某水電站進(jìn)廠交通洞洞口多巖層高邊坡穩(wěn)定分析

劉 紅 霞

(杭州市水庫(kù)管理服務(wù)中心，浙江 杭州 311122)

1 工程概況

某水電站位于云南省，流域共建有4座梯級(jí)電站，該電站為其中最下游一級(jí)電站。由于下游電站蓄水發(fā)電后，其水庫(kù)回水將淹沒(méi)該電站的尾水系統(tǒng)、地下廠房及部分引水隧洞，因此需要在上游電站蓄水前對(duì)被淹沒(méi)的引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)建。復(fù)建電站總裝機(jī)容量130 MW，單機(jī)容量32.5 MW。電站復(fù)建工程主要由原電站首部樞紐、引水隧洞，新建壓力管道、尾水隧洞、地下廠房、出線場(chǎng)等建筑物組成。

進(jìn)廠交通洞進(jìn)口布置在省道S303內(nèi)側(cè)，進(jìn)洞口高程970.50 m，進(jìn)廠交通洞洞口邊坡以1 000 m高程馬道為界共分上下兩級(jí)，一級(jí)為原省道S303開挖邊坡，邊坡坡比近似為1∶0.75；為盡量減少對(duì)邊坡的擾動(dòng)，二級(jí)邊坡坡比初擬為1∶0.75，邊坡總高度達(dá)60余米。

2 邊坡地質(zhì)條件

進(jìn)廠交通洞洞口高程970 m以上坡面地形較陡，自然坡度35°～40°，表層山脊兩側(cè)為第四系崩坡積碎石混合土，厚約5 m～10 m，雨季沿地形較陡區(qū)或陡坎上部坡面塌滑現(xiàn)象；沿洞軸線山脊區(qū)為粉土質(zhì)礫為主，分布高程范圍大約為1 112 m～1 230 m，高差為120 m左右，厚度0.5 m～2.0 m，表層較松散，下部中密狀，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，局部見零星基巖或條帶狀出露，巖性為砂巖或白云巖等，巖層產(chǎn)狀N5°W，NE∠38～60，反傾坡內(nèi)，S303公路改建完成3年以上，在基巖出露的公路段開挖坎上未發(fā)現(xiàn)沿基巖塌滑現(xiàn)象，自然邊坡整體穩(wěn)定。

進(jìn)洞口高程970 m以下坡面相對(duì)稍緩，自然坡度約35°，崩坡積碎石土層厚度變化大，從上而下厚度為5 m～50 m，具一定平行坡面分布的堆積韻律(坡面碎石流形成)。在雨季沿低高程區(qū)坡面塌滑現(xiàn)象普遍，主要沿小江側(cè)公路開挖陡坎分布，在上游及下游附近有王家山滑坡、水瓶子滑坡等變形體分布，滑坡以沿覆蓋層與基巖界面滑塌為主，局部為覆蓋層內(nèi)塌滑變形。進(jìn)廠交通洞洞口邊坡典型巖土層剖面圖見圖1。

3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

該水電站復(fù)建后總裝機(jī)容量130 MW，根據(jù)DL 5180—2003水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按其裝機(jī)容量確定為中型三等工程，輸水系統(tǒng)及地下廠房、出線場(chǎng)及出線豎井等主要建筑物按3級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，次要建筑物按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。進(jìn)廠交通洞按3級(jí)建筑物考慮。

根據(jù)GB 18306—2015中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖，工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.30g，相對(duì)應(yīng)的地震基本烈度為8度。

根據(jù)DL/T 5353—2006水電水利工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定[1]，該水電站復(fù)建工程進(jìn)廠交通洞洞口邊坡為A類樞紐區(qū)二級(jí)邊坡。邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)見表1。

表1 A類樞紐區(qū)二級(jí)邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)

4 各巖土層主要物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)建議值

參照室內(nèi)試驗(yàn)成果、現(xiàn)場(chǎng)土體狀態(tài)，結(jié)合相關(guān)工程類比分析及經(jīng)驗(yàn)取值，對(duì)邊坡各巖層提出主要巖土體物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算值，見表2。

