黃志鵬，董燕軍,，廖年春,，尹健民，周江平

（1. 長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室，武漢 430010；2. 錦屏建設(shè)管理局 錦屏一級安全監(jiān)測管理中心，四川 錦屏 615000；3. 中國水電工程顧問集團公司 中南勘測設(shè)計研究院，長沙 410014；4. 錦屏建設(shè)管理局 二灘水電建設(shè)開發(fā)有限公司，成都 610021）

1 工程及地質(zhì)概況

錦屏一級水電站樞紐區(qū)河谷為典型的深切“V”型峽谷，兩岸谷坡相對高差達1500～1700 m。構(gòu)造上為三灘倒轉(zhuǎn)向斜，巖層產(chǎn)狀 N15～60°E/SE35～45°，走向與河流方向基本一致?；鶐r主要為三疊系中上統(tǒng)雜谷腦組（T2－3Z）)變質(zhì)巖，第一段（T2－3Z1）為綠片巖，第二段（T2－3Z2）為大理巖，第三段（T2－3z3）為砂板巖。樞紐區(qū)左岸邊坡為反向坡，1820～1900 m高程以下為大理巖，坡度為 55°～70°，高程以上為砂板巖，坡度為40°～50°，呈山梁與淺溝相間的微地貌特征[1]。

邊坡巖體中主要結(jié)構(gòu)面是以f5、f8以及f42～9斷層為代表的小斷層、層間擠壓破碎帶，SL44～1裂縫為代表的深部裂縫及卸荷裂隙，強風化、松弛拉裂的煌斑巖脈在Ⅱ2線上游開挖邊坡中出露，往上游向坡體深部延伸?？刂七吰驴赡苁Х€(wěn)破壞的各種滑移塊體的主要邊界條件包括：煌斑巖脈（X），與煌斑巖脈近于平行的一系列NE向傾SE（順坡向）卸荷裂隙、深部裂縫，f42～9、f42～9斷層上盤平行于斷層的一系列小斷層等。左岸EL.1885 m以下開挖邊坡即拱肩槽邊坡由上游坡、壩頭坡和下游坡三部分組成，工程邊坡與其上下游自然邊坡形成一個三面臨空的坡體，控制著左岸壩頭變形拉裂體的穩(wěn)定。根據(jù)分析計算，邊坡變形控制標準為0.1 mm/d[1]。

大壩左岸邊坡2005年9月開始開挖，至2006年12月完成纜機平臺EL 1960 m以上邊坡開挖。2006年10月開始進行EL 1960 m至EL1885 m邊坡開挖，至2007年6月完成EL1885 m以上邊坡開挖。EL1885 m以下邊坡于2007年7月開始開挖，于2009年8月底開挖全部結(jié)束，最大開挖高度為530 m。

2 安全監(jiān)測布置及成果分析

左岸邊坡巖體較深區(qū)域密集發(fā)育，有一系列變形拉裂縫和其他一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，雖然位于坡體較深的內(nèi)部，但施工過程快速地大規(guī)模巖體卸載及頻繁強烈的施工活動，仍然可能引起深部拉裂縫變形發(fā)展，這些深部結(jié)構(gòu)也是本邊坡工程主要監(jiān)測對象。

根據(jù)監(jiān)測對象和監(jiān)測深度不同，邊坡監(jiān)測可劃分為外觀變形監(jiān)測、淺部開挖影響區(qū)巖體變形監(jiān)測及深部巖體變形監(jiān)測[2-4]，由表及里3個層次監(jiān)測邊坡巖體的變形。表面變形監(jiān)測采用外觀變形監(jiān)測方法；淺部變形監(jiān)測采用多點位移計，監(jiān)測深度為0～90 m；深部變形監(jiān)測采用平洞測距、水準沉降及石墨桿收斂計等監(jiān)測方法，布置于勘探平洞內(nèi)，穿越主要斷層及深部拉裂縫，最大監(jiān)測達到260 m，由表及里監(jiān)控邊坡運行狀態(tài)。

2.1 外觀變形監(jiān)測

邊坡外觀監(jiān)測設(shè)立 80個外部觀測墩，同時測量水平位移和垂直位移（見圖1）。邊坡開挖線以外的自然坡體沿開挖線邊緣布設(shè)10個測點。1960 m高程以上開挖邊坡布設(shè)15個測點，分別沿開挖Ⅰ～Ⅲ區(qū)形 成 3條主要監(jiān)測縱剖面 A-A、B-B、C-C。1885～1960 m高程開挖邊坡設(shè)12個測點，與壩肩槽1720～1885 m高程開挖邊坡布設(shè)的43個測點相結(jié)合，分別在拱肩槽上游側(cè)坡、拱肩槽坡及拱肩槽下游側(cè)坡組成8個縱向觀測剖面（D-D～K-K剖面）。表面測點全面控制了f42－9和SL44－1在地表出露邊界兩側(cè)的變形。圖中，X為水平向下游變形為正，向上游為負；Y為水平向河對岸方向為正，反之為負；H為垂直向下為正，向上為負。

