长河坝水电站泄洪洞出口边坡稳定分析

陈英旭

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川康定，626001)

长河坝水电站泄洪洞出口边坡稳定分析

陈英旭

(四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川康定，626001)

长河坝水电站泄洪洞出口岸坡在1700m高程以下为陡壁，地形坡度66°～78°，随着勘探工作的深入，对出口挑坎结构布置及边坡进行了支护方案设计和比选优化。优化后，泄洪洞及放空洞边坡开挖范围和开挖高度明显减小，开挖支护工程量大大减少，更加经济可行。

出口边坡 优化设计 开挖支护 稳定计算 泄洪洞 长河坝水电站

1 工程概况

长河坝水电站系大渡河干流水电规划“三库22级”的第10级电站，采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发。泄水建筑物布置在河道右岸，由泄洪洞、放空洞组成。泄洪洞由一条深孔泄洪洞(1＃泄洪洞)和两条溢洪洞(2＃、3＃泄洪洞)组成，其主要任务是下泄大、中、小洪水。

1＃泄洪洞出口位于砂场沟上游200m处的河流凹岸，地形坡度40°～59°；2＃泄洪洞出口位于砂场沟上游侧约65m处。砂场沟垂直大渡河呈NW向发育，沟口发育有一洪积堆积物平台，该段斜坡地形较缓，坡度41°～46°；3＃泄洪洞出口位于砂场沟下游约25m处，该段斜坡在高程1700m以下为陡壁，地形坡度66°～78°，高程1700m以上地形相对变缓，坡度51°～55°。

泄洪洞出口工程部位坡体基岩裸露，岩性主要为晋宁～澄江期灰色中粒花岗岩(γ2(4))，局部穿插辉绿岩脉(βu)。据出口部位勘探平洞和地质调查资料，出口边坡下部岩体强卸荷深度16.5m～27.0m，弱卸荷深度42.5m～60.5m，无控制性软弱结构面分布，边坡整体稳定。

岩体中主要发育J7、J1、J5、J6、J8等组裂隙。其中2＃、3＃泄洪洞出口以J1、J7、J8、J5、J6等组裂隙发育为主；1＃泄洪洞出口以J1、J5、J6、J8等组裂隙发育为主，J7组裂隙发育程度相对较差。受J7、J1、J5、J6、J8组结构面的组合控制，边坡岩体呈块裂结构，局部次块状～镶嵌结构。在1＃泄洪洞出口部位边坡，以块裂结构为主，在2＃泄洪洞出水口上游侧断层密集发育带，岩体结构为镶嵌～次块状。

2 出口工程边坡设计方案比选

2.1 设计方案拟定

根据泄洪洞出口区工程地质条件，挑流鼻坎布置要求等拟定三个方案进行比较。出口边坡开挖设计采用统一协调联合开挖方式，三个方案在技术上均可行，泄洪洞出口开挖支护各方案综合比较详见表1。

2.2 方案选择

方案一的边坡规模最大，开挖边坡高，施工道路布置困难，工程量大，施工难度大，工期较长，而且存在较大的施工安全风险。

方案二及方案三在方案一的基础上，工程边坡有所抽陡，有效地降低了工程边坡工程规模，减少工程量，但是需要加强边坡支护，以保证边坡的稳定。方案三中3＃泄洪洞出口出洞点向外移动20m，形成窑洞式开挖，但因为3＃泄洪洞为扩散式挑坎，出洞点移动以后，在洞内的挑坎开挖宽度达22m，洞室变形、稳定问题突出。

表1 泄洪洞出口开挖支护各方案综合比较

三个方案在技术上都是可行的，但从泄洪洞出口边坡开挖工程的规模、施工条件、环境影响、运行维护条件及投资等因素综合考虑，推荐方案二为技施阶段实施方案。

3 推荐方案边坡稳定分析

3.1 边坡整体性稳定计算分析

泄洪洞出口边坡整体稳定分析计算采用水科院边坡稳定分析软件，计算方法为能量法。本阶段对三种工况进行了计算分析，分别为持久状况、短暂状况和偶然状况。泄水建筑物级别为1级建筑物，相应出口边坡类别为A类(枢纽工程区边坡)，级别为1级。考虑地震荷载时，基岩水平峰值加速度取0.222g。

出口区边坡J7、J1、J5、J6、J8等组裂隙按刚性结构面硬接触取值:f′＝0.55～0.65，c′＝0.10～0.15，弱卸荷、弱风化下段以上岩体中取低值f′＝0.55，c′＝0.10，弱卸荷、弱风化下段以下岩体中取中值f′＝0.60，c′＝0.125。

根据现场情况并结合地质资料分析，出口区边坡稳定性主要受J1等长大裂隙控制，出口共发育5组长大裂隙。其中，J1走向与洞轴线基本一致，且为倾坡外的中缓倾角长大裂隙，故出口边坡以内侧边坡稳定问题最为突出；J1和J7走向与洞轴线基本相同，以J1为底滑面，J7为后缘面对边坡进行计算分析。因此分别选取1＃、2＃和3＃泄洪洞纵剖面以及代表性横剖面进行稳定性计算，计算模型如图1～图3所示。

在计算模型中，底滑面倾角区最大值40°，后缘面J7倾角为80°。由于JI与J7均为成组发育，故无法准确判断具体构成的底滑面与后缘面的组合位置，经试算分析，滑块高度越大，稳定问题越突出，故底滑面滑出点取在出口开挖最低点，后缘面J7位置。根据地质条件分析，底滑面取50m长，由于J7较陡，因此计算中其角度取90°。

图1 1＃泄洪洞出口横剖面计算模型

图2 2＃泄洪洞出口横剖面计算模型

图3 3＃泄洪洞出口14－14横剖面计算模型

3.2 计算结果

各泄洪洞出口开挖后未采用工程措施，不同工况的边坡稳定计算结果见表2。

表2 出口开挖边坡稳定计算成果(未支护情况)

采取工程措施后，各建筑物出口不同工况的边坡稳定计算结果见表3。

表3 出口开挖边坡稳定计算成果(已支护情况)

由表2、表3计算结果可知，支护后泄洪洞出口边坡是稳定的。

4 结语

长河坝泄洪洞出口工程边坡规模较大，难度较高，边坡的安全至关重要，相应需要支护的边坡范围也很大，支护参数的确定对工程边坡的经济性影响较大。在保证工程安全的前提下，长河坝水电站进行了出口边坡优化及稳定计算分析。优化后边坡开挖范围和规模大大减少，缩短了施工工期，减少了工程量，节省了工程投资，初步估算共节约投资约7000余万元。该方案已施工开挖支护完毕，未出现边坡失稳现象，说明此优化方案安全可靠。

〔1〕中国水利水电科学研究院.水工建筑物抗震设计规范DL5073－2000[S].北京:中国电力出版社，2001.

〔2〕中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.水电水利工程边坡设计规范DL/T5353－2006.北京:中国电力出版社，2007.

〔3〕杨欣先，李彦硕主编.水电站进水口设计[M].大连:大连理工大学出版社，1990.

〔4〕长河坝电站泄洪洞、放空洞进出口边坡方案设计报告[R].成都:中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，2011.

TV651.3∶TU457

B

2095－1809(2016)05－0015－04

陈英旭(1985－)，男，贵州毕节人，工程师，主要从事水电工程建设管理工作。