(中國水電七局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

引言

楊房溝水電站是國內(nèi)首個百萬千瓦級電站和百米級高壩整體EPC水電項目[1、2]。項目位于雅礱江中游四川省涼山州木里縣境內(nèi)，是規(guī)劃中該河段的第6級水電站。電站正常蓄水位2094m，相應(yīng)庫容4.558億m3，拱壩最大壩高155m，裝機(jī)4臺，裝機(jī)容量1500MW，屬Ⅰ等大(1)型工程。纜機(jī)平臺及壩肩邊坡最大開挖高度約320m，壩肩開挖范圍為高程2102m(壩頂供料平臺)～1947m(壩基)。其中，左壩肩開挖過程中揭露的以f27斷層為主滑面的巨型塊體群，成為影響基坑開挖及混凝土澆筑的關(guān)鍵問題。

f27斷層塊體群的處理充分體現(xiàn)了EPC模式責(zé)任主體單一、內(nèi)耗低、責(zé)任邊界清晰的特點[3]。設(shè)計與施工方通過相互融合和無延時的信息溝通，圓滿完成了對f27塊體群的處理，確保了楊房溝電站建設(shè)的正常推進(jìn)。

1 f27塊體群的特點

塊體是我國西南水電建設(shè)中常見的工程問題[4]。但楊房溝水電站的f27塊體群的處理有區(qū)別于其他水電工程的以下特點：

(1)f27塊體群方量巨大。f27塊體是由左壩肩順坡向的f27斷層與其他多個結(jié)構(gòu)面組合而成的相互嵌套的塊體簇群，潛在組合塊體有8個，其中最大的塊體方量近15萬m3。

(2)f27塊體群出露位置敏感。f27塊體群頂部平臺是拱壩混凝土澆筑卸料平臺，下部是河床壩段基坑，上游是地下電站進(jìn)水口，下游是拱肩槽。根據(jù)該塊體群的規(guī)模及出露位置，其性質(zhì)已成為影響左岸拱肩槽上游側(cè)邊坡的整體穩(wěn)定性問題。處理方案的擬定及施工將直接影響工程建設(shè)的工期進(jìn)度及投資控制等。

(3)f27塊體群的處理，探索并體現(xiàn)了EPC建設(shè)模式對重大突發(fā)地質(zhì)問題處理的優(yōu)點。傳統(tǒng)建設(shè)模式下，對突發(fā)地質(zhì)問題，將遵循情況調(diào)查、地質(zhì)補勘、設(shè)計方案制定、審查、施工的程序進(jìn)行，由于問題重大且責(zé)任方眾多，決策將會是一個漫長的過程，可能影響施工進(jìn)度甚至錯失最佳的加固時機(jī)。楊房溝在EPC建設(shè)模式下，設(shè)計與施工成為一個綜合責(zé)任主體，這不僅大大減少了工程建設(shè)中兩大責(zé)任主體的相互矛盾和推諉內(nèi)耗，還充分發(fā)揮了他們的主觀能動性和創(chuàng)造力。在f27塊體群處理中，EPC主體的設(shè)計方對外主動聯(lián)系建管局、主管部門、質(zhì)量監(jiān)督方、設(shè)計監(jiān)理、施工監(jiān)理等對設(shè)計方案進(jìn)行全程跟蹤及深度融入；對內(nèi)通過施工預(yù)警、草案準(zhǔn)備、施工反饋等對施工提出預(yù)期要求。而EPC的施工方在全過程中緊跟方案變化，提前備料、搭建錨固平臺、全工區(qū)調(diào)配資源展開快速施工，確保了f27塊體群的加固處理。

2 f27塊體群的識別

楊房溝壩址區(qū)巖體主要為花崗閃長巖，地質(zhì)構(gòu)造大部分為中陡傾角斷層。斷層f27在上游地表的產(chǎn)狀為EWS∠55°～65°，向下游延伸時產(chǎn)狀漸變?yōu)镹50°～60°WSW∠55°～65°，并從高往低處傾角逐漸變陡，斷層寬5cm～20cm，帶內(nèi)由片狀巖、碎塊巖、巖屑組成，鐵錳渲染較嚴(yán)重，呈強～弱風(fēng)化，面扭曲延伸。正如前所述，f27塊體群頂部是高程2102m混凝土卸料平臺，下部是高程1947m的基坑，上、下游分別為電站進(jìn)水口及拱座開挖凹槽，總體形成三面卸荷、高達(dá)155m的凸型坡體。而f27為陡傾順坡向斷層，極易與其他結(jié)構(gòu)面組合成塊體。隨著邊坡下切開挖，f27斷層在高程1995m逐漸出露，并隨著開挖卸荷，在高程2102m平臺混凝土面上出現(xiàn)了裂縫[5]。

