多諾水電站導流(放空)洞閘門豎井邊坡開裂變形分析及處理措施

黃 剛,李廷友

(中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

多諾水電站位于四川省九寨溝縣白水江流域一級支流黑河上游，屬黑河～白水江水電規劃一庫七級方案中的龍頭電站。首部樞紐由112m高的混凝土面板堆石壩、取水口、泄洪洞、導流(放空)洞等建筑物構成。水庫正常蓄水位2 370m，總庫容5 622萬m3。電站利用水頭350m，裝機容量100MW。

導流(放空)洞布置于黑河右岸，豎井布置于若九公路內側5m，邊坡于2008年1月開挖完成，2008年5月系統支護完成，采用噴錨支護。邊坡最大開挖高度53m。2009年4月27日，發現豎井上、下游邊坡及內側邊坡混凝土噴層有不同程度的開裂，開裂前連續3天強降雨。2010年8月6日，上游側坡發生垮塌，塌方前連續兩天強降雨。

2 工程地質條件

閘門井豎井平臺高程為2 375m，其上游側邊坡坡高一般為7～12m，最大坡高15m，走向N20°W，坡體上部有少量強風化巖體，厚0.5～1m，以下均為強卸荷巖體，開挖坡比為1∶0.5～1∶0.6。邊坡中上部巖性為中厚層砂巖夾少量薄層板巖，中下部為薄層砂巖與薄層板巖互層。巖層產狀為N15°W/ SW∠75°。邊坡巖體風化卸荷強烈，巖體為碎裂～層狀結構，局部散體結構，層面陡傾上游，邊坡為逆向坡，層面對坡體穩定不具控制性，邊坡穩定主要受巖體強度控制。

內側坡坡高約50～55m，頂部0.5～1.0m為塊碎石土，結構松散，強度低，自穩能力差。2 400～2 428m高程開挖坡比為1∶0.75，邊坡巖體總體以強風化、強卸荷巖體為主，結構松散，為碎裂～散體結構，巖體自穩能力差；2 400m高程以下至閘門井平臺開挖坡比為1∶0.35，邊坡巖體以強卸荷為主，除層面裂隙發育外，主要發育兩組裂隙，即①N80°W/SW∠80°和②N80°W/NE∠35°～40°，間距20～40cm，跡長1～3m，個別長5～7m，大多張開，開度一般3～5mm，個別張開大于1cm，多充填次生泥。層面產狀與坡面大角度相交或近于垂直，內側坡為橫向坡，邊坡穩定主要受巖體強度控制。

下游側坡坡高15～20m，上部有部分強風化、強卸荷巖體，下部以強卸荷巖體為主，坡體結構以碎裂～層狀結構為主，巖體破碎，層面與坡面小角度相交或近于平行，邊坡為順向坡。局部有倒懸體。

3 裂縫性狀特征

2009年4月27日，發現豎井上、下游邊坡及內側邊坡混凝土噴層有不同程度的開裂，其裂縫分布見圖1，性狀描述見表1。

4 裂縫開裂原因分析及穩定性評價

(1)上游側坡巖體風化卸荷強烈，碎裂～層狀結構，局部散體結構，層面陡傾上游，邊坡為逆向坡，層面對坡體邊坡穩定不具控制性，邊坡穩定主要受巖體強度控制。三條裂縫為縱向縫，與上游坡小角度相交或近于平行陡傾閘門井(下游)，向豎井方向和公路外側產生張開變形。由于上游邊坡及公路開挖后，邊坡表淺部松散巖體在雨水等作用下強度很低，自穩能力極差，邊坡表淺部松散巖體向閘門井和公路外側變形張開，直至垮塌，邊坡的穩定性由巖體強度控制。

表1 導流(放空)洞閘門豎井邊坡裂縫性狀特征

圖1 閘門井邊坡裂縫調查平面示意

(2)內側坡2 400m高程以上為強風化、強卸荷巖體，結構松散，為碎裂～散體結構，巖體自穩能力差，開挖坡比較陡，1∶0.75；2 400m高程以下巖體多以弱風化、弱卸荷巖體為主，局部強卸荷，層面與坡面大角度相交或近于垂直，層面對坡體穩定不具控制性，坡體整體基本穩定，開挖坡比較陡，1∶0.35。施工過程中在高程2 407～2 409m產生了兩條近水平延伸的裂縫，長約6～7m，張開約0.5～2cm，走向為N75°E，至2009年4月27日，裂縫均有不同程度的擴張。邊坡表淺部為強風化、強卸荷巖體，裂縫在雨水作用下進一步擴張，邊坡的穩定性由巖體強度控制。