外觀監(jiān)測成果見表 1。測點順河向變形全部指向上游，累計位移較大的為測點TP12－2和TP33，TPL12－2高程為2118.15 m，位于開口線外的傾倒變形體上，累計位移值為-53.20 mm，后期變形速率較?。籘P33位于1885 m高程平臺靠拱肩槽下游，最大累計位移達到59.1 mm。

表1 外觀變形監(jiān)測成果[2]Table1 Exterior deformation monitoring results[2]

邊坡開挖期變形占總變形的60%左右，2009年9月開挖結(jié)束后變形仍有所增加，2010年7月后變形速率明顯減緩，目前基本收斂，典型曲線見圖2。

絕大部分測點垂直河流向坡外方向累計位移在10～100 mm之間，累計變形值最大的測點為TP12－1，累計變形值為106.1 mm，高程為2128.01 m，位于開口線外。開挖區(qū)變形較大的測點位于2022 m高程以上。這些測點均位于較高高程，受開挖卸荷影響較大。開挖期變形占總變形約80%。開挖結(jié)束后近1年內(nèi)，變形仍持續(xù)發(fā)展，變形趨勢無明顯減緩。2010年10月以后變形仍有少量增加，但變形速率有所降低，目前已趨于收斂，典型曲線見圖3。

各測點垂直累計位移在60 mm以內(nèi)，變形最大的測點為TP12－1，高程為2128.01 m，位于開口線外，累計變形值為58.6 mm。其余變形較大超過50 mm的測點有5個，大多位于2022 m高程以上，開挖期變形占總變形的 80以上，近期變形速率較小，已基本收斂典型曲線見圖4。

2.2 淺表變形監(jiān)測

錦屏一級左岸邊坡開挖影響深度達80～90 m，遠超出一般工程開挖引起的變形影響深度，根據(jù)邊坡開挖過程及坡體結(jié)構(gòu)特征，劃分為兩個監(jiān)測區(qū)域：（1）1885 m高程以上邊坡設(shè)置27套多點位移計，部分多點位移計穿過煌斑巖脈“X”（1960 m高程以上位移計 M45、M46等）、f42-9斷層（1885～1960 m，高程 M43～9等）及 f5斷層（1885～1960 m高程，位移計M412、M413等）；（2）1885 m高程以下邊坡設(shè)27套多點位移計，其中部分多點位移計穿過斷層 f42-9（M47C3L 等）、f5（M413C3L、M414C3L、M415C3L、M416C3L、M417C3L、M425C3L、M426C3L、M427C3L 等）、f8（M415C3L、M416C3L、M417C3L、M422C3L、M423C3L、M424C3L、M425C3L等）及煌斑巖脈(X)（M48C3L、M49C3L、M410C3L、M411C3L、M412C3L等），能有效監(jiān)測斷層變位。（）中符號均為位移計，下同。

圖2 左岸邊坡順河向(X)變形時間過程曲線[2]Fig.2 Horizontal direction deformation (X) process curves of the left slope[2]

圖3 左岸邊坡向坡外(Y)變形時間過程曲線[2]Fig.3 Horizontal direction deformation (Y) process curves of the left slope[2]

圖4 左岸邊坡(H)沉降變形時間過程曲線[2]Fig.4 Vertical deformation (H) process curves of the left slope[2]

1885～1960 m邊坡多點位移計的監(jiān)測成果見表2。孔口位移量大于5 mm的多點位移計有M41～11共8套，其中M43、M47、M411孔口位移量分別達到了21.76、16.92、16.32 mm，位移主要發(fā)生在早期開挖過程中。

多點位移計 M47（高程 1886.20 m，樁號 0+188.035）位于 f42－9斷層出露部位，儀器安裝滯后開挖施工進度約16 m。在邊坡1840 m以下開挖過程中，f42－9斷層和fLB11破碎帶組成臨空小塊體 發(fā)生顯著變形，并且，這些變形主要發(fā)生在淺表巖體內(nèi)，較深部位的巖體變形很小，位移時間過程曲線如圖5所示。1960 m高程以上邊坡的M45，1885 m高程以上邊坡的M44、M47以及拱肩槽邊坡上的 M414C3L共4支儀器的測點差異變形明顯，孔口位移量在7.21～16.15 mm之間，且差異變形和儀器孔口變形量值除M414C3L外基本相當?？梢?，這些測點的變形主要是由結(jié)構(gòu)面引起的，由于煌斑巖脈X的巖性軟弱疏松，在邊坡的開挖卸荷中最容易發(fā)生松弛變形，但上述儀器在開挖結(jié)束后，變形速率微弱，均在0.02 mm/d以下，部分測點已出現(xiàn)明顯收斂（見圖5）。

