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来源：职称驿站所属分类：电力论文 发布时间：2013-02-02浏览：68次
小湾水电站右岸高边坡开挖支护安全措施
摘 要：小湾水电站边坡工程地段山高谷深，地势陡竣，呈现典型的沟梁相间的地貌格局，两岸边坡地形、地质及水文条件复杂，坝前冲沟分布有规模巨大的第四系崩塌堆积覆盖物，枢纽区岩质边坡风化、卸荷等地质物理现象发育，地应力中等偏高，天然地下水普遍埋深较浅;因建筑物布置需要而引起的边坡开挖工程量巨大。施工难度大，技术要求高，安全形势严峻，合理的安全措施，是确保安全是保证施工进度的重要条件。
关键词： 小湾水电站,高边坡,开挖支护,安全措施
1. 小湾工程边坡基本地质条件
小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级，为澜沧江梯级开发的关健性工程。小湾水电站工程属大(1)型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合利用效益。
小湾电站坝址区澜沧江深切，河谷呈基本对称的“V”型，枯水期河水面高程约988米。河床与两岸最邻近的山峰高差达1千余米，两岸山势雄浑，谷坡高陡。在高程1600米以下两岸岸坡坡度一般为30°～50°，平均坡度为40°，1600米高程以上，地形渐缓。两岸冲沟发育，呈现沟梁相间的地貌形态。冲沟底部一般有第四系堆积物分布，其中左岸饮水沟至②号山梁山脊之间的山坡上分布有饮水沟堆积体，分布高程1130m～1600m，厚度一般为30m～37m，最大为60.63m，平均35m。右岸大椿树沟内1170m～1770m高程分布有大椿树沟堆积体，厚度一般为20m～30m，最厚达50.70m。此外，右岸高程1130m以下的大部分山坡地段分布有第四系覆盖层，厚度一般为5m～31m。
坝址地段分布岩层为时代不明的中深变质岩系(m)和第四系(Q).基岩岩性主要为黑云花岗片麻岩和角内斜长片麻岩。枢纽区岩层呈单斜构造横河向分布，陡倾上游，片麻理及片理总体产状为N75°～85°W，NEL75°～90°。由于枢纽区经受多期构造活动，破裂结构面较发育。已查明枢纽区无Ⅰ级断层分布，Ⅱ级断层仅有一条F7，对边坡稳定有影响的Ⅲ级断层有F3、F5、F10、F11、F19、F20、F22、F23 F30等10条。其它为ⅠⅤ、Ⅴ级结构面。
F7在坝前右岸大椿树沟至右岸饮水沟一线通过。横穿右岸缆机平台，与坝踵之间最近距离50m，总体产状为EW、NL74°～90°，破碎带总宽18.6m～37m，其中主裂带宽度一般为0.8m～2.5m，主要由灰白色断层泥和泥化磨棱岩组成。断层对两岸缆机边坡和电站进水口边坡的稳定条件均有影响。
Ⅲ级断层以陡倾角为主，其走向主要为NWW向。
坝址地段岩体风化以表层均匀风化为主。坝区两岸强风化岩层底界埋深(铅直)一般为10m～20m，局部可达39m，弱风化岩体底界埋深一般为30m～55m，局部可达70m～88m。
坝址地段河谷深切，岸坡陡峻，两岸山坡岩体卸荷作用强烈，卸荷裂隙发育。在山脊部位强卸荷深度一般10m～30m，卸荷深度一般40m～90m，冲沟部位强卸荷深度一般3m～20m，卸荷深度一般15m～55m。卸荷裂隙按产状分为两组，一组是陡倾角的卸荷拉张裂隙，另一组是顺坡倾斜的中缓倾角剪切裂隙。其中剪切裂隙倾角一般在30°～45°之间，剪切带大多分布在强风化带及弱风化带上段岩体中，裂隙多呈张开状，受切割的岩体多呈薄片状、薄板状或破碎状，其延伸长度在山坡表部的强风化带中一般超出15m，在弱风化上段岩体中最大延伸15m;拉张裂隙多沿陡倾角节理产生，在空间上常与中缓倾角剪切裂隙组合成阶梯状，在地表浅部拉张裂隙一般张开几厘米到几十厘米，光填岩块、岩屑和次生泥，在深部(弱微风化带中)一般张开几毫米至几厘米，仅有细粒次生泥充填，拉张裂隙沿走向延伸长度一般为10m～20m。
坝区地下水主要为基岩裂隙潜水，在堆积体部位存在上层滞水等，地下水补给来源主要为大气降水。基岩裂隙潜水铅直埋深一般为40m～70m，地下水力坡度约为30°～32°。
2 工程特性及高边坡变形失稳机制
