隧洞高边坡危岩体处理方法探讨

第３８卷增刊２四　川　水　力　发　电

Sichuan　Water　Power

Vol．３８,Sulement２pp　　Nov．２０１９

隧洞高边坡危岩体处理方法探讨

()中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司,四川成都　６１０５００

摘　要:高边坡工程是一个实践性很强的学科领域,同时,也是一个各学科知识高度汇集与交融科学领域.理论与实际相结合才是解决复杂高边坡工程问题的根本所在.从我国水利工程高边坡的复杂性及学科的发展角度出发,应倡导地质过程机制分析;强调地质与工程的结合、定性分析与定量评价的结合、系统思维与不确定思维的结合.只有这样,才能不断提高我国水利工程高边坡的理论与实践水平.关键词:水利;高边坡;危岩体;处理方法中图分类号:F４０７．９;U２１３．１＋３;TU９４＋３．２

文献标识码:　B

()文章编号:增２１００１Ｇ２１８４２０１９Ｇ００８６Ｇ０５

何　克,　邹　婷

DiscussionontheTreatmentMethodofDanerousRockMassg

inHihSloeofWaterConservancunnelgpyT

,HEKeZOUTing

andhihsloeenineerinroblems．FromthepointofviewofthecomlexitfhihsloeofwaterconserＧgpggppyogp;,rocessemhasizethecombinationofgeolondenineerinthecombinationofqualitativeanalsisandppgyaggy

rationofvariousdiscilines．Thecombinationoftheorndpracticeisthefundamentaltosolvethecomlexgpyap

:H,AbstractihsloeenineerinisapracticalsubectfieldanditisalsoascientificfieldofknowledeinteＧgpggjg

th

(,,,)The５Enineerino．LTD,CRCC,ChenduSichuan６１０５００ggCg

,wvancroectandthedevelomentofdiscilineeshouldadvocatethemechanismanalsisofgeoloicalypjppyg

canweconstantlimrovethetheorndpracticelevelofhihsloeenineerininwaterconservancroect．ypyagpggypj:;;;Keordswaterconservanchihsloedanerousrockmasstreatmentmethodygpgyw

,uantitativeevaluationandthecombinationofsstematicthinkinnduncertainthinkin．Onlnthiswaqygagyiy

１　工程概述

双江口水电站工程为一等大(型工程.枢１)纽工程由拦河大坝、泄洪建筑物、引水发电系统等组成.拦河土质心墙堆石坝,最大坝高３坝１４m,顶高程２５１０．００m.枢纽泄水建筑物包括洞式溢洪道、深孔泄洪洞、利用施工后期导流洞改建的竖井泄洪洞和利用施工中期导流洞改建水库放空洞,洞式溢洪道、深孔泄洪洞、放空洞布置于右岸,竖井泄洪洞布置于左岸.引水发电系统布置于左岸,发电厂房采用地下式,厂内安装４台立轴混流式水轮发电机组,采用“单机单管供水”及“两机一室一洞”的布置格局,包括进水口、压力管道、主厂房、副厂房、主变室、出线场、尾水调压室、尾水隧洞及尾水塔等建筑物.工程三大主体“泄洪系统、引水发电系统、土质心墙堆石坝”涉及到大量高边

收稿日期:２０１９Ｇ０９Ｇ１４

坡施工,由于地貌成型原因,边坡上或多或少均存在堆积体或不稳定组合块体.本文结合双江口水电站泄洪系统已处理完成的３处边坡危岩体进行高边坡危岩体处理方法探讨.２　高边坡岩体分类

双江口水电站区内地层岩性为似斑状黑云钾

长花岗岩和二云二长花岗岩,其间穿插有一系列伟晶岩脉,与其多呈焊接接触,局部分布的煌斑岩脉接触面往往产生错动蚀变.岩石总体坚硬完整,强度和抗变形指标较高,具良好的工程地质特性,但其间发育的伟晶岩脉颗粒间胶结连接力弱,强度相对较低,岩体地应力高.