圖1 f27斷層破碎帶地質(zhì)剖面

該部位邊坡開挖自2017年12月從高程2101.85m開始，2018年4月23日開挖至高程2015m，2018年5月13日開挖至高程2000m。2018年4月28日2102m平臺混凝土面發(fā)現(xiàn)3條裂縫，裂縫寬1mm～2mm，5月14日發(fā)現(xiàn)新增4條裂縫，隨后裂縫數(shù)量、寬度有所增加，裂縫寬度最寬10mm。裂縫寬度測值與多點位移計Mbj-2-1成果相關(guān)性較好，截止2018年6月26日，多點位移計Mbj-2-1累計位移9.50mm。裂縫一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，EPC設(shè)計方即報告并邀請建設(shè)各方進(jìn)行跟蹤識別、分析與判斷。此外，立即開展了補勘工作，主要有：

(1)對塊體各臨空面發(fā)育的結(jié)構(gòu)面進(jìn)行工程地質(zhì)測繪及復(fù)核；

(2)對高程2102m卸料平臺基礎(chǔ)進(jìn)行跟蹤地質(zhì)素描；

(3)對塊體上的前期探洞PD15(高程2070.60m)、PD35(高程2056.80m)、PD13(高程1996.70m)、PD21(高程2002.20m)和工程邊坡揭露地質(zhì)資料進(jìn)行工程地質(zhì)復(fù)核；

(4)在塊體高程2000m增布3個20m深水平鉆孔，在高程2000m平臺布置2個40m深鉛直鉆孔，并進(jìn)行孔內(nèi)全景攝像；同時對邊坡高程2035m的2個水平孔、高程2015m、2040m、2045m、2070m的4個多點位移計孔及高程2080m的2個錨索孔進(jìn)行孔內(nèi)電視攝像。

根據(jù)對上述地質(zhì)資料的分析，采用赤平投影和計算機(jī)三維模型組合等方法對f27塊體群進(jìn)行了識別，赤平投影如圖2。所謂“識別”就是通過對資料的分析，確認(rèn)塊體的邊界條件、組合情況、結(jié)構(gòu)面參數(shù)、破壞模式等。f27塊體群是以f27斷層為主滑面，并與其他結(jié)構(gòu)面多重組合相互嵌套的塊體簇群，共識別有8個塊體，其中以f27斷層與f25斷層組合的ZTK1塊體最大，約為14.97萬m3。

圖2 主要斷層與邊坡典型組合赤平投影

3 f27塊體群穩(wěn)定分析

分析認(rèn)為，f27塊體群形成及變形的主要原因有：f27斷層等原生結(jié)構(gòu)面的存在是塊體產(chǎn)生的內(nèi)在原因；三面開挖為塊體沿結(jié)構(gòu)面的卸荷、松弛提供了空間和應(yīng)力條件；難以避免的爆破、降雨和施工用水入滲降低了結(jié)構(gòu)面的力學(xué)強度；囿于人們對良好花崗巖中的小斷層認(rèn)識有一個逐步上升的過程，可能導(dǎo)致前期的鎖口錨固量欠足或加固時機(jī)相對滯后，對塊體裂縫的發(fā)展有不利影響[6、7]。

3.1 穩(wěn)定安全標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5353-2006)，考慮楊房溝工程為Ⅰ等工程，f27塊體亦即左岸壩肩邊坡為A類(樞紐工程區(qū))Ⅰ級邊坡，邊坡設(shè)計安全系數(shù)根據(jù)不同狀況分別取值：持久工況取1.30，短暫工況取1.20，偶然工況取1.10。