表2 左岸邊坡多點位移計監(jiān)測結(jié)果[2]Table2 Monitoring results of multipoint displacement measures for the left slope[2]

圖5 左岸1885～1960 m邊坡Ⅲ區(qū)多點位移計M47位移過程線[2]Fig.5 Multipoint displacement measures M47 displacement process curves[2]

2.3 深部變形監(jiān)測

在勘探平洞內(nèi)布置石墨桿式收斂計[5]、水平測距觀測墩及水準測點，監(jiān)測邊坡深部巖體水平位移及垂直位移。平洞測距及石墨桿式收斂計用于監(jiān)測沿平洞不同水平深度巖體水平變形，平洞水準監(jiān)測用于監(jiān)測沿平洞不同水平深度巖體的沉降變形。

2.3.1 變形監(jiān)測

（1）PD44勘探平洞石墨桿收斂計[6]

PD44平洞位于左岸開挖區(qū)邊坡1930 m高程、壩軸線下游76 m左右。該洞內(nèi)布置了2套石墨桿收斂計（PD44和PD44X），儀器平行布置，監(jiān)測深度基本相同，其中 PD44X是為加密測點及校核PD44成果而設(shè)，PD44勘探平洞石墨桿收斂計監(jiān)測成果統(tǒng)計見表 3。目前石墨桿收斂計 PD44測得累計位移為47.57 mm，PD44X測得累計位移為26.73 mm。D44和PD44X測得位移發(fā)生部位基本一致，巖體發(fā)生變形的區(qū)段主要在0+76～0+152 m之間，該區(qū)段內(nèi)深部拉裂縫密集發(fā)育，并有煌斑巖脈（X）穿過，位移時間過程曲線和各測段分布圖如圖6、7所示。

表3 PD44勘探平洞石墨桿收斂計監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表[2]Table3 Graphite stem convergence monitoring results of PD44 [2]

圖6 PD44平洞石墨桿式收斂計位移過程線Fig.6 Displacement process curves of graphite stem convergence monitoring for PD44

圖7 PD44平洞前期安裝的石墨桿收斂計各測段位移分布圖Fig.7 Displacement distribution of the graphite stem convergence installed early for PD4

圖8 EL.1915 m排水洞石墨桿式收斂計變形過程曲線[2]Fig.8 Displacement deformation process curves of graphite stem convergence for drainage hole (EL.1915 m) [2]

（2）PD42勘探平洞石墨桿收斂計

PD42平洞位于左岸開挖區(qū)邊坡1930 m高程、壩軸線下游166 m左右。該洞內(nèi)主洞和上游支洞各布置 1套石墨桿收斂計。上游支洞石墨桿收斂計PD42S1目前測得累計位移 15.16 mm，下游支洞PD42S2目前測得累計變形3.40 mm。PD42S1測得巖體變形發(fā)生區(qū)段主要在0+35～0+65 m之間，該區(qū)段內(nèi)發(fā)育有f42-9斷層。其他洞段巖體變形量值較小，變形已收斂。

（3）1915 m高程排水洞石墨桿收斂計

EL1915 m 排水洞內(nèi) 3#支洞和上游支洞分別布置1套石墨桿收斂計。目前1915 m排水洞石墨桿收斂計測得累計位移5.42 mm。變形發(fā)生主要區(qū)段是0+9～0+57 m，該區(qū)段內(nèi)有煌斑巖脈（X）和f42－9斷層穿過，其他區(qū)段變形量微小。

2.3.2 平洞測距結(jié)果分析

（1）PD42平洞測距觀測墩

PD42平洞內(nèi)布置 2個測距觀測墩，監(jiān)測深度為80.3 m，監(jiān)測成果見表4，位移過程曲線如圖8所示。PD42平洞測距觀測墩目前測得累計位移22.47 mm，在區(qū)段內(nèi)有煌斑巖脈（X）和f42－9斷層穿過。

表4 PD44平洞測距墩觀測結(jié)果[2]Table4 Exploration hole ranging pier observation results of PD44[2]

圖8 PD42平洞測距墩位移過程線Fig.8 Displacement process curves of ranging pier observation for PD42