针对双江口水电站工程高边坡的具体情况,按«水电水利工程边坡工程地质勘察技术规程»对工程区边坡岩体分为CSMR边坡分类要求,

).见表１Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类(

　８６SichuanWaterPower何　克等:水利隧洞高边坡危岩体处理方法探讨２０１９年增刊２

３　高边坡危岩体处理方案３．１　洞式溢洪道进口边坡危岩体

岩石单轴

饱和抗压强度Rb/MPa

３．１．１　地质状况

洞式溢洪道进口部位基岩裸露,岩性为燕山

表１　边坡岩体工程地质分类表

完整性

结构面条件

延伸

长度/m１~３

风化

程度

边坡

岩体岩体总评

状透水率分/质量

CS

态/LuMR湿

０．１~１６１~８０好润地下水条件

岩体类别

岩体特征

结构面粗糙充填物张开度

RQD间距

/度mm/mm/cm

＜５(硬)

＜０．１

稳定

坡比

Ⅱ

微新较完整花岗岩体.块状结构为主少量次块状结构.弱卸荷、弱风化下段似斑状钾长花岗岩、二云二长花岗岩及裂隙发育的微新岩体、伟晶岩脉.镶嵌结构为主少量次块状结构.

强卸荷、弱风化上段似斑状钾长花岗岩、二云二长花岗岩.块裂结构为主少量碎裂结构.

强卸荷带松动岩体、断层破碎带.碎裂散体结构.

７０~８０７５~９０５０~１００粗糙

微新

１∶０．３~

１∶０．５

Ⅲ６０~７０５０~６０１０~５０较粗糙

弱风化潮中＞５

０．１~１３~１０１~１０４１~６０

(硬)下段湿等１∶０．５~

１∶０．７５

Ⅳ３０~６０２５~５０５~３０光滑

弱风化滴＜５１∶０．７５~

１~５１０~２０１０~１００２１~４０差

(软)上段水１∶１＞５(软)

弱~滴

＞１０００~２０

强风化水

１∶１~１∶１．２５

Ⅴ＜３０＜２５＜５

擦痕

镜面

＞５＞２０

很

差

晚期二云二长花岗岩,穿插有伟晶岩脉,二者呈焊接接触,岩石致密坚硬.进口上游侧２６m外有岩体结构总体以块状结构为主,次为次块状―镶嵌结构,主要为Ⅲ类岩体,边坡现状整体稳定.

洞式溢洪道进口边坡无控制边坡稳定的长大一崩坡积物堆积区,分布高程为２３８０~２６６０m.

软弱结构面分布,设计阶段经极限平衡分析表明边坡现状整体处于稳定状态,块体稳定性分析表明边坡存在不稳定组合块体.在进口洞挖施工期间根据现场巡视和调查发现边坡开口线外２６９０),图１~２７８５m高程段存在一凸出危岩体区域(且已发生掉块和碎石滚落现象,直接威胁到下方施工人员及机械设备安全.

３．１．２　处理方案比选

首先考虑常规处理方案.第一种常规思路为:危岩体全部爆破清理,直接消除隐患,然后将裸露坡面进行锚网喷防护

[１]

为:根据危岩体裂隙发育情况,对较大块体采用较小块体采用９２０~５０m预应力锚索进行加固,

[]

~１２m长锚杆进行固定２.初步预估工程量分或者２m;０~５０m预应力锚索１５０束,９~１２m

２

.第二种常规思路

长锚杆５包含防护措施)分别为０根.方案投资(约８０万元和２５０万元.

再考虑两种方案对工程整体施工的影响.第

图１　洞式溢洪道进口边坡危岩体示意图

一种方案影响:爆破方量巨大,且危岩体高度非常高,高出洞口施工便道２２０~３１０m.一旦实施爆破,飞石波及范围将会非常广,可能直接摧毁边坡下方施工设备和便道下方可尔因沟排水洞施工及

　８７SichuanWaterPower　

别为:石方爆破３５锚网喷面积至少２０００m３,００

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四川水力发电

２０１９年１１月

防护设施;还可能造成临近山体出现裂缝或直接塌落,以及整个爆破影响区山体大小浮石全部下

３]

.爆破施工完成后,落[还需再次清理危岩体附

/、有四组:①N３０°~５１°WSW∠４２°~５１°②N６０°

/、/~７７°ESE∠３７°~６４°③N３５°~６３°WSW∠７５°、/,裂面多锈~８８°④N２０°~５０°ESE∠２１°~３５°染,个别夹泥.坡脚分布一小型崩坡积堆积体,堆积高程２２６０m~２３１０m.边坡岩体主要为次块状~镶嵌状结构,主要属Ⅲ类.

设计资料稳定性分析表明,边坡整体稳定.

