劉 云 鵬， 許 明 軒

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

葉巴灘水電站位于四川省與西藏自治區(qū)界河——金沙江上游干流上，處于金沙江上游中部河段，上游水庫回水至波羅水電站，下游與拉哇水電站銜接，對整個(gè)金沙江上游梯級電站的開發(fā)起作承上啟下的作用。電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，同時(shí)具有環(huán)境保護(hù)、旅游等方面的綜合效益。

該電站樞紐區(qū)的自然邊坡高陡，淺表卸荷較為強(qiáng)烈，巖體局部松弛，局部沖溝切割突出小山脊邊坡巖體松弛卸荷較為明顯，并受結(jié)構(gòu)面切割，局部構(gòu)成不利組合。樞紐區(qū)的自然邊坡經(jīng)歷了地質(zhì)歷史時(shí)期的長期考驗(yàn)，未曾受到人類工程活動影響，邊坡整體穩(wěn)定。但是，在長期風(fēng)化、卸荷等物理地質(zhì)作用下，多處形成危巖體和不穩(wěn)定塊體，時(shí)有滾石和崩塌發(fā)生，尤其“高懸”于樞紐區(qū)建筑物上部坡體的巖體，即使局部較小范圍的“危巖體”失穩(wěn)，形成高位崩塌，也會對施工安全帶來重大威脅，運(yùn)行期還可能給樞紐區(qū)建(構(gòu))筑物帶來重大破壞，甚至嚴(yán)重后果。

2 基本地質(zhì)條件

葉巴灘水電站壩址區(qū)兩岸山體雄厚，山勢巍峨，自然邊坡地形陡峭，山頂高程大于4 000 m，相對高差大于1 000 m，屬高山地貌。壩址區(qū)河谷狹窄，谷坡陡峻，一坡到頂，緩坡平臺不發(fā)育，為基本對稱的深切“V”型峽谷。壩址區(qū)2 740 m低高程谷寬70～110 m，2 889 m高高程谷寬350～460 m。左岸岸坡坡度45～55°，局部為陡崖地貌，地形總體較完整，局部淺溝與山脊相間。右岸坡度40～45°，較左岸稍緩。尾水出口區(qū)邊坡坡度40～45°，自然邊坡地形較完整，地表沖溝不發(fā)育。

樞紐區(qū)覆蓋層主要為河床沖積層(alQ4)及兩岸坡腳與緩坡地帶的崩、坡積層(colQ4、col+dlQ4)，局部沖溝溝口分布少量洪積堆積(plQ4)。樞紐區(qū)出露基巖地層單一，為華力西期中酸性侵入石英閃長巖(δο43)與花崗閃長巖(γδ43)組成的簡單復(fù)式巖株。壩址區(qū)出露基巖主要為石英閃長巖(δο43)，自俄德西溝一帶向下游，基巖巖性逐漸過渡為花崗閃長巖(γδ43)，尾水出口區(qū)自然邊坡基巖為石英閃長巖。

樞紐區(qū)在區(qū)域上位于金沙江斷裂帶分支竹英—山巖斷裂與斜插于金沙江斷裂帶的波羅—沙瑪斷裂之間，無區(qū)域性斷裂通過，樞紐區(qū)及外圍構(gòu)造線方向總體為NW向，基本與區(qū)域構(gòu)造格架吻合，區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育。樞紐區(qū)構(gòu)造主要分為斷層、擠壓破碎帶及節(jié)理裂隙。

3 樞紐區(qū)自然邊坡危險(xiǎn)源基本特征

3.1 自然邊坡危險(xiǎn)源控制條件

3.1.1 卸荷風(fēng)化控制

在地形陡峻或溝道側(cè)壁地帶，邊坡巖體多強(qiáng)烈卸荷風(fēng)化，松弛張裂。由于邊坡側(cè)向應(yīng)力削弱后(例如河谷下切)，卸荷回彈，坡面產(chǎn)生張裂隙，這種張裂隙多與陡峻的坡面平行，或追蹤原生陡裂隙的結(jié)構(gòu)面發(fā)育；當(dāng)河谷進(jìn)一步深切，卸荷裂隙愈向深部發(fā)展，裂隙頂部張開度愈來愈寬。由于卸荷差異回彈，還可能產(chǎn)生與坡面大角度相交或近于垂直的剪切裂隙。隨著卸荷裂隙由坡面向坡內(nèi)發(fā)展，在邊坡坡表一定范圍內(nèi)形成了卸荷帶或松弛張裂帶，加之后期水的影響、溫度變化、生物參與等風(fēng)化作用，坡表局部區(qū)域的巖體結(jié)構(gòu)會更加破碎。