(3)下游側坡上部有部分強風化、強卸荷巖體，下部以強卸荷巖體、碎裂～層狀結構為主，層面與坡面小角度相交或近于平行，邊坡為順向坡，局部有倒懸體。下游側兩條裂縫，陡傾閘門井內(上游)，一是因為上部巖體破碎強度較低，在雨水作用下有可能開裂變形；二是因為巖層層面陡傾坡外，坡體為順向坡，邊坡整體穩定性較差，層面蠕滑也可能使邊坡變形開裂。因此下游側邊坡開裂是二者聯合作用的結果。

綜上所述，上游側坡及內側坡的裂縫開裂，是由于邊坡巖體風化卸荷強烈，巖體強度較低，自穩能力差，在長期自重作用及雨水作用下，產生的開裂變形。邊坡穩定性主要由巖體強度控制，邊坡穩定性較差。下游側裂縫一方面是由于邊坡表淺層巖體風化卸荷強烈，強度較低，自穩能力差，在雨水長期作用下，有可能產生開裂變形；另一方面巖層層面陡傾閘門井，邊坡為順向坡，層面可能產生蠕滑變形。邊坡整體穩定性較差。

5 支護處理措施

由于該邊坡總體不高，最大坡高僅有50余米，經過定性分析判斷，2009年5月對閘門井邊坡增設了如下支護處理：

(1)上游側坡削坡與公路平順連接，掛鋼筋網φ6.5@0.15m×0.15m，噴混凝土0.12m，布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距2.5m，梅花形布置；在下部設置高3.0m的漿砌塊石擋墻。

(2)內側坡2 385～2 400m高程增設間距2.5m的混凝土框格梁，節點布置錨筋束3φ25，L=9.0m。

(3)下游側坡削坡與公路平順連接，掛鋼筋網φ6.5@0.15m×0.12m，噴混凝土0.12m，布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距3.0m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距2.5m，梅花形布置；布置錨筋束3φ25，L=9.0m，間、排距2.5m，梅花形布置。

針對2010年8月6日上游邊坡塌方，對該邊坡增設如下處理措施：

(1)上游側坡按1∶0.75進行削坡處理與公路平順連接，掛鋼筋網φ6.5@0.15m×0.15m，噴混凝土0.12m；布置錨桿φ25，L=4.5m，間、排距1.5m，梅花形布置；布置排水孔φ48，L=3.0m，間、排距3.0m，梅花形布置；在下部設置高3.0m的漿砌塊石擋墻。

(2)內側坡2 375～2 400m高程布設間距2.5m的混凝土框格梁，節點布置錨筋束3φ25，L=9.0m；2 394m和2 399m高程各布置一排錨索共13根(L=20m，P=1000kN，間距5.0m)；2 400m高程以上布設間距2.5m的混凝土框格梁，節點布置錨桿(φ25，L=6.0m，梅花形布置)。

(3)下游側坡繼續按2009年5月的設計通知執行。

6 監測成果分析

(1)導流(放空)洞閘門井邊坡布設了4套三點式位移計：P1(孔口)、P2(5m)、P3(17m)，從監測成果和物理量過程線變化規律分析，位移量小，未見異常。

(2)導流(放空)洞閘門井邊坡埋設10支測縫計：J1、J2、J3、J4-1、J4-2、J5、J6、J7、J8-1、J8-2。從監測成果和物理量過程線變化規律分析，測得最大開合度是J3為-9.4mm，與上月-9.4mm對比保持一致，沒有出現異常開裂。

(3)導流(放空)洞閘門井邊坡埋設3支錨索測力計：PR1、PR2、PR3。從監測成果和物理量過程線變化規律分析，成果線呈水平走勢，錨索張力損失小，未見異常。

綜合以上監測成果資料分析，導流(放空)洞閘門井邊坡目前處于穩定狀態。

7 結 語

(1)上游側坡及內側坡裂縫開裂，是由于邊坡巖體風化卸荷強烈，巖體強度較低，自穩能力差，在長期自重作用及雨水作用下自然產生的開裂變形，邊坡穩定性主要有巖體強度控制，邊坡穩定性較差。

(2)下游側裂縫一方面是由于邊坡表淺層巖體風化卸荷強烈，強度較低，自穩能力差，在雨水長期作用下有可能產生開裂變形；另一方面是巖層層面陡傾閘門井，邊坡為順向坡，層面可能產生蠕滑變形，邊坡整體穩定性較差。

(3)邊坡支護處理至今已兩年有余，各種監測數據表明，邊坡無異常變形跡象，邊坡穩定。