四川双江口水电站典型工程边坡失稳分析

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　　摘要：为了提升水电工程边坡监测预警及应急处置能力，结合四川双江口水电站典型工程边坡发现变形直至失稳的过程分析及监测预警成果，从内因和外因分析边坡变形失稳机理，制定了有针对性的现场处置及应急治理等应急处理方案，并按原定计划保质保量完成施工，有效避免了人身伤亡、财产损失及次生灾害的发生。
　　关键词：边坡失稳;边坡监测顸警;应急处理;双江口水电站;四川
　　中图法分类号：TV698.1文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2019.05.014
　　工程边坡的稳定性受自然环境、地质条件和人类活动影响很大，特别是我国大型水电工程基本分布在西部高山峡谷地带，自然环境更为复杂、施工环境更为恶劣。近年来，伴随着异常天气频发，边坡变形失稳事件时有发生，对工程安全、进度、投资均造成较大影响，甚至引起社会恐慌，故边坡变形失稳前的监测预警、失稳破坏后的应急处置显得尤为重要。
　　针对水电工程边坡变形失稳及应急处置，通常采取“监测、观察”等预警手段和“削坡减载、支挡加固”等工程措施，本文以四川双江口水电站典型工程边坡变形失稳及应急处理实践为案例，从施工过程监测预警、边坡变形失稳机理、现场处置、应急治理及实施效果等方面加以分析、总结，具有一定代表性。
　　1工程概况与地质条件
　　1.1工程概况
　　双江口水电站位于四川省阿坝州马尔康市与金川县交界处的大渡河上游东源足木足河和西源绰斯甲河汇合口以下约2 km处，是大渡河干流上游控制性水库。枢纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成，其中泄洪建筑物包括洞式溢洪道、深孔泄洪洞、利用3号导流洞改建的竖井泄洪洞和2号导流洞改建的泄洪放空洞。
　　3号导流洞进口边坡开口高程2 473m、底板高程2 355m，最大边坡开挖高度118m、边坡开挖坡比1：0.5，土石方开挖总量约28万m3。开挖坡面浅层支护采用锚杆、挂网、喷射混凝土及排水孔等措施;深层支护采用预应力锚索，设计荷载1000kN，其中高程2 425m以上布置3排、高程2 405～2 425m之间布置2排、高程2 385～2 405m之间布置2排，共计86束。
　　1.2地质条件
　　3号导流洞进口位于大渡河左岸斜坡上，与大渡河主流流向呈24°夹角，进口边坡上、下游分别发育一条较浅冲沟，地形坡度较缓，约为28°～35°;边坡出露地层岩性主要为可尔因花岗岩杂岩体一燕山早期木足渡似斑状黑云钾长花岗岩，地质构造以次级小断层、节理裂隙为特征，岩体以次块状一镶嵌状结构为主，局部较破碎;边坡物理地质作用主要表现为岩体的风化卸荷，勘探揭示左岸岸坡岩体弱风化最大水平深度约为50m;强卸荷带内岩体松弛严重，卸荷裂隙较发育，裂隙普遍松弛张开0.5-5cm、最大达10cm以上，充填碎屑及次生泥，弱卸荷带岩体较松弛，裂隙一般张开1-5mm。根据区内地下水的赋存条件，可分为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水两种类型。
　　2监测预警分析
　　2.1现场施工过程
　　2017年6月，正式启动3号导流洞进口便道施工。2017年9月28日，按照1：0.5的坡比，自上而下启动边坡开口线支护施工。2018年4月29日，完成高程2 425m以上边坡开挖及浅层支护后，按照设计要求启动高程2 439，2 439，2 447m 3排锚索施工。2018年9月20日，3号导流洞进口边坡高程2425m以上边坡系统支护全部完成。3号导流洞进口边坡原始地形地貌见图1，截至2018年9月20日的施工形象面貌见图2。
　　2.2安全监测布置