近松动体,清理和防护时间加上石渣外运时间,预计将使进口已开展的两个洞挖工作面直接停工７,再次增加损失超过８~１０d０万元.第二种方案

影响:施工时间较长,而且技术难度较大,投资较大.在几乎垂直的危岩体表面进行周期较长的潜孔钻钻孔和锚索安装、注浆、张拉等施工,即使搭但因局部存在不利组合块体,加上风化卸荷影响,块体稳定性差,有产生小规模块体滑塌、崩塌失稳设支架还是存在较大的安全风险.

．１．３　实施方案确定

经参建各方再次现场确认和调查,再结合前期地质勘查资料,最终确认该处危岩体裂隙较不发育,整体性较好,亦属于Ⅲ类岩体.重点考察分析了凸出危岩体与山体相交部位的受力破坏可能性,评价了危岩体整体稳定性.再结合施工难易程度、经济性以及安全性和今后洞式溢洪道进口建筑物的运行安全,最终决定采取如下措施对该处危岩体进行治理.

对危岩体采用主动防护网(行防护.防护网施工前,须对已松动岩体进行清GTC－６５B型)

进撬;不具备清撬条件的较大危岩,可采用少量锚杆进行锚固.防护施工完毕后,应安排专人定时对危岩体进行巡视,尤其是雷雨天气后要增加巡视次数

[４]

降低了对施工环境的影响.该处理方法既兼顾了安全性.

、经济性,也

．２２　竖井泄洪洞出口边坡危岩体．．１竖井泄洪洞　地质状况

出口边坡走向坡度S８０°E,

地形自然大渡河主流流向呈３８°~５７°,出口轴线方向为边坡在高程２２９５．０１０m５°夹角.竖井泄洪洞出洞脸S６６°４７＇５６＂E,与以下设计直立开挖,

高程高约２９５．００m以上开挖设计坡比１∶０．５

,最大开挖坡每６３m,两侧岩石边坡开挖设计边坡比１∶０．５,段后接挑流鼻坎２０m高设置一条马道,宽(竖１２m６２m~.竖井泄洪洞明渠挑坎起始高程２２５１８．３m＋０６,１挑坎顶高程１．１＋２３２１５８７．４０．９９２m~),２６４竖井泄洪洞出口部位基岩为燕山早期似斑状１．６m,斜切扩散挑坎段长５０m.

黑云钾长花岗岩,穿插伟晶岩脉,多呈焊接接触,在出口内侧坡脚发育小型断层W/f产８８SW∠３５°~４０°,据SPD３１平洞揭示２４,状,主要裂隙为N４５°SichuanWaterPower的可能,需有相应的支护处理措施.

竖井泄洪洞出口边坡在开挖过程中发现边坡开口线附近存在一规模较大的危岩体群,顺水流方向范围桩号约(竖)(分布高程约２２８５~２３１＋４１０m４１)m~,如图(竖２)１所示＋１.８１m

图．２．２　２　竖井泄洪洞出口边坡危岩体示意图

方案的研究决定

因为该处危岩体群的块体都较大,最初的设想是采用弱爆破将危岩体逐步爆破分解并清理,然后对揭露出的新鲜边坡地质情况进行判断并确定边坡深层支护形式.但现场调查后发现该处危岩体群靠山侧连接处存在数处裂缝,还可能存在贯通裂缝;该处危岩体群位于泄洪系统标竖井泄洪洞出口与引水发电标进场交通洞进口交接处,且位于交通洞侧上方;危岩体群所在边坡下方为当地主要交通道路,道路紧靠大渡河;危岩体下方正对１＃导流洞出口位置.

综上所述,若爆破施工可能引起的后果有:爆

破飞石对引水发电标进场交通洞洞口设施造成破坏,对其施工造成直接影响甚至导致停工;中断当地交通道路并引起村民纠纷,造成社会的不稳定因素,同时还增加了大量的协调费用;还可能造成石渣入河,堵塞当前整个工程的唯一一条导流洞,

