岩溶洼地高陡边坡支护设计研究

吴斌 王鸿 付君宜

【摘 要】FAST工程台址处于岩溶洼地内，场地内边坡高度大，自然坡度陡，坡面节理裂隙发育，无放坡条件，坡底部分软岩压裂，最大边坡高度131m。设计中根据实际工程地质条件，采取分级放坡+锚索横梁+锚杆+挂网+喷射砼面板的方式对各边坡进行防护治理，成功解决了FAST场地的高陡边坡治理难题。边坡开挖施工自2011年3月起，至2012年12月底，监测结果表明各边坡处于整体稳定状态。

【关键词】岩溶洼地；高陡边坡；防护治理

0 引言

中国科学院国家天文台500m口径球面射电望远镜工程 （Five hundred meters Aperture Spherical Telescope，简称 FAST）是一座在建的目前世界第一大的单口径射电望远镜工程，FAST建成后将在未来20至30年保持世界领先地位[1]。工程台址位于贵州省黔南州大窝凼，充分利用了岩溶地区洼地的独特地势，洼地原地貌见图1。

图1 FAST台址原始地貌图

FAST 将在洼地中铺设4600块反射镜组成的半径为300m的球型反射面，反射面球冠口径为500m。反射面由宽12m、位于直径506m的圆周上的50个圈梁支撑柱支撑；6个馈源支撑塔均匀分布于直径600m与圈梁同心的圆周上。

由于受圈梁及环形道路开挖平场工作影响，在场地东北侧及南侧地势较高处及1H、3H、5H、7H、9H馈源塔处形成了高大岩质边坡，部分挖方边坡高度甚至超过了100m。基于此，本文借助FAST台址开挖工程，探讨了岩溶洼地独特场地下边坡防护技术，以为岩溶地区的边坡防护治理提供参考。

1场地工程地质条件

1.1地层岩性

大窝凼为U字型岩溶洼地，地层岩性由粘土、崩塌块石堆积体、场地基岩岩性分别为三叠系中统凉水井组上、中、下三段，即T2l1白云质灰岩、T2l2含泥灰岩和T2l3白云质灰岩。

1.2地质构造

场地处于克渡向斜东翼，褶皱构造不发育，区域上的董当断层F1从场地中部呈南北向贯穿。在场地南垭口处公路已揭露了该断层破碎带和断层产状，断层破碎带宽约30m，断层产状为270°∠60°，断层角砾岩和断层泥均发育，角砾岩大小不等，被钙质胶结，局部有钙质浸染和后期溶蚀现象，破碎带中还发育次级断层及溶蚀裂隙，裂隙多被碎石粘土后期充填，断层两盘岩层产状变化较大，东盘岩层倾向北东40°～50°，倾角4°～12°，西盘岩层产状较陡，倾向为310°～320°，倾角25°～31°，两盘岩性相同。断层为张性正断层。

2边坡基本特征及分布

FAST台址位于岩溶洼地内，不具备放坡条件。为满足馈源支撑塔脚的空间需求，在1H、3H、5H、7H、9H馈源塔处形成了高陡岩质边坡；另外在开挖中心南东320m（WFBP1）处，由于陡崖段岩体受节理及卸荷裂隙的切割，岩体较为破碎，加之坡面凹凸不平及白云质灰岩与含泥质灰岩差异性风化形成的凹腔的作用，形成了许多危岩块体，大多已于母体分离，总方量约50000m3。

