猴子巖水電站料場高邊坡施工期穩定性監測及分析

李 鵬， 程 保 根， 宋 寅

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

地處深山峽谷地區的水電工程巖質高邊坡往往具有坡高面廣、結構面發育、地質條件復雜、開挖穩定問題突出等特點。一直以來，巖質高邊坡穩定與變形問題都是巖石力學界和地質工作者研究的重大課題之一，但至今仍難找到準確合理的評價方法[1-2]。巖質高邊坡地質條件的復雜程度決定了準確界定其穩定性的復雜程度，一般而言，限于邊坡內部復雜的力學作用，邊坡巖體、結構面的力學參數及穩定性不僅難以確定，而且受降雨、開挖等影響還在時時變化，因此，采用數值計算方法并不能準確確定邊坡的穩定性。邊坡安全監測可真實反映邊坡內部力學效應、檢驗設計的可靠度及加固處理效果，大型工程一般都需要建立完善的監測系統來監測邊坡的變形穩定情況，如錦屏大奔溝料場邊坡、小灣電站工程邊坡、瀑布溝水電站料場邊坡等。基于猴子巖水電站色龍溝料場高邊坡施工期監測成果，擬對該巖質料場邊坡的監測數據及穩定性進行分析，以期為類似工程提供一定借鑒和參考。

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境內，工程采用混凝土面板堆石壩，壩頂高程1 848.5 m，最大壩高223.5 m，電站庫容7.06億m3，電站裝機容量1 700 MW。

色龍溝料場位于壩址上游側，料場兩面臨空，距壩址約1 km，開采范圍1 750～1 960 m高程，地形坡度40°～50°，主要供應大壩混凝土骨料、反濾料及墊層料。料場巖性為泥盆系薄-中薄層狀變質灰巖、白云質灰巖夾絹云鈣質石英片巖，巖層產狀為N45°E/NW∠55°。地表基巖大多裸露，局部覆蓋殘積堆積物，推測厚度3～5 m，局部可達8～10 m，為剝離層。基巖主要發育有4組構造裂隙，L1：N20°E/NW∠65°；L2：EW/N∠70°～75°；L3：N30W/NE∠65°～75°；L4：N15°W/SW∠45°。巖石弱風化狀態：低高程(1 700～1 710 m)弱風化上段水平深度一般為2～5 m，中高程(1 800 m)弱風化上段水平深度一般為15～20 m，高高程(1 830～1 850 m)弱風化上段水平深度一般為25～35 m，下游側緊臨色龍溝溝邊山體，三面臨空，巖體破碎，風化卸荷強烈。邊坡巖體力學參數及結構面力學參數分別見表1、2。色龍溝料場施工時段為2013年3月～2016年5月。

表1 邊坡巖體力學參數

表2 巖體結構面力學參數

3 邊坡監測及成果分析

3.1 監測布置

色龍溝料場邊坡最大開挖高度達220 m，且地質條件復雜，為有效掌握邊坡開挖、爆破過程中潛在滑動體變形發展的趨勢，了解錨索、錨桿等支護措施的有效性，在施工過程中采取多種監測手段對邊坡變形穩定性進行監測，主要布置的監測項目有：

(1)采取表面變形測點監測邊坡表面變形情況，以此反映邊坡整體宏觀變形。從2014年3月19日開始至2015年5月9日，隨著料場邊坡的開挖，分別在1 920 m、1 840 m高程各布置3個外觀觀測墩，構成3個縱向觀測斷面。表面測點位置基本覆蓋了料場整體開采邊界，反映了不同高程的表面變形情況。

(4)采用錨索測力計監測錨索受力情況，以此評價深層支護效果。至2014年5月24日全部安裝完成了3套錨索測力計，在1 901.5 m高程K0+095、K0+230剖面分別布設了PRSL-1、PRSL-3；在1 961 m高程K0+255剖面布設了PRSLXZ-3。

3.2 監測成果分析

3.2.1 邊坡表面變形成果分析

各實測點石料場邊坡表面變形水平合位移過程線和石料場邊坡表面變形、垂直位移過程線分別見圖1、2。變形監測結果表明水平合位移以朝向臨空面變形為主，垂直位移以下沉為主，變形趨勢表現為增長和負增長(或穩定)相間，后期逐漸趨于穩定的特點。具體體現如下：