　　按照3号导流洞进口边坡安全监测布置要求，根据开挖支护施工进度安排，由内观监测实施单位进行锚杆应力计、多点位移计及锚索测力计的安装埋设，其中1套锚杆应力计和1套多点位移计均布置在高程2 431m（边坡下游侧），2套锚索测力计分别布置在高程2 439m（边坡中部）和高程2 431m（边坡下游侧）处，并按照監测工作要求开展内观监测工作。
　　2018年9月27日晚，持续开展的内观监测表明，3号导流洞进口边坡内观监测数据出现异常，经现场排查发现，已开挖支护边坡开口线后缘覆盖层边坡发现明显拉裂缝，在穿过3号导流洞进口边坡的场内交通25-2号公路距离出洞口约20m处，发现垂直洞轴线的贯穿裂缝。建设管理单位立即组织参建单位召开专题会布置现场安全管理工作，暂停3号导流洞进口边坡施工，撤离现场人员及设备，采取交通管制措施，严禁人员及设备进入，并持续加密内观监测、增加外观监测。
　　2.3监测成果分析
　　2018年9月27日至10月4日，在建设管理单位的主导下，内观监测承担单位持续加密内观监测，并通报每日最新安全监测成果，锚杆应力计、多点位移计、锚索测力计的内观监测数据变化情况见图3-5。
　　从图3可知，2018年9月27日前、后锚杆应力计实测应力分别为242.24，432.81MPa，边坡变形导致锚杆应力明显增长，2018年10月2日失效前锚杆应力为445.70MPa。
　　从图4可知，2018年9月27日下午，多点位移计孑L口、距孔口3m、距孔口10m处位移分别为11.40，9.41mm和4.00mm;9月27日晚，该部位孔口、距孔口3m、距孔口10m处位移分别为49.40，34.96mm和4.00mm;2018年10月3日失效前该部位孔口、距孔口3m处位移分别为111.84mm和75.18mm。
　　从图5可知，3号导流洞进口边坡发生较大变形后，锚索测力计荷载分别增加279.89kN和197.58kN。2018年10月3日失效前锚索荷载为1624.20kN，次日上午锚索荷载为1437.91kN，超过设计荷载约50%。
　　为掌握边坡表面变形发展情况，在已开挖边坡及后缘覆盖层边坡布置5个外观监测点，2018年9月28日至10月4日，外观监测变形测点向临空面方向变形测值在1.7-76.3mm之间，上下游方向变形测值在-112.0--11.2 mm之间，水平合位移在-11.3-135.5mm之间，沉降测值在6.0-113.8mm之间，表面变形不稳定。 　　3变形失稳机理
　　2018年10月4日，3号导流洞进口边坡连续发生垮塌事件，垮塌顺序与预测基本一致、垮塌范围较预测偏大（见图6-7），未对国道318公路通行及1号导流洞运行造成影响。由于监测提前预警、现场撤离及时，无人员伤亡及财产损失。
　　3.1破坏模式
　　根据前期地质资料分析，3号导流洞进口边坡岩体中不存在控制边坡稳定的软弱结构面，边坡整体稳定，局部块体的稳定性主要受控于J1缓倾角裂隙和J3陡倾角裂隙。
　　3号导流洞轴线与地形线小角度相交，边坡走向为N63°w，边坡赤平投影分析见图8。
　　从图8可以看出，内侧开挖边坡J1与J2结构面组合可形成不利块体，其交棱线倾向与坡面方向近正交，倾角29°，可能发生滑移拉裂变形失稳;J3裂隙与边坡走向近一致，陡倾坡外，可能产生卸荷拉裂变形;进口边坡地形陡峻，天然地应力较高，岸坡岩体向河谷临空方向卸荷强烈;同时，边坡上、下游分别发育一条较浅冲沟，3面临空，利于岩体的卸荷拉裂变形，浅表部岩体卸荷松弛强烈，边坡在该特定地质条件下以长大裂隙J3为后缘面发生变形破坏。
　　3.2影响因素
　　3号导流洞进口边坡变形破坏是在特定的自然和地质环境条件下，由内、外因多种因素综合作用下所产生的结果，具体分析如下。
　　（1）内在原因。①高陡边坡地形条件。自然边坡坡度28°-35°，边坡高度超过100m，边坡临空条件好。②不利岸坡地质结构。坡体内天然地应力较高，岸坡岩体向河谷临空方向强烈卸荷，浅表部岩体卸荷松弛明显，有利于雨水及地下水下渗，边坡上、下游分别发育一条冲沟，坡面3面临空，更利于岩体风化卸荷作用。③不利结构面组合。该段边坡内主要发育3组裂隙，J3为顺坡陡倾裂隙，Jl与J2结构面不利组合可形成潜在不稳定块体，易发生滑移拉裂变形失稳;长大裂隙J3与边坡走向近一致，陡倾坡外，易产生卸荷拉裂变形。
