阿爾塔什水利樞紐工程高邊坡危巖體治理方案

許 德 順， 李 亞 軍， 栗 浩 洋

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066；2.四川大學 水利水電學院, 四川 成都 610065)

1 概 述

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流中游段，是葉爾羌河流域第9個梯級規劃電站。工程壩址右岸為坡度呈50°～70°、最大高度達610 m的超高陡邊坡，且分布著多達31個散布型危巖體需進行處理，其處理寬度達400 m，總面積達6.91萬m2，總處理方量達23.61萬m3，對壩址區域施工工作的安全開展造成了極大的威脅。

該工程右岸較大邊坡的高度和陡度以及龐大的危巖體方量使其處理難度遠遠超過國內已完成的類似危巖體處理工程。因此，有必要對右岸高陡邊坡危巖體群的加固施工進行深入研究，以保障壩址區施工的安全順利進行。工程技術人員在對右岸危巖體進行穩定性和破壞模式分析的基礎上，提出了將W1～W31總計31個危巖體區域進行區域歸類并分期處理的施工方案。同時，采用索道運輸技術、錨桿加固技術、爆破開挖技術對危巖體進行處理，以期達到節約成本、提高效率、保證安全的施工目標。

2 對危巖體的狀況進行分析與統計

2.1 危巖體的破壞模式

根據前期對地質結構進行勘測取得的結果，可以將右岸邊坡31個危巖體區域的破壞模式分為兩大類，即楔形體失穩破壞和單滑體失穩破壞。

(1)楔形體失穩破壞。

楔形體主要是由多組不同產狀的結構面相互組合切割而成。楔形體破壞在W1～W9以及W14危巖體區域內均可見到。

(2)單滑面失穩破壞。

在單滑面失穩破壞模式中，危巖體的底滑面一般是以卸荷裂隙為主，而臨空面一般是因兩側邊坡崩塌或沖蝕形成。此外，當邊坡堆積物兩側有沖溝形成的山脊時，其破壞模式類似。

2.2 危巖體的分區統計

右岸邊坡危巖體在空間上的分布較為分散，且因邊坡高陡，施工道路布置極為困難，能夠提供給施工人員和機械作業的平臺很少。為實現對危巖體群的有序高效處理，工程技術人員將31個危巖體進行了歸類劃分并統計了相應的方量。

(1)危巖體分區。

分區劃分原則主要從兩個方面考慮：一是危巖體與水工建筑物之間的相對位置，二是危巖失穩后造成的危害。基于以上原則，將右岸高陡邊坡危巖體群在空間位置上分為A、B1、B2、C四個區域。同時，按照危巖方量的大小將危巖區域劃分為用黑線圈出的大方量危巖體和用白線圈出的表層小塊石體(圖1)。

圖1 右岸高邊坡危巖體分區劃分示意圖

A、B1、B2、C四個區域危巖特征如下：

A區：主要從壩軸線開始往下游，危巖體失穩、垮落后主要影響水利樞紐右岸布置的深孔泄洪洞與發電洞洞口。

B1區：主要是大壩軸線到面板邊坡趾板線起點，該部分危巖體失穩、垮落后，由于距離面板位置較高，將對大壩面板造成嚴重的危害。

B2區：主要位于面板壩趾板線以上到水庫正常蓄水位之間的邊坡上，該區域危巖體失穩后的危害小于B1區。

C區：系從面板壩上游壩坡坡腳向上游的邊坡范圍內，該區內分布的危巖體失穩后，不會對水利樞紐中主要建筑物造成太大的影響，所掉落的塊體主要掉落在水庫中，規模較大的危巖體失穩可能會引起水庫涌浪事故。

(2)危巖體方量的估算。

對各區的危巖體進行了詳細的調查與測量，對各區內的危巖體詳細位置、方量進行了估算，其結果如表1所示。

表1 壩址右岸高邊坡危巖方量統計表

由表1可以看出：B1劃分區域包含18個危巖區，總方量超過44萬m3，同時，該區域危巖處于面板上方，失穩滑落后對壩體防滲面板威脅巨大，是危巖體處理工作的重點。

3 危巖體治理及采取的施工方案

3.1 危巖體治理方案

在充分考慮了各危巖體分布位置、危巖方量、失穩后果等因素后，對其中危險性高、處理難度大的部分危巖體制定了以下處理方案。

(1)B1區W1～W9。

W1～W9危巖體位于右岸邊坡頂部，失穩方式主要以孤石和危巖的垮落為主，對壩體及面板施工安全威脅較大，故需進行徹底挖除。

(2)B1區W17～W18。

W17和W18以孤石垮落為主，巖體垮落會對工程運行期造成較大威脅，需全部進行挖除。其中，W18主要為崩落巖體堆積區，以大塊石為主。處理時，考慮在基腳處采取弱爆破后，再對滑落區域進行處理即可。