3.1.2 不利結(jié)構(gòu)面控制

對于順向邊坡而言，由于存在外傾結(jié)構(gòu)面，邊坡巖體在結(jié)構(gòu)面臨空或坡腳巖體被剪斷的情況下，沿一組結(jié)構(gòu)面整體向下滑移，因此，更多形成順外傾結(jié)構(gòu)面失穩(wěn)的平面型滑動。邊坡巖體在兩組或兩組以上結(jié)構(gòu)面組合條件下，當(dāng)兩個(gè)滑動面交線方向指向坡外，就會沿兩個(gè)滑動面交線方向失穩(wěn)的楔型體滑動。若遇到緩傾角結(jié)構(gòu)面與中陡傾角互相組合，則可能在底部失去支撐塊體后，形成逐漸向上發(fā)展的臨空墜落。

3.1.3 時(shí)效變形控制

巖、土體由于時(shí)間效應(yīng)，在一定時(shí)間內(nèi)變形逐漸積累，當(dāng)達(dá)到一定程度以后就會發(fā)生量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)換，最終發(fā)生失穩(wěn)。傾倒和潰屈就是時(shí)效變形的結(jié)果。在發(fā)育有中陡傾坡內(nèi)或陡傾坡外結(jié)構(gòu)面的邊坡前緣臨空面，表層巖體易向臨空方向傾倒變形并拉裂。而順傾向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)的邊坡，巖層傾角與坡角大致相似，邊坡下部巖層逐漸向上鼓起，產(chǎn)生層面拉裂和脫開的潰屈。傾倒和潰屈本身屬于巖體結(jié)構(gòu)的蠕變作用。

3.1.4 不利工況控制

暴雨、地震、人為擾動等都是引起危險(xiǎn)源變形破壞的不利工況。該電站樞紐區(qū)自然邊坡沖溝內(nèi)大多分布有崩坡積及殘坡積塊碎石土，由于沖溝坡降較大，在暴雨情況下，溝內(nèi)塊碎石土存在隨地表徑流順勢而下的可能，將對道路及工程邊坡產(chǎn)生威脅。修整道路過程中，對坡腳的切坡造成前緣臨空、抗滑力下降，在無支擋防護(hù)條件下，具有局部垮塌的可能；爆破振動對近平衡狀態(tài)的危險(xiǎn)源巖體威脅最大。地震工況是最不利工況，由于震動荷載的周期性擾動，可造成邊坡巖體的進(jìn)一步損傷并導(dǎo)致危險(xiǎn)源被震動松弛從而發(fā)生解體破壞，波及廣、范圍大、影響強(qiáng)烈。

3.2 自然邊坡危險(xiǎn)源分類及發(fā)育特征

3.2.1 按成因及變形破壞類型分類

葉巴灘水電站樞紐區(qū)自然邊坡危險(xiǎn)源按成因及變形破壞類型分為三大類：一類是邊坡表層巖體受各種結(jié)構(gòu)面切割后，特別當(dāng)巖體表淺部位側(cè)向及順坡向的卸荷拉裂后，在自重應(yīng)力、孔隙水壓力等作用下沿一組或多組結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生拉裂(或剪切)破壞，而使被切割的結(jié)構(gòu)體處于極限平衡狀態(tài)(或近極限平衡狀態(tài))，一般具有巖體架空、松動現(xiàn)象，并呈塊裂―碎裂結(jié)構(gòu)，按主要發(fā)育特征定義為“危巖體”、“危石”或“危石群”；另一類為坡面上零星分布、具有一定體積的(一般大于1 m3)、孤立的巖石塊體。若以單體形式呈現(xiàn)的則稱為孤石；若以群體形式呈現(xiàn)、塊石之間相互重疊、集中連片分布的則稱為孤石群；還有一類為自然邊坡沖溝內(nèi)的塊碎石土，在暴雨情況下，有可能順勢而下，該工程中定義為“溝谷堆積塊碎石”。上述地表危險(xiǎn)源具體分類見表1。

表1 自然邊坡危險(xiǎn)源類型分類表

3.2.2 按規(guī)模分類

現(xiàn)場調(diào)查表明，樞紐區(qū)自然邊坡危險(xiǎn)源規(guī)模一般不大，根據(jù)本工程的實(shí)際情況，危險(xiǎn)源規(guī)模分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3.3 自然邊坡危險(xiǎn)源穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表2 危險(xiǎn)源規(guī)模分級標(biāo)準(zhǔn)