　　（2）外在原因。①持续降雨的不利影响。降雨是诱发山体变形的重要因素，2017，2018年雨季降雨多，汛期l号导流洞分别达到20a、10a-遇洪水。受雨季持续降雨影响，地表水沿地表裂隙入渗，降低了岩体的物理力学强度，加之岩体吸水饱和，静水压力和动水压力增大，使边坡出现变形压缩空间，加大了裂隙张开宽度，降低了坡体的稳定性。②边坡开挖形成临空面。边坡岩体在自然条件下本身存在卸荷松弛现象，边坡开挖会造成应力重新调整，产生倾向坡外的拉应力，使原本存在的卸荷裂隙进一步向外拉张，对边坡稳定性造成不利影响。在暴雨、地震等外力作用下具备产生变形的条件，为坡体进一步变形创造条件。
　　4应急处理分析
　　4.1应急治理
　　边坡垮塌后，建设管理单位组织参建各方制定垮塌体后缘潜在不稳定边坡的安全监测方案，在上方公路内侧边坡增设13个变形监测点，经过持续7d的安全监测，各测点变形量很小，无明显趋势性变形。
　　由于3号导流洞后缘边坡垮塌向上部延伸、扩展，导致通往左坝肩的15号公路路基垮塌。为确保影响范围边坡安全稳定，制定了“优先进行沟水引排、紧急处治15号路上边坡、自上而下分期处治3号导流洞进口边坡”的治理原则。
　　（1）沟水治理。封闭3号导流洞进口边坡上下游过水涵洞，用PVC管将下游侧涵洞内流水汇集至国道飞水岩隧道进口排水沟，将上下游冲沟内流水集中引至上游侧约100m处的涵洞内，避免冲沟内流水恶化垮塌体形成边坡的稳定条件，造成次生灾害的发生。
　　（2）边坡治理。为确保飞水岩隧道的交通安全及15号路边坡的稳定，针对3组主要控制性裂隙结构面，采取大吨位、长锚索主动支护措施，在高程2 512.7m、高程2 519.0m各设置一排锚索，长度分别为45m、60m，锚索间距4m，下排锚索俯角15°/18°交错布置、上排锚索仰角15°/18°交错布置，共计24根。
　　为确保路基内侧基础下边坡的稳定，沿15号公路内侧排水沟设一排抗剪锚筋束，长度18m，3Ф32，间距1.5m，内倾45°，共计33根。
　　4.2实施效果
　　建设管理单位组织对承包人编制的15号路边坡应急治理施工方案进行评审，重点针对长锚索注浆、锚固段与自由段止浆、不良地质处理等施工工艺和锚索、锚筋束的施工程序、资源配置及进度安排进行讨论，2018年12月15日已全部完成。
　　结合垮塌边坡影响范围的安全监测成果及现场巡视检查情况，在保证安全的前提下，2018年10月15日正式启动15号路边坡应急治理施工，锚筋束、锚索施工实行平行作业，并重点针对锚索施工工序开展生产性试验，合理安排钻孔、下索、注浆、锚墩浇筑、锚索张拉和封锚等工序流程、作业时间，工期安排细化到天;结合孔内成像成果对局部锚索长度进行调整，及时纠正进度偏差。
　　目前已按原定计划完成15号路应急抢险治理项目施工，第三方質量检测成果表明锚索、锚筋束施工质量满足设计及规范要求，保证了3号导流洞进口边坡垮塌影响范围内15号路边坡及飞水岩隧道的通行安全。
　　4.3后续监测情况
　　2018年11月15日至12月18日，3号导流洞进口边坡上部15号公路内侧边坡安装埋设了4套锚索测力计，设计荷载均为2 000kN。
　　3号导流洞进口边坡上部15号公路内侧锚索测力计锚固力在1858.73-l 969.61kN之间，11月锚索测力计安装后处于预应力调整阶段，测值变化相对较大;12月以来锚索测力计锚固力变化较小，测值较为平稳，典型测点测值过程线见图9。
　　5结语
　　四川双江口水电站典型工程边坡变形失稳前监测预警及时，从发现边坡变形异常至出现垮塌仅7d时间。建设管理单位发挥主导作用，采取主动避让措施，有效避免了人身伤亡和财产损失事故;结合边坡垮塌影响范围制定应急治理方案，依据安全监测成果分析，确定应急治理项目的施工时机，按计划保质、保量完成施工，实施效果较好，且规避了次生灾害发生的风险。
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