引水发电隧洞进口边坡

2023-08-24 理论教育版权反馈

【摘要】：图9-2 引水发电洞进口边坡多点位移计平面布置示意图MIP1—多点位移计编号监测表明,进口边坡的变形主要发生在洞脸边坡,侧坡变形很小。

9.2.1.1 基本条件

引水发电隧洞进口边坡坡底高程796.00m,坡底宽90m,最大坡高89m；高程796.00～830.00m间为直立坡,高程830.00～845.00m间坡比1∶0.2,高程845.00～885.00m间坡比为1∶0.75,并分别在845.00m和857.00m高程设宽2m的马道。高程845.00m以下边坡与进水塔之间将用混凝土回填。

边坡位于沙金坝向斜北西翼,由和层组成,岩性为厚层状含煤砂岩夹中—厚层状粉砂岩,薄层状泥质粉砂岩、煤质页岩。地层产状N15°～30°E/SE∠55°～70°,坡体内有2条斜向分布的剪切错动带L10、L11(见彩插图No.34),带内多见废旧煤洞分布,L10发现废旧煤洞FMD66号、L11发现废旧煤洞FMD31号。裂隙主要发育有4组:①N15°～55°E/NW∠28°～50°；②N50°～80°W/SE∠50°～80°；③N55°～75°W/NE∠20°～55°；④EW/N∠55°～60°。据开挖揭露,边坡岩体风化卸荷现象显著,洞脸坡1号、2号进水口高程820～825m、3号、4号进水口高程830～835m以上为强卸荷带；进水口右侧边坡全为强卸荷带；左侧830m高程以上为强卸荷带。

9.2.1.2 边坡总体稳定性

属于层状反向结构边坡,无较大结构面相互组合,天然状态下整体稳定,边坡开挖后,根据CSMR分类,边坡大部分为Ⅳ～Ⅴ类岩体,少部分Ⅲ类岩体。处于不稳定、局部稳定状态。

9.2.1.3 变形破坏分析

进水口边坡开挖过程中,岩体的变形破坏模式有:①沿层间剪切错动带L11、L10、和层内错动带(Lc)发生的侧向张裂(软层压缩蠕变—倾倒拉裂破坏)；这是由于开挖边坡较陡,在斜坡重力场及开挖卸荷作用下,边坡沿各岩层面发生向临空方向的倾倒变形,由于层间剪切错动带L11、L10层具有较大厚度,易产生不均匀压缩蠕变,为其上部硬岩体的变形提供了较大的空间,使岩体弯曲倾倒,并形成近垂直于岩层面的顺坡向拉张裂缝,随着倾倒变形量的增大,顺坡向中缓倾角拉裂面进一步扩展,最终有可能形成贯通性的滑移面而破坏。②楔体崩塌,是平面滑移拉裂破坏的一种主表现方式。主要发生在强卸荷带厚层状含煤砂岩中,层面与边坡呈反倾向,但有近于平行边坡陡倾裂隙和其他两组裂隙切割,形成楔体,在高程828～840m、高程840～845m附近开挖过程中,未及时进行临时支护,发生了2次崩塌,方量分别为450m3和600m3。

9.2.1.4 边坡稳定性分析

(1)有限元数值计算分析。SIGMA/W是一个有限元计算软件,它可以很好地计算比较复杂的地质体的应力和应变。进水口边坡计算结果表明:开挖边坡的变形主要集中在软弱岩层及其顶板岩层部位和进水口陡直的临空岩体内,边坡向临空方向倾倒变形深度约25～30m,这与位移监测结果的情况基本一致。最大主应力集中在层间错动带的顶板岩体内和开挖坡脚处,可分别达10MPa和8MPa。最大剪应力集中在开挖边坡坡脚处和层间错动带及其顶板岩体内。

(2)稳定性计算。进水口边坡为本工程之主要建筑物,按一级建筑物设计。根据进水口的地质条件,采用岩质边坡计算程序EMU计算该边坡的抗滑稳定安全系数,由于高程794.0～830.0m段采用垂直开挖,高程830.0～845.0m段采用坡比1∶0.2的陡边坡开挖,边坡开挖后失去了坡脚的阻滑体,边坡下部可能成为滑坡的滑出点。在计算时,程序自动寻找最小的安全系数对应的滑弧。