危險(xiǎn)源是一個(gè)多因素相互作用、協(xié)調(diào)發(fā)展的復(fù)雜系統(tǒng)。處于極限平衡狀態(tài)(或近極限平衡狀態(tài))的危險(xiǎn)源，重力是其控制因素，降雨、振動(地震或爆破等)是危險(xiǎn)源失穩(wěn)的誘發(fā)因素。根據(jù)葉巴灘水電站樞紐區(qū)危險(xiǎn)源發(fā)育的工程地質(zhì)條件、可能失穩(wěn)模式，評價(jià)工作中以宏觀定性為主。

評價(jià)因素對于基巖危險(xiǎn)源(本工程中主要為危巖體)主要包括地形坡度及植被發(fā)育特征、結(jié)構(gòu)面特征和危險(xiǎn)源類型等三方面，葉巴灘水電站基巖危險(xiǎn)源定性評判標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 自然邊坡基巖危險(xiǎn)源穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

注：可根據(jù)植被發(fā)育情況，對危險(xiǎn)源穩(wěn)定性程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

對于覆蓋層危險(xiǎn)源(本工程主要為溝谷塊碎石)評價(jià)因素主要為沖溝坡比降、匯水面積、流域特征及堆積物特征等四個(gè)方面，葉巴灘水電站溝谷塊碎石危險(xiǎn)源定性評判標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 自然邊坡覆蓋層危險(xiǎn)源穩(wěn)定性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

注：可根據(jù)沖溝威脅對象情況，對危險(xiǎn)源穩(wěn)定性程度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整

穩(wěn)定性評價(jià)分為穩(wěn)定性極差、穩(wěn)定性差、穩(wěn)定性較差三類，由于葉巴灘水電站樞紐區(qū)自然邊坡高陡，凡是危險(xiǎn)源都或多或少存在安全隱患。對危巖體除采用上述定性標(biāo)準(zhǔn)外，還采用赤平投影法判定危巖體的的穩(wěn)定程度。

3.4 前期主要調(diào)查成果

樞紐區(qū)自然邊坡發(fā)育危險(xiǎn)源的主要有左右岸纜機(jī)平臺自然邊坡、右岸電站進(jìn)水口及開關(guān)站自然邊坡、左岸和右岸壩肩自然邊坡、右岸尾水洞出口自然邊坡。

經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，樞紐區(qū)范圍內(nèi)自然邊坡共發(fā)育93處危險(xiǎn)源，其中左岸23處、右岸70處。首次根據(jù)危險(xiǎn)源類型統(tǒng)計(jì)出危巖體(WY)57處，危石(WS)10處，危石群(WSQ)11處，孤石(GS)1處，溝谷堆積塊碎石(GK)3處。后采用無人機(jī)技術(shù)對樞紐區(qū)危險(xiǎn)源進(jìn)行復(fù)核，又增加危險(xiǎn)源11處，左岸新增3處，其中有1處危石群，2處溝谷堆積塊碎石區(qū)；右岸新增的8處，其中有5處危石群，3處溝谷堆積塊碎石區(qū)。樞紐區(qū)危險(xiǎn)源類型以危巖體(WY)為主，其占比達(dá)60.2%；根據(jù)野外穩(wěn)定性初步評價(jià)，93處危險(xiǎn)源中，25處穩(wěn)定性極差，47處穩(wěn)定性差，21處穩(wěn)定性較差；據(jù)樞紐區(qū)危險(xiǎn)源規(guī)模、方量的統(tǒng)計(jì)與歸納結(jié)果，選取200、2 000作為規(guī)模分級的界限值，大、中、小型危險(xiǎn)源數(shù)量比例約為1.9∶3.3∶1.0，發(fā)育大型危險(xiǎn)源28處，其中左岸13處、右岸15處；中型危險(xiǎn)源50處，其中左岸6處、右岸44處；小型危險(xiǎn)源共計(jì)15處。

經(jīng)綜合分析判斷，樞紐區(qū)分布30處危險(xiǎn)性大(Ⅰ級)危險(xiǎn)源，其中左岸11處、右岸19處；55處危險(xiǎn)性中等(Ⅱ級)危險(xiǎn)源，其中左岸12處、右岸43處；8處危險(xiǎn)性小(Ⅲ級)危險(xiǎn)源，均發(fā)育于右岸。