3 边坡稳定性分析及支护

根据勘察报告提供的岩土力学指标，结合场地岩土工程特性及岩溶地区的类似工程经验，进行了边坡的稳定性计算[2]，边坡稳定性计算选取参数见表1。

表1 边坡力学参数表

岩土（或结构面）名称 γ/（KN/m3） C/ Kpa Φ 备注

白云质灰岩 27.25 282 27.6°

含泥灰岩 25.87 242 27.6°

结构面 ---- 130 32° 结合程度一般

结构面 ---- 90 27° 结合程度差

结构面 ---- 50 18° 结合程度很差

通过边坡稳定性计算结果，开挖中心南东320m处边坡（WFBP1）边坡坡面按1：0.1放坡，每10米加设2米宽平台后边坡处于稳定状态；1H、3H、5H、7H、9H馈源塔边坡坡面按1：0.3放坡，每10米加设2米宽马道后处于边坡处于稳定状态[3-4]。各边坡的开挖和支护情况见表2。

表2 边坡开挖及支护

边坡名称 放坡特征 坡面支护

1h馈源塔边坡 边坡最大高度120m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 对坡面进行锚喷支护，坡顶及不良地质条件区域采用格构梁、錨索加固

3h馈源塔边坡 边坡最大高度23.6m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 锚杆+挂网+喷射砼面板

WFBP1边坡 边坡最大高度129.1m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 锚杆+格构锚索+挂网+喷射砼面板

5h馈源塔边坡 边坡最大高度28.1m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 锚杆+挂网+喷射砼面板

7h馈源塔边坡 边坡最大高度24m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 锚杆+挂网+喷射砼面板

9h馈源塔边坡 边坡最大高度21.5m，边坡坡面按1：0.3放坡，每10m加设2m宽平台 锚杆+挂网+喷射砼面板

注：各边坡坡面均按每20m设置伸缩缝，坡面按横纵间距5.0m梅花形设置泻水孔。

4 边坡支护效果

FAST台址处于岩溶山区洼地内，地质环境复杂，岩土种类多，因此施工过程应作为一个再勘察的过程。FAST边坡的开挖设计经历了方案设计→优化设计→施工图设计→现场动态化设计四个阶段，整体施工时间历时22个月。边坡开挖及支护满足了FAST后期安装的整体需求，确保了工程的安全运行。

5 结语

本文以FAST台址的边坡工程为背景，探讨了岩溶洼地条件下高陡岩质边坡的开挖及治理方式。总结起来，此类特殊环境下的高陡岩质边坡治理还需注意以下问题：

（1）由于坡面节理裂隙发育，岩体较破碎，再加上爆破开挖的影响，即便采用光面爆破法，也极易在坡面形成大小不一的破碎岩块。因此，为了保障施工期间的安全及后期锚喷支护的效果，必须先对坡面进行清坡处理。

（2）边坡的开挖支护务必使用信息化施工。由于前期勘察精度的限制及地质条件的复杂性，施工中应将开挖过程作为对边坡进行再认识、再勘察的过程来进行。施工过程要及时编录施工地质情况，根据施工地质情况在必要时提出反馈、变更设计建议，以实现信息化施工，优化和提高边坡支护工程的效果。

（3）做好后期边坡的绿化工作。FAST工程作为一个期望结合天坑和天文景观，以打造国际天坑天文旅游为目的的大科学项目，应作好后期边坡的绿化工作，实现工程与环境的和谐统一，达到“资源节约型、环境友好型”设计的目的。

参考文献：

[1]南仁东.500m球反射面射电望远镜FAST[J].中国科学 G辑 物理学 力学 天文学，2005，35（5）：449～466.

[2]周德培，钟卫，杨涛. 基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析[J]. 岩石力学与工程学报，2008，27（4）：687～695.

[3]徐国民，杨金和.边坡支护需考虑的因素与支护结构形式的选择[J]. 昆明理工大学学报（理工版），2008，33（4）：51～58.

[4]杨涛毅，席义明. 贵州省平塘县大窝凼FAST候选台址综合工程地质勘察方法应用效果[J].贵州地质，2008，25（2）：136～138.

贵州省科技计划项目（黔科合SY字（2014）3086）。

吴斌（1984—）男，贵州遵义人，硕士，工程师，从事岩土工程方面的技术和研究工作，550003。