錦屏一級水電站運行期左岸邊坡穩(wěn)定性分析

周綠 劉明昌

摘要：錦屏一級水電站左岸邊坡深部變形在水庫蓄水前后變化趨勢基本一致，進入運行期后變形仍未收斂，需持續(xù)關(guān)注邊坡的變形和穩(wěn)定性。通過對錦屏一級水電站左岸邊坡運行期深部變形各種監(jiān)測成果的歷年變形值進行比較，分析了左岸邊坡運行期的變形規(guī)律和變形收斂情況，評價了左岸邊坡的穩(wěn)定性;針對石墨桿收斂計與谷幅變形進行對比分析，驗證了谷幅和石墨桿觀測的可靠性，論證了谷幅和石墨桿成果的可靠性和準確性。研究結(jié)果表明：左岸邊坡變形雖未收斂，但變形速率呈下降趨勢。

關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性;邊坡變形;對比分析;左岸邊坡;錦屏一級水電站

中圖法分類號：TV223文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.005

文章編號：1006 - 0081（2021）06 - 0026 - 05

1 研究背景

錦屏一級水電站左岸邊坡總體開挖高度約530 m，總開挖量約550萬m3，左岸邊坡自然谷坡高陡，巖體卸荷強烈，地應(yīng)力水平高，并發(fā)育有斷層、層間擠壓帶、深部裂縫，是目前水電工程中開挖高度最高、開挖規(guī)模最大、穩(wěn)定條件最差的邊坡工程之一，其高邊坡的安全穩(wěn)定問題十分突出[1]。左岸邊坡變形總體上經(jīng)歷3個變形過程：開挖卸荷的變形期、蓄水期的有效應(yīng)力及軟化作用的變形調(diào)整期和長期時效變形收斂期，目前處于變形調(diào)整期[2]。面對如此復(fù)雜地質(zhì)條件左岸邊坡，電站進入運行期后，需持續(xù)關(guān)注其長期變形的規(guī)律，分析其穩(wěn)定性，評價其對拱壩安全的影響。本文對左岸邊坡深部變形及谷幅監(jiān)測成果進行分析，評價左岸邊坡在運行期的穩(wěn)定性。

2 地質(zhì)概況與儀器布置

2.1 地質(zhì)概況

錦屏一級樞紐區(qū)左岸邊坡山體雄厚，谷坡陡峭，基巖裸露，相對高差千余米，為典型的深切“Ⅴ”形谷，為深部裂縫發(fā)育強烈區(qū)，平面范圍大致在Ⅵ線山梁上游側(cè)至Ⅱ勘探線之間，巖性為雜谷腦組第三段變質(zhì)砂巖和板巖，巖層走向與河流流向基本一致，岸坡為反向坡，自然坡度40°～50°，地形完整性較差，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征。坡體巖性主要為砂板巖，走向與岸坡近平行、傾向坡里，屬典型的反向坡。邊坡巖體中主要結(jié)構(gòu)面為以f5、f8、以及f42-9斷層為代表的小斷層、層間擠壓破碎帶、SL441裂縫為代表的深部裂縫及卸荷裂隙，強風(fēng)化、松弛拉裂的煌斑巖脈在Ⅱ2線上游開挖邊坡中出露，往上游向坡體深部延伸。控制邊坡可能失穩(wěn)破壞的各種滑移塊體的主要邊界條件主要包括：煌斑巖脈（X），與煌斑巖脈近于平行的一系列走向NE傾向SE（順坡向）卸荷裂隙、深部裂縫，f42-9斷層[3]，f42-9斷層上盤平行于斷層的一系列小斷層等。左岸高程1 885 m以下開挖邊坡即拱肩槽邊坡由上游坡、壩頭坡和下游坡等部分組成，工程邊坡與其上下游自然邊坡形成一個三面臨空的坡體，控制著左岸壩頭變形拉裂體的穩(wěn)定。錦屏一級水電站壩區(qū)左岸邊坡主要斷層特征見表1。