(1)水平合位移累計量在12.50～36.38 mm之間，類比同類工程處于可控狀態；邊坡變形總體趨勢趨于平緩，日平均變形速率在0.086 mm/d以內(2015年7月6日～2015年10月17日)，位移增長率很小；受現場開挖爆破影響，1 840 m高程馬道測點較1 920 m馬道測點變形更加顯著。

(2)垂直位移累計量在-7.90～13.90 mm之間，類比同類工程處于可控狀態；邊坡變形總體趨勢趨于平緩，日平均變形速率在0.067 mm/d以內(2015年7月6日～2015年10月17日)，位移增長率很小；垂直變形在2015年6～8月變化比較平穩，9月出現整體上抬，最大上抬量為6.80 mm，普遍上抬量在4.60～5.00 mm之間，期間水平變形很小，這是由于在開挖爆破過程中，巖體應力釋放導致表面松散巖體出現一定擠壓引起。

圖1 石料場邊坡表面變形水平合位移過程線

圖2 石料場邊坡表面變形垂直位移過程線(上抬為負，下沉為正)

3.2.2 邊坡深部變形成果分析

(1)孔口累計位移在8.27～26.18 mm之間，日平均變形率在0.065 mm/d以內(2015年7月2日～ 10月21日)，變形基本趨于穩定。在預裂爆破期間，低高程相對高高程位移增加更加顯著。

(2)從位移過程線可知，料場邊坡深部變形主要集中在20 m深度范圍內，隨著料場的開挖和爆破，邊坡變形仍在持續緩慢增長，與表面變形規律較一致，變形主要表現為淺層變形。

圖3 石料場邊坡1 901.50 m高程位移計位移過程線

圖4 石料場邊坡1 841.50 m高程位移計位移過程線

表3 石料場邊坡四點式位移計孔口位移成果表

3.2.3 邊坡淺層支護監測成果分析

(1)孔口累計位移在8.27～26.18 mm之間，日平均變形率在0.065 mm/d以內(2015年7月2日～10月21日)，變形基本趨于穩定。在預裂爆破期間，低高程相對高高程位移增加更加顯著。

(2)從位移過程線可知，料場邊坡深部變形主要集中在20 m深度范圍內，隨著料場的開挖和爆破，邊坡變形仍在持續緩慢增長，與表面變形規律較一致，變形主要表現為淺層變形。

圖5 石料場邊坡1 901.50 m高程錨桿應力計RrSL-1應力過程線

圖6 石料場邊坡1 841.50 m高程錨桿應力計RrSL-5應力過程線

表4 石料場邊坡錨桿應力計監測成果表

3.2.4 邊坡深層支護監測成果分析

色龍溝石料場邊坡錨索測力計設計噸位為2 000 kN，以超張拉鎖定，錨固力在1 776.24～1 881.98 kN之間(2015年7月2日～10月21日)，變化量在7.20～17.46 kN，主要是受料場下部開挖和爆破影響，錨索錨固力有較小幅度增加，巖體應力在小幅度調整中，但總體趨于穩定。石料場邊坡錨索測力計監測成果見表5。

表5 石料場邊坡錨索測力計監測成果表

4 結 論

大型水電工程石料場邊坡開挖穩定問題突出，采用單一的數值計算方法——安全度度量，難以準確確定邊坡穩定性。為揭示猴子巖水電站色龍溝料場高邊坡施工期開挖穩定性，對邊坡表面變形、多點位移、錨桿應力及錨索荷載等方面，采用多種監測方法相結合的手段對猴子巖水電站色龍溝料場邊坡穩定性進行監測，可初步得出以下結論：

(1)從監測結果看，色龍溝石料場邊坡在施工期變形趨于收斂，變形量值均在安全容許范圍內，變形主要體現在淺層變形上。截至2021年底，色龍溝料場經過長達約6年時間仍處于穩定狀態，說明邊坡滿足抗滑穩定要求。

(2)從監測結果看，色龍溝料場邊坡施工期預裂爆破對周邊變形影響較大，底高程相對高高程位移增加更為顯著。