３３３３２２　何　克等:水利隧洞高边坡危岩体处理方法探讨２０１９年增刊２

引起河水上涨淹没上游大坝施工标的设施,甚至导致前期大坝压重区填筑料不合格而返工,由此

]５

.造成的损失难以估计[

护网范围内的松动碎裂岩体和块碎石土,无法清除的大块孤石,采用锚筋束进行固定,锚筋束参数为３２８,L＝９m.φ

()该区域边坡喷C厚１钢筋２５cm,２５混凝土,

,网φ系统锚杆φ６．５＠１５cm×１５cm,２８L＝６m和经过多方调查论证,参考了猴子岩水电站的

施工经验,创造性地使用了坡顶裂缝灌水法使危岩体前缘部分松动岩体自然滑塌.灌水持续时间为３危岩体滑塌后边坡照片如图３所示.０h,

,间排距为１梅花型间隔布置.３２L＝９m,．５m,φ

(),高程２３设置排水孔φ３１５m以上坡面:５０图３　灌水后部分危岩体滑塌后照片

根据现场调查及该前缘危岩体滑塌后揭露的情况,其地质条件如下:后缘边坡为强卸荷岩体,主要受三组裂隙切割控制,∠~２面３mm０~３０,结构,

°面间距,平直粗糙参数３~按５Am,延伸长度J１型,局支部护夹取岩１:０N５０~６０°值屑~;,２０m属刚,

性微张E/SE结构１mW/SW∠３５~４５°,平直粗糙,延伸J长２:度N４１０~５０~２００

°属软弱结构面,

微张１~３mm,结构面参数按,间距１~２m６５~７５°W/,起B,型局部夹泥支护取、值岩屑;伏粗糙,延伸J,３:

岩屑０~２,０m属软,张开SW∠弱结５构~７面１００mm~８０°

,结构,面间距参数０．５按~１m,夹泥长度、支护类型详情见表B型支护取值.各类参考析,边坡存在以下可能的滑移模式２:.以据裂地隙质分J为底移面组合J２为底移面的潜在滑移;以裂隙３和的潜在滑移、倾倒;以裂隙的潜在滑移.

J３和JJ２１为底移面组合．２．３　实施方案及措施根据分析,为保证施工期安全及永久运行期边坡稳定,需对该区域边坡顺水流向范围桩号约

(m竖)

进行加固处理)１＋１４１~竖１＋１８１(分布高程２２８５~２３４０(１

)清除边坡表面以及开口线以外至被动防,具体措施如下:入岩下坡面６．０:设置排水孔m,间排距３．０m,仰角５°;高程２３１５m以

１３．０m交错布置,间排距φ５０,３入岩６仰角．０m和.φ７６

,入岩排预应力锚索(４)在２２９P５＝m１０、２３．０m,５°

００k００Nm高程分别设置共,L＝３０m错布置,间距/交２高程分别设置共５mL＝３０m(５

)在本区域开口线以外设置截水沟/３５m,２,俯角排预应力锚索１０°;在２３交错布置,间距１０mP１５３５m,＝m,１０、２３俯角００k３０Nm、被动防１０°.,护网,并进行E类支护,滑塌边坡开口线至上方被动防护网间的坡面采用护网进行防护,根据地质条件局部采用GTC－６５B型主动防６mφ２８,L＝

随机锚杆进行加强支护.际地形适当调整(６

)处理范围及锚索具体位置可根据现场实.

３３．３．３　．１３＃导流洞进口边坡　边坡状况

岩裸３＃导流洞进口地形自然坡度约露,为似斑状黑云钾长花岗岩,２伟８°晶~３岩５°

脉,基发育,岩体较坚硬完整,闸室基础多置于弱风化下段~微新岩体上,

主要为形指标可满足闸室基础要求Ⅲ类岩体,地基承载力和变.

根据现场踏勘情况,线位于下游沟的上游侧坡３

＃

导流洞进口边坡开口,坡面表层为松散堆积层,见部分散乱孤石,下部基岩风化较强,岩体较破碎,该部位位于进水塔及其引渠上方,对前期施工及后期进水塔安全运行存在一定威胁.开口线下游侧为一冲沟,沟底地形较陡,常年流水,沟内见弃渣堆积、覆盖层具一定厚度,雨季降雨量增大时可能发生泥石流;两侧边坡有孤石及少量危岩体,自稳性较差,对施工期人员人身安全存在威胁.

３．３．２　施工方案

由于该处边坡施工干扰相对较少,直接对原地面堆积层及危岩体进行调查后即确定了以下施工方案.处理方案示意图见图４.

SichuanWaterPower　

　８９N１３第３８卷总第２１０期

四川水力发电

表２　各类参考支护参数

支护参数

２０１９年１１月

支护类型

A类支护

普通砂浆锚杆φ间排距２．梅花型间隔布置.２５,L＝４．５m和φ２８,L＝６m,０m,

喷混凝土C厚１挂钢筋网φ２５,０cm,６．５＠１５cm×１５cm.

