某抽水蓄能電站下水庫進出水口邊坡開挖巖體變形分析與處理

單海年

（南瑞集團有限公司，江蘇省南京市 210003）

0 引言

某抽蓄電站下水庫系利用低緩開闊的河流Ⅰ級階地和山麓剝蝕殘丘開挖而成，庫盆基巖主要為侏羅系弱風化凝灰巖。下庫進/出水口環庫公路以上正面邊坡凝灰巖完整性較差，風化程度較深，存在多條蝕變破碎夾泥帶；節理走向凌亂，往各個方向均有延伸，較多節理跟坡面走向一致，形成光面，泥化夾層與節理密集帶較發育[1]。

下水庫巖體完整性差，在邊坡巖體下臥開挖期間，巖體存在較大變形，持續超設計警戒值變化；后期出現了環向剪切面，頂部裂縫寬度接近3cm。為確保工程安全，在安全監測數據成果分析基礎上，增設了錨筋樁、錨索、網格梁及貼坡混凝土等支護措施。后期開挖過程中，變形得到有效控制，從而確保了工程的安全。

1 進出水口邊坡支護設計

下水庫進出水口邊坡坡頂為開挖平臺，環庫公路邊坡最大高度29.4m，在高程39.7m處設一級馬道；環庫公路以下邊坡坡高27.6m，在高程20m和高程12.5m各設一級馬道[2]。邊坡體除系統錨桿外，施工期根據現場揭露與安全監測反饋情況及時進行了相關設計調整（見圖1），確保巖體穩定。

（1）下水庫進出水口邊坡于2011年2月12日開始開挖，2012年12月11日尾水隧洞漸變段開挖支護，2013年4月1日進出水口邊坡開挖結束。

（2）高程39.7m以上邊坡開挖過程中多處發生塌滑變形，設計放緩了開挖坡比，由1：0.75調整為1：1.5，并采用客土噴播支護。

（3）岸1+775m～1+808.95m、高程39.7～25.6m段，凝灰巖輕微～中等蝕變，傾向坡外的裂隙較發育，邊坡在開挖支護過程中出現多次局部塌落現象，進行了鋼筋混凝土置換或貼坡處理，并增加了3排預應力錨索。

（4）岸1+651.6m～1+775m段、高程25.6m以下段，發育兩條規模較大的凝灰巖蝕變帶，寬度分別為20m及38m左右，受此影響，邊坡巖體破碎，泥化明顯，呈碎裂～散體結構，邊坡穩定條件差，施工進行了刻槽置換混凝土+鋼筋混凝土貼坡+系統錨索等綜合治理措施。

（5）進出水口正面坡在開挖過程中，受開挖卸荷影響，高程55m平臺出現拉張裂縫，為確保邊坡穩定，在環庫公路以上布置了混凝土框格梁+3排系統錨索，在環庫公路以下布置了5排（局部為3排）系統錨索[3]。

（6）增加支護工程量見表1。

表1 增設支護工程量統計表Table 1 Statistical table of additional support works

圖1 下水庫進、出水口邊坡典型剖面支護圖（調整后）（單位：mm）Figure 1 Typical profile support diagram for the slope of the inlet and outlet of the lower reservoir （adjusted）（unit：mm）

2 邊坡體安全監測設計

進出水口邊坡安全監測項目主要為內部變形和支護應力[4]。5-5典型監測斷面設計情況為：布設3套多點位移計和1個測斜孔監測邊坡巖體內部變形，布設6支錨桿應力計監測錨桿支護應力，沿邊坡不同高程設置了3個地下水位孔；2012年底在觀景平臺（▽55m）位置發現2條平行于邊坡向的裂縫，因此增設了2支測縫計，具體布設見圖2[5]。

圖2 下水庫進、出水口監測斷面布置圖（單位：mm）Figure 2 Layout of inlet and outlet monitoring cross-sections of the lower reservoir（unit：mm）

3 進出水口邊坡安全監測資料分析成果

3.1 多點位移計

5-5 斷面的多點位移計監測成果表明，2012年8月前環庫公路上方開挖時期，35m高程的邊坡巖壁最大位移量不超過18mm，且變形趨勢相對較緩。公路以下邊坡開挖卸荷后，該高程巖體再次出現加速變形，月最大日均變形速率達0.48mm/d，遠超出設計日均變形速率警戒值（警戒值為0.15mm/d）；在2012年底及2013年初期間受下臥開挖以及①尾水主洞出口段開挖影響，該部位巖體持續呈超設計警戒值增長狀況，2013年1月春節期間，開挖施工暫停，但該部位的日均變形速率仍達0.18mm/d，可見開挖施工對其造成的影響較甚，正因該部位的圍巖變形持續不能趨穩、收斂且出現多條裂縫，后增設相應的錨筋樁、錨索、網格梁以及貼坡混凝土等支護措施；2013年4月①尾水主洞出口段開挖全部完成，且支護措施以及邊坡體后期增設的支護措施基本實施完成，此時圍巖變形開始趨緩，5月日均變形速率降至0.08mm/d，可見該部位整體支護措施對圍巖維穩發揮了很好的作用，此時該高程巖壁最大累計位移達到65.3mm，目前累計位移為72.6mm。