3.2 計算模型及方法

根據(jù)實際揭露的地質(zhì)條件，與f27組合形成的8個潛在不穩(wěn)定塊體，在采用平面剛體極限平衡法進(jìn)行計算時，僅考慮底滑面，而不考慮側(cè)滑面，故將8個三維塊體概化為平面滑動計算，各三維塊體的組合情況見表1，其中3個較大塊體的三維模型如圖3。

圖3 三個較大塊體(ZKT1、ZKT5和ZKT8)的三維模型

平面剛體極限平衡計算采用《水電水利工程邊坡設(shè)計規(guī)范》(DL/T 5353-2006)推薦的摩根斯坦-普萊斯法，該方法為下限解法，既考慮力矩平衡又考慮力平衡，屬于嚴(yán)格解法[8、9]。

表1 f27塊體群組合情況

3.3 計算參數(shù)取值

塊體結(jié)構(gòu)面參數(shù)經(jīng)試驗、類比、反演等綜合確定，取值如表2。

表2組成塊體結(jié)構(gòu)面參數(shù)

3.4 平面穩(wěn)定分析結(jié)果

任何邊坡的計算結(jié)果均與所選的參數(shù)、模型直接相關(guān)。由于在2018年5月14日(塊體變形監(jiān)測數(shù)據(jù)突變?nèi)掌?前已實施了部分原設(shè)計的系統(tǒng)錨索，因此，在進(jìn)行上述的參數(shù)反演時，是以部分錨索已加固的狀態(tài)為基準(zhǔn)，并取保守的現(xiàn)狀安全系數(shù)0.98～0.99進(jìn)行的，因此再計算“天然”的安全系數(shù)已無實際意義。下述的安全系數(shù)均是在此參數(shù)基礎(chǔ)上的計算結(jié)果。計算表明：在新增錨索等綜合措施實施后，蓄水工況各塊體的安全系數(shù)約在1.69～1.70之間，施工期安全系數(shù)約在1.19～1.37之間，水位驟降工況安全系數(shù)約在1.52～1.63之間，蓄水+地震工況安全系數(shù)約在1.59～1.63之間，均大于相應(yīng)工況要求的安全系數(shù)。

3.5 其他穩(wěn)定分析方法及結(jié)果

除二維平面極限平衡分析外，還采用三維極限平衡法和3DEC離散元法進(jìn)行了穩(wěn)定復(fù)核及塊體開挖加固響應(yīng)模擬。三維極限平衡分析表明，在考慮三維效應(yīng)的情況下，各塊體的安全系數(shù)均有較大的提高，即使在f27斷層參數(shù)下浮10%的情況下，各塊體的安全系數(shù)仍能滿足規(guī)范要求。

3DEC離散元法主要對邊坡的開挖變形及加固響應(yīng)特征進(jìn)行了分析，主要結(jié)論：邊坡在高程2102m～2030m開挖時段，f27斷層未在臨空面出露，坡體主要表現(xiàn)為卸荷回彈；邊坡在高程2030m～2000m開挖時段，邊坡中上部上游部位(三面臨空的凸出部位)外側(cè)變形較內(nèi)側(cè)明顯，變形量一般在6mm～12mm，呈現(xiàn)“外大內(nèi)小的漸變式”變形特征，該特征的宏觀表現(xiàn)即為塊體頂部沿f27、f15-4、f15-1、J345等斷層的有規(guī)律開裂現(xiàn)象；邊坡在高程2000m～1947m開挖時段，隨著加固支護(hù)的實施，邊坡安全系數(shù)將得到有效提升，卸荷與加固的綜合作用塊體雖仍有變形，但塊體頂部變形量及速率明顯降低，變形增量一般在2mm～4mm左右，表明支護(hù)施工會起到較好的加固作用[10]。

4 f27塊體群的加固

根據(jù)以上分析，EPC設(shè)計方提出了以錨索錨固為主、以局部馬道高程抬高、勘探洞回填及監(jiān)測的綜合處理方案[11]。具體有：

(1)在高程2000.00m～2101.57m邊坡增加5排2000kN預(yù)應(yīng)力錨索、10排3000kN預(yù)應(yīng)力錨索，共增加2000kN錨索94束，3000kN錨索243束；在高程1980m～2000m邊坡增加3排共32束2000kN預(yù)應(yīng)力錨索、102束3φ32錨筋樁以進(jìn)一步“固腳”。邊坡加固支護(hù)典型剖面見圖4。