小湾水电站边坡工程地段山高谷深，地势陡竣，呈现典型的沟梁相间的地貌格局，两岸边坡地形、地质及水文条件复杂，坝前冲沟分布有规模巨大的第四系崩塌堆积覆盖物，枢纽区岩质边坡风化、卸荷等地质物理现象发育，地应力中等偏高，天然地下水普遍埋深较浅;因建筑物布置需要而引起的边坡开挖工程量巨大，两岸河水面以上主体建筑物边坡开挖与清理的土石方约2000万方，自拱坝基础最低高程953m至边坡顶部开口线间的最大坡高：左岸为692m，右岸为577m。其中右岸坝前边坡集高低缆机基础、电站进水口、拱坝、水垫塘四大建筑物开挖边坡于一体，采取了“弱开挖、强支护”的设计原则，岩质边坡设计坡比在直立坡--1：0.75之间，覆盖层堆积体边坡设计坡在1：0.5--1：1之间，工程边坡普遍偏陡，施工期边坡稳定问题较为突出。根据地质特性掌握边坡变形失稳的机制，针对性地采取各种有效的工程措施，对于确保施工期边坡稳定，安全快速地进行高边坡施工具有重大意义。
小湾工程开挖边坡的稳定条件主要受第四系覆盖层和强风化、强卸荷岩体及近SN向的顺坡中缓倾角结构面控制，边坡主要的变形破坏型式见表1。
⑴均质边坡
均质边坡主要指断层破碎带，第四系覆盖层以及全风化岩体或碎裂岩体构成的边坡，其岩体属散体--碎裂结构，边坡稳定主要取决于其组成物质的强度，不受结构面组合及强度控制。根据组成物质的差异，其破坏面又可分为以下两种：
①似平面滑动破坏：如堆积体边坡，由于堆积体与下伏基岩面间接触带物质以砾石、粉砾和砂砾为主，强度指标最低，故堆积体整体失稳可能是沿接触带而产生滑移破坏，潜在破坏面为似平面。
②圆弧面滑动破坏：当组成边坡的物质均一时，其破坏面就可能沿岩土体内部的最大剪应力迹线产生，这种破坏面通常是圆弧型或似圆弧型的，在覆盖层中较为普遍。
⑵岩质边坡
岩质边坡是指强、弱、微风化--新鲜岩体构成的边坡，岩体结构类型主要为镶嵌结构--整体结构，边坡稳定程度主要由结构面及其强度指标控制。小湾岩质边坡的主要变形破坏形式有以下几种：
①平面型塌滑：当某一结构面的走向与边坡走向平行或接近平行，该结构面顺坡倾斜且倾角小于边坡坡角，并在边坡坡面出露，就可能以该结构面为底滑面产生平面型塌滑变形破坏。此类破坏主要发生在中缓倾角结构面发育且边坡走向与其走向平行、开挖较陡的边坡中，尤其在强风化，强卸荷岩体中，潜在滑移面的性状较差，更易发生这种变形破坏。
②扩展式平面型塌滑：边坡失稳的结构面组合形式是：近SN向陡倾角结构面作为后缘拉裂面，近EW向陡倾角结构面作为侧向切割面，顺坡向中缓倾角节理裂隙或剪切带为底滑面，边坡变形失稳首先是沿底滑面产生滑移型崩塌破坏，然后向四周扩展，并向上部发展，最后发展为扩展式的平面型塌滑破坏。
③崩塌破坏：枢纽区近SN向陡倾角结构面(断层、挤压面、节理裂隙)发育且延伸较长的地段，岩体常被切割呈层状，在这些地段开挖近SN向或近EW向高陡边坡时，较易发生倾倒型和滑移型崩塌破坏。
④楔形体滑动破坏：楔形体是由两个相交软弱面与开挖临空面组成的，如果两结构面间的交线倾向坡外，交线倾角接近或大于综合摩擦角时，楔形体就会沿交线倾向方向产生滑动破坏。交线倾角很陡时，也可能表现为坠落式破坏。
3 小湾工程右岸高边坡开挖支护施工
小湾工程右岸高边坡按建筑物功能可分为：高低缆机基础边坡，高程范围自EL.1266 M-EL.1530M,边坡高度264M;进水口边坡,高程范围自EL.1139M-EL.1340M,边坡高度201M;双曲拱坝右坝肩边坡,高程范围自EL.1000M-EL.1530M,边坡高度530M;右岸水垫塘边坡 ,高程范围自EL.1000M-EL.1245M,边坡高度245M.按边坡的地质条件可分为第四系堆积体边坡和岩石边坡，其中进水口边坡、坝肩边坡、水垫塘边坡及高低缆机基础上下游边坡均为岩石边坡，高低缆机基础后边坡为第四系堆积体边坡。施工项目主要包括：土石方明挖、预应力锚索、普通砂浆锚杆、锚筋桩、预应力锚杆、网喷等。该工程项目于2002年3月18日开工,经过两年多的艰苦施工 ,工程进展较为顺利,截止2004年8月,右坝肩边坡已开挖支护至EL.1070M高程,水垫塘边坡已开挖支护至EL.1080M高程,进水口边坡已开挖支护至EL.1170M高程;高低缆机基础边坡开挖支护早于2003年8月施工完成.与合同工期相比,小湾工程右岸高边坡开挖支护项目工期提前约半年.