樞紐區(qū)自然邊坡大部分基巖裸露，植被發(fā)育較差，巖體卸荷強(qiáng)烈，部分山脊表部形成危巖體或危石群，危險(xiǎn)源分布較廣，其中79處危險(xiǎn)源對樞紐區(qū)內(nèi)主要建筑物有直接影響，另外14處危險(xiǎn)源由于其發(fā)育部位與自然邊坡距離較遠(yuǎn)或不位于重要建筑物自然邊坡范圍內(nèi)，僅對道路交通、施工期安全等存在一定影響。

需要強(qiáng)調(diào)的是，不能僅從危險(xiǎn)源數(shù)量上說明右岸比左岸發(fā)育，因?yàn)榘镀露认鄬τ谧蟀兑?，植被相對發(fā)育，因此危險(xiǎn)源較為分散，而左岸3000m高程以上，地形陡峻，基巖裸露，造成連片發(fā)育的特征，這與樞紐區(qū)左、右岸基本地質(zhì)條件包括兩岸巖性、風(fēng)化卸荷及構(gòu)造斷裂發(fā)育程度及規(guī)律基本一致。

4 自然邊坡危險(xiǎn)源防治措施建議

葉巴灘水電站樞紐區(qū)自然邊坡危險(xiǎn)源主要可分為巖質(zhì)危險(xiǎn)源和土質(zhì)危險(xiǎn)源兩大類，具體可細(xì)分為危巖體、溝谷堆積塊碎石等，危害對象涉及到左右岸壩肩及纜機(jī)平臺、開關(guān)站、電站進(jìn)水口及尾水洞出口、導(dǎo)流洞進(jìn)出口等。自然邊坡的治理不同于工程邊坡，多數(shù)危險(xiǎn)源分布于高位，施工交通道路極為不便，而且危險(xiǎn)源的類型、破壞方式不同，另外所影響水工建筑物的類型也有所差異；對樞紐區(qū)自然邊坡各個(gè)危險(xiǎn)源均進(jìn)行較為系統(tǒng)的工程處理措施，治理難度和代價(jià)極大，因此，對自然邊坡危險(xiǎn)源的防治措施和防治強(qiáng)度應(yīng)有所區(qū)分。

(1)根據(jù)受威脅對象的不同，危險(xiǎn)源防治程度應(yīng)做到“分區(qū)對待”的原則：

永久性建筑，防治措施要保證在整個(gè)水電站施工和正常運(yùn)營期間危險(xiǎn)源均不會對其相應(yīng)的水工建筑產(chǎn)生重大危害，不能影響水電站正常運(yùn)營，所以對于危險(xiǎn)源除巡檢、指示牌預(yù)警外，尚需要采取一定的工程措施防護(hù)，其防治強(qiáng)度相對臨時(shí)建筑物要高。

臨時(shí)邊坡，需保證在水電站建設(shè)期間，不會由于危險(xiǎn)源的失穩(wěn)破壞影響工程的進(jìn)展、人員和設(shè)備的安全；但對于治理難度較大、研究深度尚不深入的臨時(shí)邊坡而言，進(jìn)行大強(qiáng)度的工程防護(hù)無論是從經(jīng)費(fèi)上還是集中力量建設(shè)大壩這一戰(zhàn)略上均不現(xiàn)實(shí)。因此，在保證建設(shè)期間人員、設(shè)備安全的前提下，可適當(dāng)降低治理強(qiáng)度，但要加強(qiáng)巡檢、預(yù)警、調(diào)度控制方面的投入。

(2)對于同樣的受威脅對象，例如都是永久性建筑，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)源的危害程度采用不同的治理手段。在對危險(xiǎn)源的治理過程中，建議先治理危險(xiǎn)性等級大、受危害對象等級較高的危險(xiǎn)源，因?yàn)榇祟愇ｋU(xiǎn)源的危險(xiǎn)程度相對較高，治理需求也相對較迫切，如右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口、右岸電站進(jìn)水口及開關(guān)站、左岸導(dǎo)流洞進(jìn)口等；應(yīng)采用主動治理和被動防護(hù)相結(jié)合的方式消除化解危險(xiǎn)源或提高危險(xiǎn)源的穩(wěn)定性，從而降低危險(xiǎn)源的危害程度。

