天花板水电站厂房后边坡开挖应急处理措施的地质分析

于立宏，付长明，李前廷，谭金龙

（中国水电顾问集团北京勘测设计研究院，北京 100024）

0 引言

天花板水电站地面厂房位于牛栏江右岸，厂房后边坡走向NE14.5°，高102 m，长150 m。开口线最高高程为 1 062 m，分别在 975、995、1 110、1 130 m高程处设置了4层马道，其中960～975 m高程段为直立坡，采取每5 m的梯段进行边开挖边支护的处理措施，并设置了2条工程监测断面，对边坡施工以及今后运行进行时时监测。支护采用喷混凝土 （厚8 cm）、挂网 （φ16钢筋、 间距20 cm×20 cm）、 锚杆 （2 m×2 m梅花形布置， 深6～8 m）、锚索 （6 m×6 m梅花形布置，长45 m，1 000 kN，仰角10°）等联合方式。

边坡开挖到990 m高程时，监测数据出现明显异常现象，6个多点位移计所测变形数据较大，且数据迟迟不收敛；5个锚杆应力计应力变大趋势明显，其中1个锚杆应力计已出现了超量程现象；990～1 010 m高程正在进行支护的工作面上可见沿层理面已张开的现象。为此，对工程地质情况进行了分析。

1 工程地质条件

该区河谷呈 “V”形，两侧山体高2 600～3 100 m， 厂区地形坡度 38°～40°。 覆盖层厚 3～5 m，主要为碎块石土，呈松散～密实状态。基岩为震旦系下统澄江组砂岩夹泥质页岩，岩石呈弱风化状态，岩层层理较稳定，层理产状为NE60°SE∠73°。砂岩强度较高，单轴饱和抗压强度达40 MPa，层理间距20～40 cm；泥质页岩为砂岩夹层，层厚3～5 cm，每层间距20～40 cm，岩石强度低，性状差，遇水软化。边坡内未见断层等大的结构面发育，裂隙主要发育两组：①NE60°SE∠73°顺层理发育，间距20～40 cm，面平直粗糙，延伸长，闭合；②NW290°～310°SW∠75°～80°面平直粗糙， 闭合， 断续延伸。其中，①组最为发育。受裂隙切割的影响，泥质页岩岩体破碎。地下水类型为基岩裂隙水，接受大气降水补给，向牛栏江排泄。

2 厂房后边坡稳定性分析

岩层走向与边坡呈35°～45°相交，岩层倾向山里，该边坡为一稳定结构。前期工程地质测绘、钻探、物探、洞探等勘察工作和边坡、调压井区、压力管道、引水隧洞等处的开挖揭露显示，厂房后边坡岩体内不存在大的顺坡向结构面，边坡后缘山体也未见顺坡向拉张裂缝发育，且边坡开挖的范围有限。所以，厂房后边坡沿某一已存在的固定面发生滑动破坏的可能性不大。尽管泥质页岩工程地质性状差，但砂岩强度高，其单轴饱和抗压强度达40 MPa，且砂岩占整个厂房后边坡岩体的绝大多数，此时1 010 m高程以上的浅层支护已完成，浅层岩土体在支护作用下已形成与岩体紧密结合的一个整体，产生突然滑动破坏的可能性不大。

由于调压井及压力管道、引水隧洞的开挖与形成导致岩体应力非常复杂，边坡表层受到了复杂的浅表层改造作用，岩体应力进行了复杂的重新调整，岩体发生了一些卸荷反应，出现了一定的松弛现象，边坡产生了一定的蠕变。在这个变化过程中，一些强度低的岩石，尤其是泥质页岩发生了破坏，一些结构面也因发生了破坏而张开，雨水更容易进入到岩体内部，加强了边坡岩体与雨水的联系，加大了地下水的运动与循环，加快了泥质页岩性状变差的速度，泥质页岩破坏和软化的范围扩大，泥质页岩的破坏和软化导致砂岩要承担更多的应力。同时，受到自重、地下水、边坡应力等影响，泥质页岩将被压缩或向下方和坡外蠕变；而支护的不均一和不及时以及大部分锚索支护还未完成等原因，不利于边坡稳定的应力应变未被及时制止，边坡向临空面变形，最终出现了上面所述的监测数据异常以及在一些工作面上可见到层理面张开的现象。边坡出现的异常主要是泥质页岩结构变化、锚索支护滞后等综合原因引起边坡浅表层局部岩体发生变化所致。因此，改善边坡应力环境，抑制泥质页岩被破坏变动是保障边坡不发生变化的关键。

3 工程应急处理

（1）迅速在高程990～998 m坡角回填碎块石土，将坡角保护好，以降低边坡应力应变调整幅度。

（2）在原有两条监测断面之间，即桩号厂左0+44.25处增加一条监测断面，加强工程监测，以指导施工。

（3）完成990 m高程以上锚索和排水孔施工后，再进行990 m高程以下的施工。

（4）边坡开挖梯段由5 m改为2 m，以减少对边坡岩体的扰动程度。完成该梯段所有支护和排水孔后，方可再进行下一梯段的工作。

（5）尽快完成未施工的锚索。

4 结语

边坡经过应急处理后，各种异常现象均未进一步发展，监测数据很快就回到正常值范围内，工程进展过程中也未再出现新的异常现象。目前，该边坡已安全运行近3年，边坡表面观察和监测资料均未见异常现象。这些说明工程处理措施是成功的，工程地质分析是正确的。对厂房后边坡异常现象的科学分析，及时、妥当的工程处理，保证了厂房后边坡的稳定，保障了天花板水电站的顺利进行。