堆积体边坡开挖，根据开挖层水平厚度的不同，分为机械开挖和人工开挖。一般开挖层厚度大于5米时，用反铲开挖，人工用铁锹、洋镐修坡，遇1米以上大孤石用手风钻小药量解爆;开挖层厚度小于5米时，人工开挖。如缆机基础后边坡为堆积体边坡，EL.1480M以上较薄部位采用了人工开挖，EL.1480M以下采用反铲开挖。不论是人工还是机械开挖，对于半露在预留坡面上的大孤石，如生根牢固，应予以保留，且外露部分不予爆除，以防扰动堆积体边坡。
岩石边坡开挖，除局部开挖层较薄、大型设备难以到达的边坡部位采用手风钻光面爆破外，其余均采用了深孔梯段爆破，梯段高度与上下相邻两马道之间高度相同，岩质边坡、各建筑物基础、马道等所有轮廓线上的垂直、斜坡和水平面均采用预裂爆破。水垫塘边坡EL.1150M中线路以上、右坝肩及缆机基础下游边坡EL.1425M以上，相邻两马道间高度为20米，采用一次预裂，两次深孔爆破完成该层钻爆，即预裂孔从上一马道至下一马道一次钻爆到位，爆破孔按10米一层分两次钻爆，以减小爆破震动规模。其它部位岩石边坡上下相邻两马道之间高度为15米，采用一次预裂，一次深孔爆破完成该层开挖，即预裂孔与爆破孔开孔与终孔高程相同。
每层马道上预留2米保护层，用液压钻打水平预裂孔和爆破孔爆除。
4 高边坡施工过程中采取的保证边坡稳定以及施工安全的措施
在高边坡施工过程中，受必需的施工周期以及爆破安全距离的限制，边坡开挖与边坡支护之间总是存在时间和空间差，在同一个区域内完成一层马道的开挖约需15～20天，而完成一层马道的支护往往在30～40天以上，致使开挖面往往超前于支护工作面两层马道以上，开挖边坡的大面积裸露不可避免的带来了边坡安全问题。同时在开挖区开口线以外的原始山坡上分布有大大小小、数量众多的坡面危岩，这些危岩在雨水冲刷作用下，极可能失稳下坠，给下部施工带来安全隐患。小湾工地曾多次发生过这种安全事故，造成了人员伤亡。如何确保施工期边坡稳定，保证施工设备、人员安全是施工管理者必须考虑解决的问题，在小湾工程右岸高边坡施工中，有以下几点经验：
⑴要重视对开口线以外原始边坡坡面危岩的处理。右岸开工之初，即对这些坡面危岩进行了大规模的排查，人工能清理的全部清除，人工清理不动的采用浆砌石顶托、钢丝绳拴绑、锚杆锚固等措施予以加固，基本解决了下部施工的后顾之忧。
⑵要重视对边坡开口线上下一定范围的锁口和锚固。边坡开口线上往往是具有一定厚度的全风化坡积层或者强风化、强卸荷岩体，开挖扰动后极易变形失稳。对此，要在开口线打开以前，先对开口线以外10m范围用长锚杆(Ф32，L=12m，间排距2m×2.5m)进行锁口锚固;开口线打开以后，要求按5m层高挖一层锚一层(指按设计要求进行的锚杆和网喷)，边挖边锚直至度过全风化坡积层或者强风化、强卸荷带以后再按正常层高施工。右岸开工之初，由于对这方面的认识不足，没有重视上述问题，导致开口线上多次发生小规模塌方，如2002年5月14日、5月26日、6月13日在下游边坡B、C区交界部位，7月4日、7月11日在下游边坡C区，7月20日在下游边坡A、B区交界部位的开口线上发生了多次塌方，最大一次塌方量约200方，虽然未造成人员设备损失，但砸毁了部分脚手架，影响了生产。