左岸壩頂以上邊坡穩(wěn)定的影響因素較復(fù)雜，包括斷層、煌斑巖脈、深部裂縫的影響，傾倒變形、風(fēng)化、卸荷拉裂等造成的破碎巖體，不同方向結(jié)構(gòu)面的不利組合等，針對存在的問題采取了相應(yīng)的支護處理措施，這些措施包括抗剪洞混凝土置換、系統(tǒng)錨索、錨噴、局部框格梁、面板等。左岸邊坡煌斑巖脈、主要斷層和深部裂縫分布詳見圖1。

2.2儀器布置

左岸邊坡深部變形監(jiān)測主要涉及以下方面： ①對邊坡控制性“大塊體”整體穩(wěn)定有直接影響的壩頂以上深部拉裂縫區(qū)的變形問題; ②涉及壩肩抗力體變形及拱壩安全問題的壩基深部變形[1]。

為監(jiān)測左岸壩肩深部卸荷裂隙巖體的變形情況，利用左岸的PD42勘探平洞、PD44勘探平洞、高程1 915.0 m排水洞等沿洞軸線方向布置石墨桿收斂計、測距墩，監(jiān)測深度約100～300 m，測距墩與右岸觀測點聯(lián)測，兼測谷幅變形，壩前上游側(cè)3條谷幅跨江段TP11～PD44、PD21～PD42、PDJ1～TPL19。其中，石墨桿收斂計布置在地勘平洞內(nèi)， 不僅能夠直接監(jiān)測平洞的變形， 還可得到測點的累計變形過程， 在邊坡監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用[4]。

（1）PD44平洞位于高程1 930.0 m（圖2），洞內(nèi)沿洞軸線布置石墨桿收斂計，監(jiān)測深度198 m，共分6個測段。

（2）PD42平洞位于高程1 930.0 m（圖3），洞內(nèi)沿洞軸線主洞和上游支洞布置石墨桿收斂計，總監(jiān)測深度251m，主洞分6個測段，上游支洞分11個測段。

（3）1915排水洞位于高程1 915.0 m（圖4），L2C支洞洞內(nèi)沿洞軸線布置石墨桿收斂計，監(jiān)測深度97 m，共分5個測段。

（4）拱壩壩肩邊坡深部變形。左岸高程1 885.0 m帷幕灌漿平洞、左岸高程1 829.0 m壩基排水洞、左岸高程1 785.0 m壩基排水洞沿洞軸線各布置一套石墨桿收斂計監(jiān)測壩基深部變形。3套石墨桿收斂計監(jiān)測深度分別為：245 m（高程1 885.0 m），275 m（高程1 829.0 m）以及330 m（高程1 785.0 m）。

（5）跨江段谷幅線。目前滿足觀測條件測段為12條，其中上游側(cè)及壩頂上部共計布設(shè)3條測線，下游側(cè)布設(shè)9條。具體布設(shè)情況見圖5。谷幅觀測采用一等精度邊長往返觀測技術(shù)要求，將邊長改平（經(jīng)過儀器常數(shù)改正、溫度和氣壓改正、傾斜改正、高程投影面改正）后進行比較，得出各期變形量。

3歷年變形分析

3.1 平洞石墨桿收斂計

根據(jù)左岸深部變形運行期歷年變形速率統(tǒng)計情況，如表2所示，歷年監(jiān)測成果顯示左岸深部變形速率呈逐年減小的趨勢，各平洞深部變形雖未收斂，仍持續(xù)向山體外（河床）變形，但其變形速率逐年下降，說明左岸邊坡變形在逐漸減緩、逐漸趨于收斂。相關(guān)分布和歷時曲線如圖6～7所示。

3.2跨江段谷幅

在高拱壩工程中，常通過河谷兩岸兩測點的相對距離（谷幅）變化說明河谷的相對變形情況[5]。根據(jù)壩前谷幅測線運行期歷年變形速率統(tǒng)計情況，如表3所示，跨江段谷幅測線在2015年變形速率較大，因首次蓄水后，左岸邊坡處于應(yīng)力調(diào)整中;從歷年來看，左岸平洞跨江段谷幅線變形速率有逐年減緩的趨勢，各谷幅測線處于收縮趨勢，變形雖未收斂，但其變形速率有所下降，說明壩前谷幅線逐漸減緩、逐漸趨于收斂，且與左岸邊坡深部變形吻合。谷幅線變形速率分布與歷時曲線如圖8～9所示。