(3)當(dāng)危險(xiǎn)源危害程度大體相近時(shí)，應(yīng)根據(jù)危險(xiǎn)源穩(wěn)定性大小采用不同的治理手段。首先對穩(wěn)定性極差或差的危險(xiǎn)源進(jìn)行治理。因?yàn)檫@些危險(xiǎn)源天然狀態(tài)下已經(jīng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)受到降雨作用、人工開挖爆破等擾動作用時(shí)，極易誘發(fā)崩滑、墜落，對施工期的建設(shè)造成巨大影響，需要及時(shí)并提前根據(jù)危險(xiǎn)源具體特點(diǎn)，采用清除、支撐、灌漿、錨固或必要的排、擋、導(dǎo)等處理措施進(jìn)行治理。

(4)由于地質(zhì)條件和危險(xiǎn)源的復(fù)雜性，不可能對研究區(qū)所有危險(xiǎn)源進(jìn)行主動治理，也可能由于漏調(diào)或主動加固技術(shù)施工難度大而沒有進(jìn)行主動加固治理，因此，被動防護(hù)就顯得尤為重要，尤其需在建筑物開口線附近外側(cè)，設(shè)被動防護(hù)網(wǎng)，以保障施工安全；同時(shí)，在開口線處應(yīng)加強(qiáng)鎖口，對天然邊坡地表植被應(yīng)盡量保護(hù)。在危險(xiǎn)源未得到治理加固的情況下，施工時(shí)要加強(qiáng)排查及巡檢，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)。

值得注意的是，降雨是工程建設(shè)期間最常遇也是最有可能導(dǎo)致潛在危險(xiǎn)源失穩(wěn)的工況，因此危險(xiǎn)源的治理應(yīng)做好地表及危險(xiǎn)源內(nèi)部排水措施。根據(jù)危險(xiǎn)源類型、危險(xiǎn)性等級及危害程度，結(jié)合葉巴灘水電站壩址區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)，對危險(xiǎn)源提出處理措施的地質(zhì)建議見表5。

5 結(jié) 語

(1)葉巴灘水電站樞紐區(qū)的自然邊坡高陡，局部地形完整性差，巖體松弛，尤其是三面臨空或地形相對突出的山脊部位和高高程的邊坡巖體，臨空條件較好，淺表卸荷強(qiáng)烈，易形成風(fēng)化、卸荷拉裂危巖體，其破壞形式主要表現(xiàn)為崩塌、滑動，個(gè)別部位巖體見傾倒破壞現(xiàn)象。

(2)考慮對樞紐建筑物施工及運(yùn)營期的安全影響程度不同以及施工處理的難易程度，將一級谷肩至分水嶺一帶的自然邊坡作調(diào)查對象，勘察評價(jià)范圍重點(diǎn)為對工程有直接影響的自然邊坡。一般是對主要的、較集中的、危害較大的危險(xiǎn)源進(jìn)行了勘察及評價(jià)，一些小型的、分布零星的危險(xiǎn)源需要在后期調(diào)查過程中逐漸排查。

表5 自然邊坡危險(xiǎn)源防治措施建議

(3)在對危險(xiǎn)源的治理過程中，首先應(yīng)治理穩(wěn)定性極差或危害程度大的危險(xiǎn)源，因?yàn)榇祟愇ｋU(xiǎn)源危險(xiǎn)程度相對較高，治理需求也相對較迫切，如右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口、右岸電站進(jìn)水口及開關(guān)站、左岸導(dǎo)流洞進(jìn)口；其次對穩(wěn)定性差、危害性中等的危險(xiǎn)源進(jìn)行治理。在危險(xiǎn)源未得到治理加固的情況下，施工時(shí)要加強(qiáng)排查及巡檢，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)上報(bào)。同時(shí)，在建筑物開口線附近外側(cè)，設(shè)被動防護(hù)網(wǎng)，以保障施工安全；在開口線處應(yīng)加強(qiáng)鎖口；對天然邊坡地表植被應(yīng)盡量保護(hù)。注重過程控制，特別是施工過程中應(yīng)配備危險(xiǎn)源安全監(jiān)測和管理人員，加強(qiáng)施工及運(yùn)行期邊坡巡視和監(jiān)測。

(4)受勘察條件及各種因素所限，除本報(bào)告所列危險(xiǎn)源外，樞紐工程區(qū)內(nèi)仍可能存在一定數(shù)量、且具有一定規(guī)模的危險(xiǎn)源未予以發(fā)現(xiàn)、調(diào)查，需要在施工期樞紐工程區(qū)各工程邊坡場內(nèi)交通、道路等勘察條件具備時(shí)，對各工程部位自然邊坡進(jìn)一步復(fù)核、排查，為下一步自然邊坡治理設(shè)計(jì)工作提供可靠、詳實(shí)的地質(zhì)資料與依據(jù)。