某水电站进厂交通洞洞口多岩层高边坡稳定分析

刘 红 霞

(杭州市水库管理服务中心，浙江 杭州 311122)

1 工程概况

某水电站位于云南省，流域共建有4座梯级电站，该电站为其中最下游一级电站。由于下游电站蓄水发电后，其水库回水将淹没该电站的尾水系统、地下厂房及部分引水隧洞，因此需要在上游电站蓄水前对被淹没的引水发电系统进行复建。复建电站总装机容量130 MW，单机容量32.5 MW。电站复建工程主要由原电站首部枢纽、引水隧洞，新建压力管道、尾水隧洞、地下厂房、出线场等建筑物组成。

进厂交通洞进口布置在省道S303内侧，进洞口高程970.50 m，进厂交通洞洞口边坡以1 000 m高程马道为界共分上下两级，一级为原省道S303开挖边坡，边坡坡比近似为1∶0.75；为尽量减少对边坡的扰动，二级边坡坡比初拟为1∶0.75，边坡总高度达60余米。

2 边坡地质条件

进厂交通洞洞口高程970 m以上坡面地形较陡，自然坡度35°～40°，表层山脊两侧为第四系崩坡积碎石混合土，厚约5 m～10 m，雨季沿地形较陡区或陡坎上部坡面塌滑现象；沿洞轴线山脊区为粉土质砾为主，分布高程范围大约为1 112 m～1 230 m，高差为120 m左右，厚度0.5 m～2.0 m，表层较松散，下部中密状，未发现明显裂缝，局部见零星基岩或条带状出露，岩性为砂岩或白云岩等，岩层产状N5°W，NE∠38～60，反倾坡内，S303公路改建完成3年以上，在基岩出露的公路段开挖坎上未发现沿基岩塌滑现象，自然边坡整体稳定。

进洞口高程970 m以下坡面相对稍缓，自然坡度约35°，崩坡积碎石土层厚度变化大，从上而下厚度为5 m～50 m，具一定平行坡面分布的堆积韵律(坡面碎石流形成)。在雨季沿低高程区坡面塌滑现象普遍，主要沿小江侧公路开挖陡坎分布，在上游及下游附近有王家山滑坡、水瓶子滑坡等变形体分布，滑坡以沿覆盖层与基岩界面滑塌为主，局部为覆盖层内塌滑变形。进厂交通洞洞口边坡典型岩土层剖面图见图1。

3 设计标准

该水电站复建后总装机容量130 MW，根据DL 5180—2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准规定，按其装机容量确定为中型三等工程，输水系统及地下厂房、出线场及出线竖井等主要建筑物按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。进厂交通洞按3级建筑物考虑。

根据GB 18306—2015中国地震动参数区划图，工程区地震动峰值加速度为0.30g，相对应的地震基本烈度为8度。

根据DL/T 5353—2006水电水利工程边坡设计规范规定[1]，该水电站复建工程进厂交通洞洞口边坡为A类枢纽区二级边坡。边坡稳定安全系数见表1。

表1 A类枢纽区二级边坡设计安全系数

4 各岩土层主要物理力学参数指标建议值

参照室内试验成果、现场土体状态，结合相关工程类比分析及经验取值，对边坡各岩层提出主要岩土体物理力学参数计算值，见表2。

表2 进厂交通洞洞口边坡岩土物理力学参数计算取值

5 未支护条件下边坡稳定分析

计算工况及荷载组合详见表3。

表3 计算工况及荷载组合表

1)岩土体自重。

在持久和偶然工况下，岩土体采用天然容重计算自重；在短暂工况下，岩土体采用饱和容重计算自重。

2)降雨作用。

暴雨或久雨考虑为短暂工况，由于地下水埋藏较深、边坡岩体破碎，在短暂工况下，岩土体采用饱和抗剪强度，不考虑地下水压力作用。

3)地震作用。

采用拟静力法计算地震惯性力，按照NB 35047—2015水电工程水工建筑物抗震设计规范，地震惯性力只计算水平向，水平向设计地震动峰值加速度按照《中国地震动参数区划图》对应分区值选取0.30g，考虑效应折减系数0.25，折减后的水平向的地震加速度为0.075g。

计算选取进厂交通洞洞口轴线剖面Ⅰ—Ⅰ′进行边坡稳定性分析计算，计算平面见图2。边坡稳定计算选用加拿大Rocsience公司开发的专业岩土工程分析软件slide[2]。计算方法采用基于极限平衡理论的bishop simplified method，采用自动搜索圆弧滑面和指定滑面，分别计算边坡的局部稳定性和整体稳定性[3]。

未支护工况边坡安全系数计算成果见表4。未支护工况边坡整体稳定安全系数及滑弧面见图3。

表4 未支护工况边坡抗滑稳定计算结果列表

由以上成果分析可知：边坡整体稳定安全系数、洞口以上强风化岩层安全系数在各种工况下均能满足规范要求；洞口以上覆盖层在短暂工况和偶然工况下局部稳定安全系数为1.021和1.048，不能满足规范要求。

6 支护条件下边坡稳定分析

计算工况及荷载组合详见表5。

加固力：参照同类规模边坡，结合强风化带下限深度，初拟高程1 000 m以上开挖边坡系统布置有粘结型预应力锚索，T=1 000 kN(张拉800 kN)，L=25/30 m@5 m×5 m，下倾15°。由于实际揭露的岩体较为破碎，为保证支护整体性，在系统喷锚支护的基础上设置系统框格梁支护。

表5 计算工况及荷载组合表

支护工况边坡安全系数计算成果见表6，支护工况边坡整体稳定安全系数及滑弧面见图4。

表6 支护工况边坡抗滑稳定计算结果列表

由以上成果分析可知：在高程1 000 m以上开挖边坡系统布置有粘结型预应力锚索，T=1 000 kN(张拉800 kN)，L=25/30 m@5 m×5 m，下倾15°。通过增加锚索支护力后，边坡整体稳定和局部稳定性安全系数在各种工况下均能满足规范要求。

7 监测数据分析

进厂交通洞洞口边坡系统支护于2019年12月初全部施工完成，洞口边坡共设置了3台锚索测力计以及1根锚杆应力计，具体监测仪器布置见图5。应力计应力、时间曲线见图6，测力计应力、时间曲线见图7。

经持续监测，锚杆应力计测值未超过45 MPa，锚索测力计未超过940 kN，锚杆、锚索受力均在设计值以内，数据变化平稳，边坡整体安全稳定。

8 结语

1)根据现场实际地形地质条件，为减少对原边坡的扰动，上下两级边坡坡比均采用1∶0.75是合适的；2)在系统喷锚+框格梁+锚索的组合支护下，边坡整体稳定和局部稳定性安全系数在各种工况下均能满足规范要求；3)根据边坡已实施的锚杆、锚索监测仪器数据，锚杆、锚索受力均在设计值以内，数据变化平稳，边坡整体安全稳定。