3.3邊坡應(yīng)力及變形

圖10和圖11監(jiān)測成果過程曲線，左岸1 960～1 885 m邊坡煌斑巖脈附近錨索運行期歷年錨固力變化都較小，錨固力曲線平穩(wěn)，錨固力損失不明顯;煌斑巖脈及f42-9斷層附近巖體位移變化量雖有一定波動，但變化量級較小，變形微弱，說明左岸邊坡和圍巖基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 壩基深部位移

圖12受水庫荷載的影響壩基石墨桿收斂計位移與庫水位呈負相關(guān)（圖12），水位抬升拱壩壩肩對基礎(chǔ)帷幕洞有一定的拱推力，基礎(chǔ)帷幕洞受壓，向山體內(nèi)變形;水位下降，水荷載減小，拱推力減小，基礎(chǔ)帷幕洞受左岸邊坡的擠壓，向山體外變形。壩基深部變形符合拱壩壩基的變形規(guī)律。

根據(jù)壩基石墨桿收斂計運行期歷年變形統(tǒng)計情況，如表4和表5所示，各壩基平洞深部變形年變形量較小，測段總位移歷年有逐步減小的趨勢，歷年的極大值也總體呈現(xiàn)減小的趨勢，說明左岸壩基深部變形微弱，深部巖體基本穩(wěn)定。

4 跨江段谷幅與石墨桿對比分析

跨江段谷幅測得為左右岸山體的相對拉伸或壓縮量。根據(jù)工程特點，跨江段谷幅的變形量可以分成3個部分組成：左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計測得變形量、左岸邊坡石墨桿收斂計最深點的變形量和右岸邊坡的變形量。通過對跨江段谷幅與石墨桿收斂計洞內(nèi)測距在同一時段變化量進行對比，從而可得左岸邊坡石墨桿收斂計最深點和右岸邊坡的該時段變化總量。跨江段谷幅與石墨桿收斂計2015～2019年年度變形量見表6。

由表6可見，2個平洞的跨江段谷幅和石墨桿收斂計測距近5 a的年度變化量相當，說明左岸邊坡石墨桿收斂計最深點的和右岸邊坡的該時段變化總量基本上為零，對跨江段谷幅變形量無貢獻，跨江段谷幅變化量來自左岸邊坡平洞內(nèi)石墨桿收斂計測得變化量，從而說明左岸平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點。

由圖13監(jiān)測成果顯示：PD42平洞石墨桿收斂計最深的兩個點位移均在0.5 mm以內(nèi)，測段總位移主要變形也發(fā)生在蓄水期，運行期歷年變形在1 mm左右;而圖14顯示跨江段谷幅和石墨桿收斂計測距年度變化量相當，2種監(jiān)測手段對比分析進行了相互驗證，綜合以上分析，說明了左岸1 930 m平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點。

5結(jié) 論

（1）統(tǒng)計各種監(jiān)測方法左岸深部變形運行期歷年變形情況，分析了左岸邊坡在運行期的變形規(guī)律，說明左岸邊坡變形雖未收斂，但變形在逐漸減緩、逐漸趨于收斂。

（2）通過壩前跨江段谷幅與石墨桿收斂計在同一時段的變化量進行對比分析，驗證了兩種觀測手段的可靠性，同時說明左岸平洞內(nèi)的最深點為穩(wěn)定點。

（3）統(tǒng)計和分析了左岸壩基深部1 778～1 885 m 3層排水洞石墨桿收斂計歷年的變形情況，壩基平洞深部變形年變形量均較微弱，左岸深部巖體基本穩(wěn)定。

（4）左岸邊坡的長期變形可能對拱壩安全有一定影響，且存在一定復(fù)雜性，需長期關(guān)注其發(fā)展狀況和變形趨勢，后續(xù)需考慮多種因素的作用規(guī)律，以及邊坡的長期變形與拱壩相互影響，從而綜合評價邊坡的穩(wěn)定性和拱壩的安全性。

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（編輯：唐湘茜）