(3)B1區W19(20)～W21。

W19(20)是右岸高邊坡中發育規模最大的一個危巖體，出露面積達22 319 m2，卸荷裂隙十分發育，有可能發生沿卸荷裂隙與層面的楔形體破壞。在根據現場探查和對比類似工程情況后，考慮使用全斷面表層開挖，然后用錨索和錨桿加固的處理方法進行處理。W21危巖體較為破碎，開挖時控制的重點在于控制爆破參數，避免次生危巖的產生。

(4)B1和C區W22～W24、W31、W25、W27。

W22～W24本身裂隙發育程度高，破碎程度較大。危巖體的處理方式主要為開挖，以使其達到平順后結合斷層的處理方式，在對斷層進行加固處理時支護促其穩固。

W25以及W27危巖體的破壞模式主要是以結構面相互切割形成的塊體破壞模式為主，因此，主要采取清除表面危巖孤石，然后采用系統錨噴支護以及錨索結合框格梁進行支護。

W27和W31危巖體均位于大壩趾板附近，且部分危巖體已經嵌入趾板開挖區域內，因此，根據現場踏勘了解到的實際情況，結合趾板施工要求，在對這兩塊危巖體進行全部開挖清除后再對開挖后的次生危巖體區進行錨索加固或錨桿支護。

(5)W11～W16、W30危巖體。

W11～W16、W30危巖體的形式主要為邊坡崩落堆積和結構面切割而成的不穩定巖體，其破壞模式以塊體失穩為主，因此，在處理過程中，對表面危巖孤石進行完全清理即可。

危巖體群的治理方案見圖2。

3.2 危巖體治理采取的施工方案

(1)危巖體施工的開挖分期。

根據危巖體的空間分布特點以及施工條件，將具體的危巖體施工開挖分為4期：第1期為B1區W1至W9危巖體，第2期為B1區W17和W18危巖體，第3期為B1區W19(20)、W21危巖體，第4期為B1和C區W22、W23、W24、W27和W31危巖體。對于W10～W16、W26、W28～W30危巖體，由于其方量較小且未位于壩體的正上方，故對其不進行處理。

圖2 右岸邊坡危巖體群治理施工對策示意圖

(2)索道運輸方案。

為了解決因邊坡高陡原因造成的施工難度大問題，結合地形特點后最終決定采用索道施工技術進行危巖體處理。索道下錨點設置在左岸壩軸線附近范圍，下錨點和卷揚機設置在1 686 m高程平臺上，將卷揚機上料平臺布置在左岸河灘部位約1 670 m高程。該工程共布置了8條運輸索道，其中一條(1#)設計運載量為10 t，其余七條(2#～8#)設計運載量為2 t。

索道在空間布置上應盡量覆蓋到每一塊危巖體施工區域，其中，由于W19(20)危巖體處理工程量極大，考慮布置三條索道進行覆蓋，其中一條為10 t重型索道，負責材料和施工機械的運輸任務。

(3)爆破開挖方案。

在對危巖體進行爆破清除施工中，主要采取淺孔爆破和深孔爆破兩種方式。淺孔爆破主要用于W1～W9及其他危巖體的開口部位。但是，由于這些部位距離坡腳高度均在600 m以上，因此要重點考慮爆破飛石產生的影響。深孔爆破主要針對以W19(20)為代表的開挖方量大的危巖區域，在深孔爆破中要注意減少由爆破沖擊產生的次生危巖。

在具體的爆破開挖工程施工中，具體的爆破參數、爆破方法的確定一般依據爆破設計和現場進行試驗，將實際效果與預期結果對比后進行方案的調整優化，根據調整的數據，嚴格控制施工質量，以減少爆破對邊坡巖體的破壞，保證施工安全。

淺孔和深孔的爆破參數見表2。

表2 淺孔和深孔爆破參數表

此外，為避免因爆破產生的飛石給下方作業面造成損害，對爆破產生的飛石距離進行了計算，同時，在爆破過程中采取弱松動爆破、增長堵塞長度、對炮區覆蓋炮被等措施控制飛石距離。

4 結 語

工程技術人員結合地勘資料，對危巖體的失穩破壞模式進行了分析，采取了有針對性的施工開挖處理方案，所取得的主要成果如下：

(1)對勘察到的31塊危巖體失穩模式進行了定性分析，采取整體開挖、部分開挖、主被動網支護和錨索錨桿支護等施工手段進行了處理。

(2)結合危巖體與水工建筑物的相對位置，依據自上而下的施工順序和危巖體高程位置將危巖體群分為4期進行處理，針對分期和分區結果采取不同的施工治理對策，為危巖體群的開挖支護提供指導。

(3)在危巖爆破施工中，通過大量生產性爆破試驗，確定出一套符合該工程的爆破參數，有效地控制了爆破飛石對相鄰施工工作面的影響，節約了施工成本。處理過程中基本未再次生成次生危巖，保證了施工安全。

(4)采用索道取代重型機械設備道路進行材料運輸，在節約成本的同時提高了施工效率。整個危巖體的處理工期比設計預計工期提前2.5個月。危巖體治理工程的提前完工，為保證大壩施工總體進度奠定了基礎。