(2)為減小f27斷層在坡腳出露的不利影響，并在f27下部開挖出露前為支護(hù)施工創(chuàng)造時機(jī)，將拱肩槽上游邊坡1970m馬道抬高到1980m。

(3)將勘探洞PD15、PD35、PD13、PD21采用鋼筋混凝土回填，形成抗剪洞。

(4)針對f27塊體群，布設(shè)增多點位移計12只，錨索測力計19只，錨桿測力計5只，表觀測縫計(點)18個。

(5)提出并執(zhí)行了嚴(yán)格的施工程序。為滿足施工期穩(wěn)定要求，在新增的2000kN錨索施工完成后，對新增的3000kN錨索分兩期施工，高程2005.00m、2010.00m、2014.50m、2018.50m、2058.00m、2062.50m、2082.50m、2095.00m、2092.50m、2091.50m位置的8排3000kN錨索為一期，高程2022.50m、2026.50m位置的2排3000kN錨索為二期。在完成一期錨索施工的情況下，左岸拱肩槽2000m高程以下邊坡才繼續(xù)下挖施工。優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)和爆破梯段，減小了對2000m高程以上邊坡的擾動。

(6)提出施工安全警戒值及風(fēng)險防范措施。安全警戒值見表3。

表3邊坡位移速率、累積變形量與警戒要求管理標(biāo)準(zhǔn)控制[12]

根據(jù)警戒等級，制定了詳細(xì)的應(yīng)急處置措施，包括崗哨設(shè)置、巡視、警報、撤離道路、安全區(qū)、上報流程、人員組織等。并進(jìn)行了培訓(xùn)及演練，加強了施工人員的安全意識，穩(wěn)定了隊伍的心態(tài)。

5 加固效果監(jiān)測及后評估

f27塊體群開挖支護(hù)主要的監(jiān)測成果表明：

(1)表觀監(jiān)測。塊體頂部平臺測縫計實測最大開合度2.13mm，周變化量介于0mm～0.01mm。高程2075m探洞測縫計實測最大開合度7.98mm，周變化量介于-0.01mm～0.09mm?？碧蕉礈y縫計的變化見圖5。

(2)多點位移計監(jiān)測情況。塊體高程2005m多點位移計Mbj-3-1實測最大位移量23.55mm，典型曲線如圖6所示。其他多點位移計數(shù)值均小于此值。

(3)錨索測力計監(jiān)測情況。左岸拱肩槽邊坡100t錨索荷載變化量介于-20.09kN～4.04kN，實測荷載介于1009.01kN～1142.86kN；200t錨索荷載變化量介于-16.96kN～37.86kN，實測荷載介于1967.96kN～2209.19kN；300t錨索荷載變化量介于-66.11kN～-1.68kN，實測荷載介于2631.11kN～3388.07kN；各測點荷載損失率介于-8.65%～8.21%。錨索測力計監(jiān)測典型曲線如圖7所示。

圖5 地質(zhì)探洞測縫計監(jiān)測曲線

圖6 多點位移計監(jiān)測曲線

圖7 錨索測力計監(jiān)測曲線

從邊坡測縫計、多點位移計及錨索測力計變形監(jiān)測成果來看，隨著支護(hù)措施的實施，邊坡變形逐步趨于收斂穩(wěn)定。截止2018年10月30日，壩基開挖已經(jīng)結(jié)束，大壩開始首倉凝混土澆筑。

6 結(jié)語

楊房溝左岸壩肩f27塊體群的出現(xiàn)及發(fā)展，給楊房溝水電站的建設(shè)帶來了極大的工程難題。得益于EPC建設(shè)模式的責(zé)權(quán)清晰、決策迅速等優(yōu)點，EPC方迅速制定了以錨固為主的綜合加固處理方案，并在施工方提前精心準(zhǔn)備、高效優(yōu)質(zhì)施工的情況下完成了加固工程，確保了邊坡的穩(wěn)定、基坑的開挖及大壩混凝土的澆筑。EPC模式對重大地質(zhì)缺陷處理的探索應(yīng)用，可為類似工程提供有益的借鑒。