立洲水电站调压井深厚覆盖层边坡治理设计

，，

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳，550081)

立洲水电站调压井深厚覆盖层边坡治理设计

韩纯杰，贺双喜，赵继勇

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵阳，550081)

立洲水电站位于四川省凉山彝族自治州木里藏族自治县境内，电站采用混合式开发，开发任务以发电为主，电站装机容量355MW，枢纽工程由碾压混凝土双曲拱坝、右岸地下长引水隧洞及右岸地面发电厂房组成，引水隧洞长16.7km，调压井高138.50m，内径21m，顶部开挖直径达到27.4m。由于地形地质条件及厂房位置制约，调压井位于厂房西侧山脊上，南侧为龚家沟，北东及东侧为木里河，地形均自然坡度25°～40°，地质勘查显示，调压井边坡覆盖层较厚，最大厚度达20m～38m，且组成物质复杂。施工阶段从开挖支护方案、边坡稳定计算分析、施工布置、征地范围、环境保护及水土保持、工程不可遇见因素等方面综合比较，采取“弱卸载+强支护”治理方案，开挖坡比达1∶0.75，边坡开挖高度由130m降至55m，极大程度的减少了调压井边坡开挖和处理范围，保证了调压井边坡稳定，确保了后期调压井井筒施工安全，可为类似深厚覆盖层调压井边坡处理提供参考。

深厚覆盖层 边坡治理设计 调压井 立洲水电站

1 工程概况

立洲水电站系木里河干流水电规划“一库六级”的第六个梯级。水库正常蓄水位2088.0m，死水位2068.00m，校核洪水位2090.38m，具有不完全年调节性能；最大坝高132.0m，电站装机容量355MW，开发任务以发电为主。

立洲水电站引水隧洞长16.7km，调压井布置在引水隧洞末端，位于厂房西侧山脊上，南侧为龚家沟，北东及东侧为木里河；调压井区覆盖层分布较广，靠龚家沟一带偶见基岩露头。覆盖层为残坡积(Qedl)碎石土，厚度20m～38m。下伏基岩为三叠系上统曲嘎寺组(T3q)薄层、极薄层板岩、砂质板岩夹砂岩。

由于立洲电站引水发电系统规模较大，调压井施工处于施工关键线路上，调压井边坡开挖支护设计属于调压井的重要组成部分，因此有必要深入研究其治理措施，选择安全可靠的设计方案。

2 基本资料

2.1 边坡分级和设计安全系数

结合立洲水电站主要建筑物级别划分情况，调压井边坡按照2级枢纽工程区边坡进行设计，各工况控制安全系数标准如下：持久工况(天然)安全系数K=1.20，短暂工况(暴雨)安全系数K=1.10，偶然工况(地震)安全系数K=1.05。

2.2 物理力学参数

根据前期地质勘查资料和开挖揭露地质情况，调压井边坡土体物理力学参数建议值见表1。

表1 调压井边坡土体物理力学参数建议值

3 边坡治理方案设计

结合调压井边坡位置和地形地质条件，初步拟定“强卸载+弱支护”治理和“弱卸载+强支护”治理两个方案并进行比较。通过开挖支护设计、边坡稳定分析、施工条件、征地范围、环境保护等方面综合对比，选择较优的治理方案。

3.1 “强卸载+弱支护”治理方案

从井筒顶高程2150m开挖至高程2170.0m，岩石开挖边坡为1∶0.5，每隔15m设一级马道；高程2170m开挖至高程2200m，开挖边坡为1∶1；2200.0m以上覆盖层采用1∶1.5开挖边坡，每隔15m设一级马道，开挖至地面线。开挖边坡最高约130m。开挖边坡支护措施：基岩边坡采用喷锚支护措施，系统锚杆Φ25@3m×3m，L=6m，梅花型布置。覆盖层边坡采用混凝土框架护坡+6m锚杆+框格梁草皮支护。经复核，边坡稳定计算成果见表2。

表2 边坡计算成果

3.2 “弱卸载+强支护”治理方案

首先确保施工期临时稳定情况下，尽量选择较陡开挖坡比，经过初步分析，开挖坡比采用1∶0.75，从井筒顶高程2155m起坡，在高程2170.00m、2190.00m设置3m宽马道，开挖坡高约55m，开挖边坡外5m处设置一道截水沟。边坡主要采用抗滑桩、锚索、锚杆、混凝土贴坡进行加固处理。边坡稳定计算成果见表3、表4。

表3 边坡稳定计算成果(开挖后未支护)

表4 边坡稳定计算成果(开挖支护完成)

3.3 治理方案选择

3.3.1 方案可行性和合理性分析

“强卸载+弱支护”方案和“弱卸载+强支护”方案边坡稳定安全系数均满足规范要求，“强卸载+弱支护”方案开挖范围较大，最大坡高超过130m，施工期和运行期不可预见因素较多，“弱卸载+强支护”方案开挖范围小，最大坡高55m，技术可行性和合理性较优。

3.3.2 施工方面

“强卸载+弱支护”方案施工范围较大，边坡高而陡，施工难度大，工期较长；“弱卸载+强支护”方案施工范围较为集中，施工难度相对较小，工期较短。

3.3.3 征地、环保及水土保持方面

“强卸载+弱支护”方案征地范围约3万m2，“弱卸载+强支护”方案征地范围约0.7万m2，明显减少。“强卸载+弱支护”方案大面积开挖将对植被和环境造成严重破坏，“弱卸载+强支护”方案明显减少了开挖范围、弃渣量，对环境保护及水土保持明显有利，简化了环境保护及水土保持工程治理措施。