表2 進(jìn)廠交通洞洞口邊坡巖土物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算取值

5 未支護(hù)條件下邊坡穩(wěn)定分析

計(jì)算工況及荷載組合詳見表3。

表3 計(jì)算工況及荷載組合表

1)巖土體自重。

在持久和偶然工況下，巖土體采用天然容重計(jì)算自重；在短暫工況下，巖土體采用飽和容重計(jì)算自重。

2)降雨作用。

暴雨或久雨考慮為短暫工況，由于地下水埋藏較深、邊坡巖體破碎，在短暫工況下，巖土體采用飽和抗剪強(qiáng)度，不考慮地下水壓力作用。

3)地震作用。

采用擬靜力法計(jì)算地震慣性力，按照NB 35047—2015水電工程水工建筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，地震慣性力只計(jì)算水平向，水平向設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度按照《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》對(duì)應(yīng)分區(qū)值選取0.30g，考慮效應(yīng)折減系數(shù)0.25，折減后的水平向的地震加速度為0.075g。

計(jì)算選取進(jìn)廠交通洞洞口軸線剖面Ⅰ—Ⅰ′進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，計(jì)算平面見圖2。邊坡穩(wěn)定計(jì)算選用加拿大Rocsience公司開發(fā)的專業(yè)巖土工程分析軟件slide[2]。計(jì)算方法采用基于極限平衡理論的bishop simplified method，采用自動(dòng)搜索圓弧滑面和指定滑面，分別計(jì)算邊坡的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性[3]。

未支護(hù)工況邊坡安全系數(shù)計(jì)算成果見表4。未支護(hù)工況邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)及滑弧面見圖3。

表4 未支護(hù)工況邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果列表

由以上成果分析可知：邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)、洞口以上強(qiáng)風(fēng)化巖層安全系數(shù)在各種工況下均能滿足規(guī)范要求；洞口以上覆蓋層在短暫工況和偶然工況下局部穩(wěn)定安全系數(shù)為1.021和1.048，不能滿足規(guī)范要求。

6 支護(hù)條件下邊坡穩(wěn)定分析

計(jì)算工況及荷載組合詳見表5。

加固力：參照同類規(guī)模邊坡，結(jié)合強(qiáng)風(fēng)化帶下限深度，初擬高程1 000 m以上開挖邊坡系統(tǒng)布置有粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索，T=1 000 kN(張拉800 kN)，L=25/30 m@5 m×5 m，下傾15°。由于實(shí)際揭露的巖體較為破碎，為保證支護(hù)整體性，在系統(tǒng)噴錨支護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)置系統(tǒng)框格梁支護(hù)。

表5 計(jì)算工況及荷載組合表

支護(hù)工況邊坡安全系數(shù)計(jì)算成果見表6，支護(hù)工況邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)及滑弧面見圖4。

表6 支護(hù)工況邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果列表

由以上成果分析可知：在高程1 000 m以上開挖邊坡系統(tǒng)布置有粘結(jié)型預(yù)應(yīng)力錨索，T=1 000 kN(張拉800 kN)，L=25/30 m@5 m×5 m，下傾15°。通過(guò)增加錨索支護(hù)力后，邊坡整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性安全系數(shù)在各種工況下均能滿足規(guī)范要求。

7 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

進(jìn)廠交通洞洞口邊坡系統(tǒng)支護(hù)于2019年12月初全部施工完成，洞口邊坡共設(shè)置了3臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)以及1根錨桿應(yīng)力計(jì)，具體監(jiān)測(cè)儀器布置見圖5。應(yīng)力計(jì)應(yīng)力、時(shí)間曲線見圖6，測(cè)力計(jì)應(yīng)力、時(shí)間曲線見圖7。

經(jīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)，錨桿應(yīng)力計(jì)測(cè)值未超過(guò)45 MPa，錨索測(cè)力計(jì)未超過(guò)940 kN，錨桿、錨索受力均在設(shè)計(jì)值以內(nèi)，數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，邊坡整體安全穩(wěn)定。

8 結(jié)語(yǔ)

1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地質(zhì)條件，為減少對(duì)原邊坡的擾動(dòng)，上下兩級(jí)邊坡坡比均采用1∶0.75是合適的；2)在系統(tǒng)噴錨+框格梁+錨索的組合支護(hù)下，邊坡整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性安全系數(shù)在各種工況下均能滿足規(guī)范要求；3)根據(jù)邊坡已實(shí)施的錨桿、錨索監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)，錨桿、錨索受力均在設(shè)計(jì)值以內(nèi)，數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，邊坡整體安全穩(wěn)定。