洞松水電站引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因分析及處理

付書(shū)鵬

（四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都611731）

洞松水電站引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因分析及處理

付書(shū)鵬*

（四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都611731）

對(duì)洞松水電站引水隧洞5#支洞的工程概況和洞臉邊坡工程地質(zhì)條件進(jìn)行了相應(yīng)的說(shuō)明。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘對(duì)引水隧洞5#支洞洞臉邊坡變形、垮塌原因進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)垮塌的工程處理措施。

引水隧洞5#支洞洞臉邊坡；變形；垮塌處理

1　工程概況

洞松水電站工程是碩曲河水電規(guī)劃梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案的第四個(gè)水電站，其上游梯級(jí)為擬建的鄉(xiāng)城水電站，下游梯級(jí)為擬建的格龍水電站。本工程位于碩曲河中下游段鄉(xiāng)城縣的尼斯鄉(xiāng)及洞松鄉(xiāng)境內(nèi)，首部樞紐位于鄉(xiāng)城大橋下游1.1～1.8km河段內(nèi)，發(fā)電廠房位于洞松鄉(xiāng)卡心大橋橋頭附近，距上游鄉(xiāng)城縣城約30km，其中壩址到黑達(dá)溝段約26km有鄉(xiāng)城—香格里拉的省級(jí)公路通過(guò)，黑達(dá)溝到廠址段約4km為鄉(xiāng)級(jí)公路，交通較為方便。

該電站為低閘壩引水式開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)正常蓄水位2754.0m，閘前壅水高16.5m，正常蓄水位以下庫(kù)容約154×104m3，引用流量 103.5m3/s，利用最大落差221.9m，電站裝機(jī)180MW。工程主要水工建筑物有：攔河閘壩、進(jìn)水閘、引水暗涵、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地面廠房等。

5#支洞位于下壩橋下游約650m，碩曲河右岸、鄉(xiāng)城縣青麥鄉(xiāng)對(duì)岸，與引水線路主洞相交樁號(hào)為S11+ 254.53。

已施工的5#支洞掛口與主洞軸線相交。支洞為城門洞型，斷面5.7m×5.85m，進(jìn)口底板高程2694.80m，與引水主洞相交底板高程 2699.330m；支洞全長(zhǎng)336.76m，已全部貫通并進(jìn)入主洞上、下游，主洞已進(jìn)尺600余米。受2009年7月5日以后暴雨影響，5#支洞進(jìn)口洞臉邊坡崩坡積堆積體于8月2日5時(shí)產(chǎn)生了垮塌，體積約0.8×104m3。把已竣工的5#支洞進(jìn)口全部堵塞，造成5#支洞施工停工。

2　地質(zhì)構(gòu)造

工程區(qū)位于區(qū)域性鄉(xiāng)城斷裂（F50）與索讓斷（F48）所夾的斷塊之間，層間擠壓破碎帶和次級(jí)小斷層發(fā)育。掛口位置距鄉(xiāng)城斷裂約450m，距鄉(xiāng)城斷裂分之?dāng)鄬觙55距離約60m。

①鄉(xiāng)城斷層（F50）。主體位于碩曲河左岸，向北沿N5°E至中村之南轉(zhuǎn)為N30°W延伸，向南沿S5°E蜿蜒南伸，經(jīng)黑達(dá)至小雪山，長(zhǎng)度大于76km。斷層西盤(pán)為嘎寺組（T3q）和圖姆溝組（T3t），東盤(pán)為圖姆溝組（T3t）和拉納山組（T3l）。斷層傾向西，傾角70°～90°。斷層破碎帶主要由角礫巖、碎裂巖、糜棱巖及斷層泥組成，寬度約40～60m，膠結(jié)較好，往往出現(xiàn)礦化現(xiàn)象。距壩址約1km。據(jù)斷層泥ESR法測(cè)齡資料，最新活動(dòng)時(shí)期為（23±2.1）Ma。

②索讓斷層（F48）。走向N15°W，由索讓向南經(jīng)尼色壅、鄉(xiāng)城、色格至中牛東側(cè)與鄉(xiāng)城斷層合并。在龍門被NE向的龍門斷層右行錯(cuò)開(kāi)，長(zhǎng)約70km，斷層帶寬35～50m，產(chǎn)生于曲嘎寺組和圖姆溝組之間，斷面主要傾向西，部份地段傾向東，斷層破碎帶主要由角礫巖、碎裂巖、糜棱巖及斷層泥組成。斷層在洞松鄉(xiāng)政府下游附近穿過(guò)碩曲河，對(duì)梯級(jí)引水線路有一定影響。據(jù)斷層泥ESR法測(cè)齡資料，最新活動(dòng)時(shí)期為（61±5.8）Ma。