综上所述，由于调压井边坡覆盖层较厚，物质组成复杂，“强卸载+弱支护”方案施工期、运行期不可预见因素多，安全风险相对较大，对环境破坏影响较大，相应可能增加的工程措施较多。因此推荐“弱卸载+强支护”方案。

3.4 三维有限元计算复核

为进一步验证边坡治理方案的合理性，采用三维有限元法对“弱卸载+强支护”治理方案进行计算分析，有限元模型铅直向下取至高程1810m，底板以下基岩厚度约200m，铅直向上延伸至地表；以调压井圆心为原点，沿引水隧洞方向向上游取210m，向下游取250m，垂直引水隧洞方向左右两侧各取140m。X轴：沿引水隧洞方向(上下游侧)，方位N56.2°W；Y轴：垂直引水隧洞方向(左右侧)，方位N3°E；Z轴：铅直向。见图1、图2。

图1 调压井三维有限元整体网格

图2 调压井边坡有限元网格

通过三维有限元分析计算，天然工况下边坡处于稳定状态，施工期和运行期高程2155m平台边坡和井筒边坡(高程2146m以上)的点安全系数均大于1，且有一定富余，见图3、图4、图5。另外，施工期、运行期和地震工况的塑性区分布范围都较小，因此，在目前设计的支护条件下，边坡的稳定是能够得到保证的。

图3 施工工况点安全系数

图4 运行工况点安全系数

图5 地震工况点安全系数

3.5 边坡治理设计

根据边坡稳定计算成果，综合考虑地表截排水、削坡减载、抗滑桩、锚索等措施对其进行分区综合治理。具体分区支护措施为(见图6)：

图6 “弱卸载+强支护”方案计算剖面及分区支护示意

(1)高程2215m设置9根抗滑桩，间距7m，抗滑桩断面2.5m×3.5m，每根桩顶设置2根1000kN级预应力锚索，俯角10°；

(2)A区：C20混凝土框格梁，间排距2.5m，截面40cm×40cm；Φ28自钻式节点锚杆，L=9m，间排距2.5m，外露0.3m，垂直坡面布置；挂钢筋网φ8@20cm×20cm；喷混凝土C20，厚10cm；1000kN预应力锚索，间排距5m，φ50mm排水孔，L=5m，仰角10°，梅花型布置，与锚杆间隔布置，间排距3m；

(3)B区：C20混凝土护坡，厚度40cm，锚杆Φ25，L=4.5m，Φ28、L=9.0m，间排距3m，外露0.3m，梅花型交错布置。基岩边坡采用砂浆锚杆(覆盖层边坡采用自钻式锚杆)；1000kN预应力锚索，间排距3m～5m，φ50mm排水孔，L=5m，仰角10°，梅花型布置，与锚杆间隔布置，间排距3m；

(4)C区：C20混凝土护坡，厚50cm；锚杆Φ25、L=4.5m，Φ28、L=9.0m，间排距3m，外露0.3m，梅花型交错布置。基岩边坡采用砂浆锚杆(覆盖层边坡采用自钻式锚杆)；φ50mm排水孔，L=5m，仰角10°，梅花型布置，与锚杆间隔布置，间排距3m；

(5)D区：C20混凝土框格梁，间排距2.5m，截面40cm×40cm；Φ25自钻式节点锚杆，L=4.5m，间排距2.5m，外露0.3m，垂直坡面布置；挂钢筋网φ8@20cm×20cm，喷混凝土C20，厚10cm；φ50mm排水孔，L=5m，仰角10°，梅花型布置，与锚杆间隔布置，间排距3m。

3.6 监测设计

3.6.1 监测设计

为掌握边坡变形趋势，及时发现异常情况，预防事故发生，调压井边坡布置了变形和支护监测仪器。其中布设多点位移计6套、测斜孔3套，1000kN的锚索测力计5套、土压力计6支、钢筋计10支、锚杆测力计3支。通过采集监测数据并分析，可以验证边坡治理方案的合理性，及时调整支护参数，保证施工安全，为工程优化设计和永久安全运行提供支撑数据。

3.6.2 监测数据分析

截至目前，调压井边坡各类监测仪器测值变化趋势稳定，未发现明显异常；当前，各测缝计(裂缝计)实测开合度介于0.01mm～0.04mm，各部位衬砌与基岩接触良好，未发现有明显的张开现象；边坡抗滑桩内埋设的钢筋计实测应力介于12.21kN～30.99kN，结构应力均较小且发展趋势平缓；边坡抗滑桩内埋设的土压力计当前实测压力介于0.35MPa～0.13MPa，近期压力变化过程线发展趋势稳定；锚索测力计大部分荷载损失率均在10%以内，处于正常衰减范围之内。

综上，调压井边坡处于稳定状态。

4 结语

立洲电站调压井边坡覆盖层较厚，组成物质复杂。施工阶段从开挖支护方案、边坡稳定计算分析、施工布置、征地范围、环境保护及水土保持、工程不可遇见因素等方面综合比较，采取“弱卸载+强支护”治理方案，开挖坡比达1∶0.75，边坡开挖高度由130m降至55m，极大程度的减少了调压井边坡开挖和处理范围，保证了调压井边坡施工期稳定，为后期井筒施工创造了有利条件。

TV554.4∶TV732.5

B

2095-1809(2017)05-0084-04

韩纯杰(1981-)，男，云南昆明人，高级工程师，主要从事水利水电工程设计工作。

■