⑶要重视对开挖边坡的巡视检查，做好地质预报工作。大多数的边坡失稳均有一个从开裂、扩展、掉块到崩塌的过程，其时间一般约1～3天，只要加密巡视检查的频次和范围，及时发现裂缝的产生并发出警报，及时撤离下部的施工设备和人员，就可避免造成损失。如上述几次塌方，均是在巡检时发现了裂缝，并对裂缝扩展情况进行了监测，及时撤离了施工设备和人员，才未造成大的损失。
⑷要重视对不利结构面的辨识和处理。不利结构面的存在是导致岩质边坡变形失稳的主要原因，尤其是两条相交的中缓倾角结构面切割而形成的楔形体滑块(见表1)，以及倾向坡外的单一中缓倾角软弱结构面被切角以后形成的滑块(见表1)，其崩塌往往是突然发生，具有极大的危害性。如2002年8月5日发生在高缆路0+200桩号外侧的楔形体崩塌，以及2003年9月6日发生在高缆基础边坡的滑块崩塌，均是突然发生的，所幸未造成人员及设备损失。对此应引起高度重视。应在梯段爆破后的出渣下卧过程中，及时把边坡面上存在的松动岩块清除干净，防止其下坠伤人，同时请有经验的地质工程师到现场进行查勘，寻找和辨识边坡面上是否存在由不利结构面产生的各类滑块，对各类无法清理或者不宜清理的滑块，要采取对应的随机支护措施，通常用液压钻蹬渣造孔打随机锚杆(锚桩)支护以维持其临时稳定，随后再进行系统锚固。
⑸要协调好开挖与支护的关系。开挖进度要兼顾支护进度，支护要紧跟开挖，两者之间高差不能过大。小湾水电站边坡开挖与支护施工技术要求规定：永久支护中的系统锚杆和挂网喷砼与开挖工作面的高差不应大于10m;永久支护中的预应力锚索与开挖工作面的高差不应大于40m。在右岸边坡实际施工中，基本做到了坡面清理、软弱结构面的随机支护(锚杆、锚桩、喷砼)紧跟开挖面，预应力锚索工程量小，需时较少，滞后开挖面1～2个台阶(15m～30m)，系统锚杆和挂网喷砼工程量大，需时较多，滞后开挖面2～3个台阶(30m～45m)，虽与技术要求有一定出入，但综合效果基本相同。保证了边坡在相应施工期未发生大的变形失稳事故。
⑹要层层设防，防止上部滚石坠物伤人。在右岸高边坡施工中，在开口线上以及每层马道边缘，均设置了钢拦网，钢拦网高1.5m，系用脚手架管及地面锚杆做为骨架，再用铁丝网封闭。起到了上下隔离的作用，可防止上部滚石坠物伤人，同时也可防止上部施工人员坠落事故的发生，效果非常好。
⑺要重视边坡安全监测成果对施工的指导作用。边坡安全监测采用巡视检查、表面变形监测、深部变形监测、地下水位监测、锚索应力监测等手段，监视着开挖边坡的变形稳定状态，一有风吹草动，监测人员会发出边坡变形监测报告。此时要立即请设计、监理等工程技术人员共同评估变形的性质、速度及后果，制定处理措施。不管何种措施，一旦确定，都要立即投入足够的资源，按照抢险的标准，尽快完成，以遏制变形的发展，避免失稳的发生。
由于小湾电站的地势条件复杂，在开挖施工中采取多种形式安全防护措施，确保了施工期的边坡安全，在今后的施工中不断探索和改进。
《小湾水电站右岸高边坡开挖支护安全技术措施》
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文章名称： 小湾水电站右岸高边坡开挖支护安全技术措施
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