③f55。鄉(xiāng)城斷層分支斷層f55：產(chǎn)狀N20°～30°W/ NE∠50°～68°，其走向基本上與引水隧洞軸線平行，延伸長(zhǎng)度約3km，破碎帶寬度約5～10m，斷層中多為碎裂巖為主，局部為角礫巖、糜棱巖及斷層泥，帶內(nèi)擠壓錯(cuò)動(dòng)痕跡明顯，影響帶寬度約8～15m，為一壓性逆斷層。

工程區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造裂隙4組，見(jiàn)表1。

表1　支洞區(qū)構(gòu)造裂隙特征表

經(jīng)四川省地震局批復(fù)的《四川省碩曲河洞松水電站工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》，本工程壩、廠址區(qū)未來(lái)50年超越概率10%的基巖水平峰值加速度為102cm/s2和71cm/s2，相應(yīng)的地震基本烈度為6.9度和6.8度，故工程壩址、廠址地震基本烈度為Ⅶ度。工程區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性較差。

3　地層巖性

5#支洞出露地層主要有三疊系上統(tǒng)圖姆溝組（T3t8、T3t9）和第四系堆積層（Q）。巖層產(chǎn)狀：N5°～25° E/NW∠55°～65°，傾向碩曲河右岸坡內(nèi)。

T3t8：淺灰色泥質(zhì)板巖夾變質(zhì)砂巖。

T3t9：淺灰白色變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖夾少量炭質(zhì)板巖。

Q4col+dl：塊碎石夾粉質(zhì)粘土，土中局部含砂質(zhì)較重。

4　物理地質(zhì)現(xiàn)象

區(qū)內(nèi)物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化、卸荷及崩塌。區(qū)內(nèi)巖石以軟質(zhì)巖泥質(zhì)板巖與砂質(zhì)板巖互層，夾少量砂巖及灰?guī)r透鏡體，巖體強(qiáng)、弱風(fēng)化帶厚度為12～18m、20～30m。強(qiáng)卸荷帶的水平寬度約25～35m。

經(jīng)證實(shí)，早期功能鍛煉有利于重癥患者的恢復(fù)[11]。10月13日，患者神志清楚，病情允許在床上進(jìn)行活動(dòng)，肌力評(píng)估為Ⅲ級(jí)。終止鍛煉標(biāo)準(zhǔn)同上。鍛煉從大關(guān)節(jié)開(kāi)始：上肢屈伸10次/組，每日兩次；下肢屈膝蹬腿10次/組，每日兩次；床上端坐位10 min/次，每日兩次。每日對(duì)肌力進(jìn)行評(píng)估并記錄。機(jī)械通氣第5天起以主動(dòng)運(yùn)動(dòng)為主，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)為輔。主動(dòng)運(yùn)動(dòng)：拉皮筋鍛煉；床上端坐位15 min/次，每日兩次；上肢屈伸10次/組，每日兩次；下肢屈膝腳尖內(nèi)收10次/組，每日兩次；屈膝蹬腿10次/組，每日兩次；直腿抬高、支腿外展5次/組，每日兩次。

5　水文地質(zhì)條件

工區(qū)降水較少，降水量年內(nèi)分配極不均勻，多年平均蒸發(fā)量大于降水量，地表水主要由高山積雪融化補(bǔ)給。根據(jù)地下水的賦存條件和運(yùn)動(dòng)特征，地下水分為：孔隙潛水和基巖裂隙水2類。

孔隙潛水主要賦存于第四系松散堆積層中，主要在河床、漫灘砂卵石層中，含水較豐。受大氣降水或上游地下水補(bǔ)給，向碩曲河排泄。

基巖裂隙水分布于三疊系圖姆溝組的變質(zhì)砂巖地層中，由于工區(qū)內(nèi)巖層傾角較陡，地下水主要受大氣降水補(bǔ)給，排泄溝谷內(nèi)，故地下水埋藏深度較大，經(jīng)調(diào)查，未見(jiàn)泉水出露。

引水隧洞區(qū)溝水為硫酸重碳酸鈣鎂水，對(duì)普通砼存在硫酸型弱腐蝕；其它地表水為重碳酸鈣鎂（HCO3-Ca·Mg）型水，對(duì)任何水泥拌制的砼均無(wú)腐蝕性。