環庫公路下方邊坡開挖時期，下部邊坡巖體變形量相對稍大，開挖基本完成時，19.6m高程巖壁最大累計位移量達到64.7mm左右，占到總位移量的89.7%。開挖過程中的巖體變形速率也較高，2012年12月上半月日均變形速率曾一度達到1mm/d，主要受①尾水主洞出口段開挖影響；隨著開挖結束以及相應支護措施的跟進，巖體才趨于平穩。目前此部位最大累計位移量為72.1mm。邊坡內部變形沿孔深方向的量值逐漸減小，整體符合正常規律，同時也說明此處邊坡主要是在淺層一定深度范圍內發生變形，深部巖體相對穩定[6]。

5-5 斷面巖體（孔口）月變形速率統計見表2，5-5斷面多點位移計測值過程線見圖3。

表2 5-5斷面巖體（孔口）月變形速率統計表Table 2 Monthly deformation rate statistics for rock bodies （orifices）in section 5-5 mm/d

圖3 5-5斷面多點位移計測值過程線圖Figure 3 5-5 cross-sectional multipoint displacement gauge process line

3.2 測斜孔

測斜孔在邊坡巖體出現裂縫后增設，由于儀器安裝較晚，此時邊坡開挖支護已基本完成，巖體變形未見趨勢性變化，主要受環境因素影響。目前變形在20mm以內變化，變形趨勢保持平穩（見圖4）。

圖4 斷面測斜孔絕對位移歷時過程線圖Figure 4 Absolute displacement process line of the measured inclined hole

3.3 結合縫

從55m高程觀景平臺測縫計監測成果（見圖5）可知，2013年1月12日埋設儀器開始監測后，隨著①尾水主洞出口段的進一步開挖，縫隙開度也逐漸增大，同年4月26日一度達到4.9mm，由于此時段處于溫升季節，因此基本上裂縫開度擴大主要是由于邊坡持續變形造成。當開挖和支護完成后，裂縫變形也趨于平穩，后期主要是受季節性溫度影響而有小幅波動，符合正常規律。目前該部位兩條裂縫的開度均為4mm左右。

圖5 5-5斷面55m高程裂縫變形測值過程線Figure 5 5-5 cross-section 55m elevation fracture deformation measurement process line

3.4 支護應力

斷面錨桿支護應力主要發生于開挖期間，受下臥開挖影響明顯，隨著開挖結束，應力即趨穩，目前應力測值在220MPa以內，主要受環境因素影響。支護應力測值過程線見圖6。

圖6 5-5斷面錨桿支護應力測值過程線Figure 6 5-5 section anchor support stress measurement process line

4 關于施工期間進出水口邊坡巖體裂縫情況

2012年12 月，受進出水口下臥開挖及尾水主洞末端開挖綜合影響，期間邊坡巖體變形持續增長，影響較大，持續時間較長；現場巡視發現在觀景平臺、自流水排水洞、尾水隧洞出口段有裂縫，裂縫較大，且存在貫穿性的裂縫；其中，觀景平臺出現了3條通長的縫，裂縫最大裂縫寬度達到3cm；尾水主洞出口段有30m長一段裂縫較多，且存在環向斜向下的剪切裂縫。通過同時期、多部位存在的裂縫及其產狀，分析進水口邊坡深層巖體產生位移，且內部可能已經存在了滑動面，2012年12月，新增了60m與70m長錨索、錨筋樁及網格梁等加固支護措施；2013年4月，邊坡開挖結束及支護措施實施后，該部位巖體變形立即開始趨穩。裂縫平面展示圖如圖7所示。

圖7 下水庫進出水口裂縫平面展示圖Figure 7 Plan view of the lower reservoir inlet and outlet fractures

5 進出水口邊坡發生較大變形及深層滑動原因分析

（1）下水庫進出水口邊坡巖體破損，完整性較差，巖體節理發育，傾向庫盆內、延伸長，開挖期間，巖體向臨空面變形明顯，受開挖爆破和卸載影響較大。

（2）庫底巖體差，巖體為Ⅲ2類與Ⅳ1類、夾泥節理發育，巖體腳不穩，不能很好地約束巖體變形。

（3）邊坡高，最大邊坡高度達到70m。

（4）尾水主洞貫穿于邊坡底部，兩者同步開挖，更易引起深層巖體變形。

（5）邊坡初期支護措施未考慮深層支護，致使深層巖體變形未能得到有效抑制。

6 處理措施

（1）動態設計、動態支護，及時調整支護參數，確保邊坡體穩定。

（2）增設錨索、網格梁支護措施，確保深層巖體穩定、整體受力維穩。

（3）增設錨筋樁、貼坡混凝土、底板混凝土置換，提高巖體底腳的穩定性。

（4）加強監測、巡視及資料分析，并及時反饋。

通過各項措施處理[7]，提高了安全保障系數，確保了后期開挖安全，在開挖結束，支護措施實施后，巖體變形即趨緩。

7 結束語

該抽水蓄能電站下水庫進出水口邊坡巖體破碎、完整性差且傾向庫盆，開挖過程中，邊坡體巖體變形持續超設計警戒值增長，且后期在頂部出現3條較寬通長裂縫、尾水洞出口段同樣出現環形剪切裂縫，巖體內部產生了深層滑動面。針對進出水口邊坡破壞問題，后增設了錨索+網格梁+錨筋樁+貼坡噴混凝土+墊腳混凝土的聯合支護方案[8]，支護措施實施后，監測成果表明該方案有效地控制了巖體變形，確保了工程開挖安全，其他類似工程可以參考借鑒。