。

邊坡開挖到990 m高程時，監測數據出現明顯異常現象，6個多點位移計所測變形數據較大，且數據遲遲不收斂；5個錨桿應力計應力變大趨勢明顯，其中1個錨桿應力計已出現了超量程現象；990～1 010 m高程正在進行支護的工作面上可見沿層理面已張開的現象。為此，對工程地質情況進行了分析。

1 工程地質條件

該區河谷呈 “V”形，兩側山體高2 600～3 100 m， 廠區地形坡度 38°～40°。 覆蓋層厚 3～5 m，主要為碎塊石土，呈松散～密實狀態。基巖為震旦系下統澄江組砂巖夾泥質頁巖，巖石呈弱風化狀態，巖層層理較穩定，層理產狀為NE60°SE∠73°。砂巖強度較高，單軸飽和抗壓強度達40 MPa，層理間距20～40 cm；泥質頁巖為砂巖夾層，層厚3～5 cm，每層間距20～40 cm，巖石強度低，性狀差，遇水軟化。邊坡內未見斷層等大的結構面發育，裂隙主要發育兩組：①NE60°SE∠73°順層理發育，間距20～40 cm，面平直粗糙，延伸長，閉合；②NW290°～310°SW∠75°～80°面平直粗糙， 閉合， 斷續延伸。其中，①組最為發育。受裂隙切割的影響，泥質頁巖巖體破碎。地下水類型為基巖裂隙水，接受大氣降水補給，向牛欄江排泄。

2 廠房后邊坡穩定性分析

巖層走向與邊坡呈35°～45°相交，巖層傾向山里，該邊坡為一穩定結構。前期工程地質測繪、鉆探、物探、洞探等勘察工作和邊坡、調壓井區、壓力管道、引水隧洞等處的開挖揭露顯示，廠房后邊坡巖體內不存在大的順坡向結構面，邊坡后緣山體也未見順坡向拉張裂縫發育，且邊坡開挖的范圍有限。所以，廠房后邊坡沿某一已存在的固定面發生滑動破壞的可能性不大。盡管泥質頁巖工程地質性狀差，但砂巖強度高，其單軸飽和抗壓強度達40 MPa，且砂巖占整個廠房后邊坡巖體的絕大多數，此時1 010 m高程以上的淺層支護已完成，淺層巖土體在支護作用下已形成與巖體緊密結合的一個整體，產生突然滑動破壞的可能性不大。

由于調壓井及壓力管道、引水隧洞的開挖與形成導致巖體應力非常復雜，邊坡表層受到了復雜的淺表層改造作用，巖體應力進行了復雜的重新調整，巖體發生了一些卸荷反應，出現了一定的松弛現象，邊坡產生了一定的蠕變。在這個變化過程中，一些強度低的巖石，尤其是泥質頁巖發生了破壞，一些結構面也因發生了破壞而張開，雨水更容易進入到巖體內部，加強了邊坡巖體與雨水的聯系，加大了地下水的運動與循環，加快了泥質頁巖性狀變差的速度，泥質頁巖破壞和軟化的范圍擴大，泥質頁巖的破壞和軟化導致砂巖要承擔更多的應力。同時，受到自重、地下水、邊坡應力等影響，泥質頁巖將被壓縮或向下方和坡外蠕變；而支護的不均一和不及時以及大部分錨索支護還未完成等原因，不利于邊坡穩定的應力應變未被及時制止，邊坡向臨空面變形，最終出現了上面所述的監測數據異常以及在一些工作面上可見到層理面張開的現象。邊坡出現的異常主要是泥質頁巖結構變化、錨索支護滯后等綜合原因引起邊坡淺表層局部巖體發生變化所致。因此，改善邊坡應力環境，抑制泥質頁巖被破壞變動是保障邊坡不發生變化的關鍵。

3 工程應急處理

（1）迅速在高程990～998 m坡角回填碎塊石土，將坡角保護好，以降低邊坡應力應變調整幅度。

（2）在原有兩條監測斷面之間，即樁號廠左0+44.25處增加一條監測斷面，加強工程監測，以指導施工。

（3）完成990 m高程以上錨索和排水孔施工后，再進行990 m高程以下的施工。

（4）邊坡開挖梯段由5 m改為2 m，以減少對邊坡巖體的擾動程度。完成該梯段所有支護和排水孔后，方可再進行下一梯段的工作。

（5）盡快完成未施工的錨索。

4 結語

邊坡經過應急處理后，各種異常現象均未進一步發展，監測數據很快就回到正常值范圍內，工程進展過程中也未再出現新的異常現象。目前，該邊坡已安全運行近3年，邊坡表面觀察和監測資料均未見異常現象。這些說明工程處理措施是成功的，工程地質分析是正確的。對廠房后邊坡異常現象的科學分析，及時、妥當的工程處理，保證了廠房后邊坡的穩定，保障了天花板水電站的順利進行。