6　5#支洞洞臉邊坡工程地質(zhì)條件

已施工的5#支洞進(jìn)口邊坡高程2900.00m以上基巖裸露，邊坡陡峻，自然邊坡坡角60°～65°，以上坡角40° ～50°；由三疊系上統(tǒng)圖姆溝組工區(qū)第八、九層之砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖組成。巖層產(chǎn)狀N5°～25°E/NW∠55°～65°，巖層傾向碩曲河右岸坡內(nèi)。高程2900.00m以下自然邊坡坡度40°～50°，地表覆蓋崩、坡積層之孤塊碎石土，孤塊碎石主要成分為變質(zhì)砂巖、砂質(zhì)板巖、泥質(zhì)板巖，直徑一般3～10cm，大者達(dá)5m，含量80%～85%；土為粉質(zhì)粘土，局部含砂質(zhì)較重。覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，局部見(jiàn)架空結(jié)構(gòu)，一般中上部厚度8～10m，中下部厚度10～15m。基巖臥坡坡角32°～48°。下伏基巖為三疊系上統(tǒng)圖姆溝組工區(qū)第八層之泥質(zhì)、炭質(zhì)板巖。巖體強(qiáng)、弱風(fēng)化帶厚度分別為12～18m、20～30m（支洞開(kāi)挖揭示強(qiáng)、弱風(fēng)化帶水平寬度分別為18m、38m）。其中強(qiáng)風(fēng)化帶巖體受重力作用發(fā)生了傾倒變形，傾倒后巖層產(chǎn)狀N5°～25°E/SE∠25°～55°。

5#支洞進(jìn)口洞臉后邊坡2900m以下，地貌上為一鼻梁狀山脊，為崩坡積體組成脊?fàn)钚逼隆＜蛊聝蓚?cè)10～30m分別發(fā)育小沖溝，沖溝短，長(zhǎng)600～800m，溝內(nèi)基巖裸露，沖溝內(nèi)常年干枯，只在雨季有溝水，平時(shí)無(wú)溝水。沖溝內(nèi)局部段見(jiàn)基巖板巖，巖層產(chǎn)狀N10°～25° E/NW∠25°～30°，巖體已生傾倒變形。

該崩坡積堆積體順坡向長(zhǎng)度約200m，橫向?qū)挾?0～80m，覆蓋層厚度8～15m，平均厚度約10m，總體積約13.0×104m3。

5#支洞洞口開(kāi)挖掛口后，在崩坡積堆積體前切腳，形成高約15m、坡角70°～75°的邊坡，施工中已采取相應(yīng)噴護(hù)處理；開(kāi)挖邊坡頂高程2710.00m，設(shè)有寬2m的馬道，并設(shè)置有高度約4m的防護(hù)欄；2710.00m以上開(kāi)挖高度約10～15m，開(kāi)挖坡比1∶0.75。同時(shí)施工單位在高程約2735.00m處做了一截水溝，截水溝未做成漿砌石截水溝或砼溝。開(kāi)挖后未采取支擋加固處理措施。2009年7～8月正直雨季，特別是7月2～12日，連降小—大雨，造成土溝集水并下滲，同時(shí)由于開(kāi)挖邊坡陡，并且邊坡只進(jìn)行了砼噴護(hù)，未進(jìn)行掛網(wǎng)、錨桿處理，表層結(jié)構(gòu)松散的土層邊坡發(fā)生局部變形垮塌，方量小于5m3。施工方對(duì)其邊坡、支洞前30m進(jìn)行了變形觀測(cè)，其開(kāi)挖邊坡8#觀測(cè)點(diǎn)變形最大，從7月5～9日，累計(jì)變形量達(dá)ΔX=-72mm、ΔY=-16mm、ΔH=-38mm。而開(kāi)挖支洞經(jīng)監(jiān)測(cè)未發(fā)生變形。7月24日～8 月1日，為小—暴雨，其中8月5日碩曲河最大流量大于500m3/s，卡心村橋左橋臺(tái)在8月2日被沖毀。

受暴雨影響，7月2～10日，5#施工支洞洞頂邊坡出現(xiàn)洞臉邊坡小面積垮塌現(xiàn)象，山坡溜石滾下將防護(hù)山坡滾石的防護(hù)網(wǎng)砸壞和部分機(jī)械設(shè)備砸壞。業(yè)主、設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、施工四方查勘現(xiàn)場(chǎng)并對(duì)邊坡召開(kāi)了專題會(huì)議，并確定了具體的處理、監(jiān)測(cè)、邊坡巡視和機(jī)械設(shè)備搬遷等方案。7月31日，洞臉后邊坡在高程2760處出現(xiàn)一張開(kāi)裂縫，張開(kāi)寬度一般1～3cm，最大達(dá)5cm，延伸長(zhǎng)度約6m，并有向兩沖溝發(fā)展趨勢(shì)。8月1日，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工四方再次到現(xiàn)場(chǎng)巡查，發(fā)現(xiàn)該裂縫已向兩側(cè)沖溝延伸，長(zhǎng)度約15m，張開(kāi)寬度一般1～5cm，局部達(dá)7～10cm，可見(jiàn)深度0.1～0.3m。經(jīng)過(guò)研究決定，5#支洞暫停施工，并立即將洞口設(shè)施、材料及設(shè)備撤離。8月2日凌晨5時(shí)5#支洞進(jìn)口后邊坡崩坡積之孤塊碎石土層發(fā)生表層垮塌，未造成人員、設(shè)備損失。將已竣工的5#支洞洞口全部堵塞，部分孤塊石滾入碩曲河中。表層覆蓋層垮塌后，地表呈一錐形，據(jù)平面地質(zhì)測(cè)繪，本次垮塌順坡長(zhǎng)度約90m，垮塌范圍高程為2692.0～2780.0m，橫向?qū)挾?0～45m，垮塌厚度1～5m，平均厚度約3m，體積約0.8×104m3。