.排水孔Φ入岩４．间排距３．仰角５５０,０m,０m,°

锚索、锚杆束另行专项设计.普通砂浆锚杆φ间排距１．梅花型间隔布置.２５,L＝４．５m和φ２８,L＝６m,５m,喷混凝土C厚１挂钢筋网φ２５,０cm,６．５＠１５cm×１５cm.

.排水孔φ入岩４．间排距３．仰角５５０,０m,０m,°

锚索、锚杆束另行专项设计.普通砂浆锚杆φ间排距１．梅花型间隔布置.２８,L＝６m和φ３２,L＝９m,５m,喷混凝土C厚１挂钢筋网φ２５,５cm,６．５＠１５cm×１５cm.

,,,.排水孔φ５０入岩４．０m间排距３．０m仰角５°

、.锚索锚杆束另行专项设计

清坡:清除危石、松动岩块;开口线外设一排锁口锚杆束３间距２m;喷混凝土２８,L＝９m,φ

,厚１根据地质条件随机挂网和设随机锚杆(束)排水孔φ入岩４．间排距C２５,０cm,５０,０m,

仰角５３．０m,°马道锁口普通砂浆锚杆一排:间距２m,喷混凝土C厚１２５,L＝４．５m,２５,５cmφ

备　注

适用于Ⅲ类边坡

B类支护

适用于Ⅳ、Ⅴ类边坡

C类支护D类支护E类支护

适用于洞脸垂直边坡

适用于马道及马道锁口适用于边坡开口线至被

动防护网区域

体所处边坡的地质情况、边坡自身的稳态评估;边坡所处的社会环境和自然环境;加固措施的受力情况以及安全性评估;施工的经济性和施工难度.

高边坡工程是一个实践性很强的学科领域,同时,也是一个各学科知识高度汇集与交融的科学领域.理论与实际相结合才是解决复杂高边坡工程问题的根本所在.从我国水利工程高边坡的复杂性及学科的发展角度出发,应倡导地质过程机制分析;强调地质与工程的结合、定性分析与定量评价的结合、系统思维与不确定思维的结合.只有这样,才能不断提高我国水利工程高边坡的理论与实践水平.

参考文献:

)该部位开始施工前应先实施沟水引排措　　(１

施,修建蓄水池将沟水引至上游涵洞排放,引排措施应充分考虑汛期冲沟流量增大的情况.()下部施工前应对上部危险区域内松动岩２

石进行人工清撬,排除易受扰动的滚石隐患.()对开口线上部裂隙发育的强风化岩石边３坡,无法清撬的坡面采用φ２８、L＝６m随机锚杆进行锚固;对无法直接处理且随机锚杆无法达到锚固效果的大块孤石采用３２８、L＝９m随机锚φ筋束、浇筑混凝土垫块等措施进行加固.()设计蓝图要求的边坡开口线被动防护网４

补充延伸至冲沟下游侧.

()边坡开挖施工期间需加强巡视,密切关注５

周边岩体稳定性.４　结　语

水利隧洞高边坡危岩体处理主要考虑以下几

图４　处理方案示意图

[]赵静波,吴学民．预应力锚索加固边坡应用及稳定性１　高谦,[]]云南元江边坡预应力锚索地梁设计与施工[水文２　章建华．J．[]郑桂斌．我国水利水电工程高边坡的加固与治理３　马连城,[]]水利水电岩质边坡的加固技术综述[广西水利水４　翟才旺．J．[]]浅谈水电工程高边坡稳定问题的解决方法[黑５　聂新华等．J．

龙江水利水电工程技术学校,２０１１年１２８期:７７．作者简介:

),何　克(男,甘肃山丹人,工程师,工学学士,现于中铁建大１９８７Ｇ

桥工程局集团第五工程有限公司从事项目技术管理工作;事水电工程建设技术和管理工作．

),邹　婷(女,湖北天门人,工学硕士,助理工程师,主要从１９９２Ｇ

(责任编辑:卓政昌)

电,２００２．

[]水力发电,J．２０００．地质工程地质,２００３．]分析[矿业工程,J．２００４．

个方面:危岩体本身的岩性、自身的稳定状态;危岩体和边坡之间的关系,连接处的稳定性评估;危岩

　９０SichuanWaterPower