（2）PD44平洞測距觀測

PD44平洞內(nèi)布置5個測距觀測墩，形成4個測段，監(jiān)測深度為202 m。PD44平洞測距觀測墩監(jiān)測成果統(tǒng)計（截止2011年11月6日）見表5，位移過程曲線如圖 9所示。PD44平洞測距墩目前測得累計位移26.47 mm。位移發(fā)生區(qū)段主要是0+52～0+152 m，該區(qū)段內(nèi)深部拉裂縫密集發(fā)育，并有煌斑巖脈（X）穿過。

表5 PD44平洞測距墩觀測結(jié)果[2]Table5 Ranging pier hole hole observation results of PD44

圖9 PD44平洞測距墩各測段位移過程線Fig.9 Displacement process curves of ranging pier observation for PD44

（3）PD54平洞測距觀測

PD54平洞位于左岸開挖區(qū)邊坡1827 m高程，壩軸線下游84 m左右。該洞內(nèi)布置3個測距觀測墩，形成2個測段，監(jiān)測深度為120 m。PD54平洞測距觀測墩監(jiān)測成果統(tǒng)計(截止2011年11月6日)見表6，位移過程曲線如圖10所示。PD54測距墩測得目前累計位移28.43 mm，位移發(fā)生區(qū)段主要是0+118～0+188 m，該區(qū)段內(nèi)有 f42-9斷層穿過。0+188 m以里巖體變形較小，目前變形量為6.58 mm，該段有煌斑巖脈（X）穿過。

表6 PD54平洞測距觀測墩成果統(tǒng)計表[2]Table6 Ranging pier hole observation results of PD54[2]

2.3.3 平洞水準觀測分析

圖10 PD54平洞測距墩各測段位移過程線Fig.10 Displacement process curves of ranging pier observation for PD54

為觀測邊坡深部巖體的沉降位移，在 PD42、PD44平洞及PD1915排水洞設(shè)置了水準觀測點，以觀測深部巖體的垂直沉降位移，平洞水準觀測結(jié)果見表7（截止2011年11月6日）。PD42平洞沉降位移最大是PD42－3測點，離洞口距離為30 m，測點位于深部拉裂縫f4－27和f42－9之間。位移時間 過程曲線見圖11，PD44平洞沉降位移最大是PD44－5測點，離洞口距離為60 m，測點位于深部拉裂縫SL44－1，SL44－2，SL44－3及f44－5之間，深部拉裂縫發(fā)育。PD1915排水洞洞口累計沉降位移為4.87 mm，但主要沉降位移發(fā)生在離洞口較遠的深部，離洞口距離為70～80 m，測點位于煌斑巖脈（X）附近，說明變形主要受煌斑巖脈控制。

表7 平洞巖體沉降測試結(jié)果[2]Table7 Settlement results of exploration hole[2]

2.4 邊坡變形機制分析[2,4,6,7]

錦屏一級水電站左岸邊坡的穩(wěn)定受邊坡發(fā)育的斷層、深部拉裂縫及開挖形成的臨空面影響。深部變形明顯受斷層及深部拉裂縫影響，在跨越斷層和主要拉裂縫測段，平硐中的水平位移和垂直沉降變形明顯較大，特別是跨越煌斑巖脈和f42－9斷層的測段，在開挖過程中斷層或深部拉裂縫能看出較明顯的滑移，變形明顯大于其他測段，反映出邊坡深部變形主要受斷層和深部拉裂縫控制，但總體變形不大，最大水平變形量為47.48 mm，最大垂直沉降變形為7.2 mm，邊坡加固支護后變形趨勢減緩，經(jīng)過大約1年后變形非常微弱。淺表部變形受開挖和加固支護影響較大，邊坡開挖后，受卸荷作用，邊坡巖體向臨空面變形，支護加固后變形速率降低明顯，變形持續(xù)過程較短。

圖11 PD1915排水洞巖體沉降變形過程曲線Fig.11 Settlement deformation process curves of PD1915

3 結(jié) 語

錦屏一級水電站左岸邊坡變形受開挖卸荷和深部結(jié)構(gòu)影響，深部變形受斷層及深部拉裂縫控制，淺表變形受開挖支護控制。變形主要發(fā)生在開挖期，目前深部、淺表及表面變形已趨于收斂，變形速率小于0.1 mm/d，邊坡已穩(wěn)定。

錦屏一級水電站壩左肩邊坡工程是目前水電邊坡工程中地質(zhì)條件最復(fù)雜和最具挑戰(zhàn)超高邊坡工程之一。監(jiān)測成果表明邊坡穩(wěn)定，邊坡開挖支護、加固設(shè)計合理。

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