7　崩坡積堆積體穩(wěn)定分析

目前崩坡積孤塊碎石土組成的支洞后邊坡整體處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，表層發(fā)生了垮塌，在暴雨的繼續(xù)影響下，將有繼續(xù)垮塌的可能。發(fā)生目前表層垮塌的主要原因?yàn)椋海?）塊碎石土自身結(jié)構(gòu)松散、不均一，邊坡較陡；（2）現(xiàn)7～8月正值雨季，受暴雨影響，雨水長(zhǎng)期下滲（包括截水溝）降低了孤塊碎石土體抗剪指標(biāo)（特別是近段時(shí)間，暴雨連續(xù)，碩曲河流量達(dá)550m3/s以上，廠房卡心大橋左岸橋臺(tái)也被沖毀）。另外支洞進(jìn)口開(kāi)挖邊坡，造成切腳，對(duì)開(kāi)挖邊坡未進(jìn)行支擋處理和洞身施工放炮振動(dòng)影響也間接造成了該覆蓋層堆積體的垮塌。

根據(jù)堆積體形態(tài)，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算方法采用推力傳遞系數(shù)法。

采用崩坡積之塊碎石土與基巖接觸面的抗剪強(qiáng)度φ=30°，C=0.06MPa，天然密度為2.15g/cm3，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，其天然穩(wěn)定系數(shù)K=1.0，覆蓋層邊坡整體屬臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

采用傾倒變形體的抗剪強(qiáng)度φ=25°，C=0.1MPa，板巖天然密度為2.68g/cm3，進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，其天然穩(wěn)定系數(shù)K=1.1，變形傾倒體屬穩(wěn)定狀態(tài)。

8　建議處理措施

（1）根據(jù)5#支洞進(jìn)口后邊坡崩坡積堆積體目前的穩(wěn)定現(xiàn)狀，在暴雨作用下有繼續(xù)垮塌的可能，因此為保證5#支洞施工期的安全，建議采取對(duì)高程2900.00m以下的孤塊碎石土全部清除并對(duì)2900.00m以上巖體邊坡的危石進(jìn)行清理。

（2）對(duì)清除覆蓋層后由傾倒變形體（強(qiáng)風(fēng)化巖體）組成的支洞進(jìn)口高邊坡，應(yīng)根據(jù)清除覆蓋層后的基巖邊坡，巖體的完整程度，采取相應(yīng)錨桿支護(hù)、掛網(wǎng)、網(wǎng)噴砼加固、支擋等護(hù)坡工程處理措施。

（3）建議設(shè)置相應(yīng)的截水溝，排除地表水對(duì)邊坡的影響。

（4）建議對(duì)后邊坡設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，在施工期間進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

（5）建議對(duì)5#支洞進(jìn)口平臺(tái)以下的碩曲河邊，采取相應(yīng)的支擋措施，嚴(yán)防河水掏刷切腳引起進(jìn)口平臺(tái)外的棄渣斜坡變形。

（6）支洞改線：根據(jù)5#支洞進(jìn)口上、下游地形地質(zhì)條件，若采用另重打一支洞與現(xiàn)已成支洞相接的話，已成5#支洞進(jìn)口下游側(cè)崩坡積堆積層厚度大于25m，距已成洞較近，但不具備掛口進(jìn)洞條件。如向下游移到基巖出露，則移動(dòng)水平距離約200m可在基巖中掛口，即重新打一支洞，其長(zhǎng)度約450m，洞室圍巖與現(xiàn)5#支洞基本一致。如將5#支洞掛口向上游移動(dòng)，其水平移動(dòng)距離必須大于130m才能有合適的掛口位置，且改線支洞長(zhǎng)度將大于200m，并與5#支洞相接，圍巖類別為Ⅳ2-Ⅴ類圍巖；同時(shí)施工道路將增長(zhǎng)130m左右并位于該崩坡積堆積體下部和經(jīng)過(guò)上游沖溝，仍存在施工安全問(wèn)題。建議設(shè)計(jì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，并根據(jù)結(jié)果采取相應(yīng)施工方案。

U45

B

1004-5716（2016）05-0198-04

2015-05-19

2015-05-21

付書(shū)鵬（1988-），男（漢族），四川江油人，助理工程師，現(xiàn)從事工程地質(zhì)勘察技術(shù)工作。