其失稳形式主要为几组不利结构面组合形成的局部岩体失稳。右侧坡为斜顺向坡,有沿L10和其他结构面组成的楔形体滑动稳定问题。

根据岩层产状和层间剪切错动带在边坡上的出露情况,选择1号、4号引水发电隧洞轴线剖面施工期及施加锚固措施(1号洞单宽锚固力为375t/m,4号洞单宽锚固力为450t/m)后进行稳定计算,计算剖面见图9-1,岩土力学参数见表9-7,计算结果如表9-8。计算结果表明开挖完成后边坡安全系数0.90～0.95,处于不稳定状态,必须进行工程处理。

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图9-1 引水洞进水口边坡剖面示意图

表9-7 边坡岩体物理力学指标

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表9-8 边坡稳定计算结果表

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9.2.1.5 工程处理

根据上述分析计算,采取的系统砂浆锚杆、挂钢筋网喷混凝土、锚筋束、系统预应力锚索、排水等综合工程处理措施(见彩插图No.34)。

9.2.1.6 加固处理后的稳定性分析验算

采用SIGMA/W有限元分析计算结果表明,支护后边坡x方向位移等值线相比无支护措施的情况,受支护后,边坡x负方向的变形量明显减小；直立临空面最大变形值由以前170mm减小至90mm,坡体内部变形也明显减小；y方向边坡变形总的规律并没有受到加固措施太大的影响。应力分析表明:边坡支护后,最大主应力分布同加固前相似,总体上最大主应力比较低,其量值大部分在3MPa以下,开挖坡体拉应力区明显减小。

由于施工支护滞后,开挖过程中出现了一些垮塌和变形,增加了一些处理措施,对边坡进行了稳定复核,选择4号引水发电隧洞剖面,实际施加的单宽锚固力为450t/m,边坡加支护后,施工期安全系数由K=0.9增加到K=1.148,正常运用时的安全系数由K=1.35增加到K=1.56；库水位骤降时的安全系数达1.41；稳定复核结果表明(表9-9),边坡处于稳定状态。

表9-9 4号引水发电隧洞剖面稳定复核结果

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9.2.1.7 边坡稳定性监测

进水口洞脸边坡布置2个监测断面(A、B),每个监测断面布设2套多点位移计(高程分别为845.0m、860.0m),进口左侧边坡高程830.0m马道布置1套位移计,主要监测L10破碎带的稳定性(监测仪器布置见图9-2)；并设13台锚索测力计。

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图9-2 引水发电洞进口边坡多点位移计平面布置示意图

MIP1—多点位移计编号

监测表明,进口边坡的变形主要发生在洞脸边坡(MIP1～MIP4),侧坡变形很小(MIP5)。施工开挖是边坡变形的主要原因,洞脸边坡位移量主要发生在2002年12月中旬至2003年4月上旬施工开挖过程中(见图9-3),尤其下部高程830.0～796m垂直边坡开挖影响较大,位移速率最大达到1.32mm/d。2003年4月中旬以后,随着边坡开挖的结束、锚索支护的加强以及进水口处闸室修建等,尤其是边坡上部对穿锚索的施工完毕,边坡的变形明显得到控制,变形速率明显减小并逐步趋于平缓。2004年6月11日到25日,MIP4受885m高程平台灌浆影响,位移测值略有增加,灌浆结束后变形逐渐平稳,蓄水初期出现微量负变形。监测还表明,边坡变形的最大影响深度一般可达25～30m。

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图9-3 引水发电隧洞进口边坡MIP4实测位移过程线

1—测点深度26m；2—测点深度18m；3—测点深度12m；4—测点深度3m

锚索测力计测试表明,在锚索张拉锁定后的2～3周内锚索出现相对较快的预应力损失阶段,此后,锚应力随时间增长有小波动和微小的降低趋势。大部分锚索的预应力值随时间而逐渐趋于稳定。

引水发电隧洞进水口边坡永久支护完成已有4年时间,施工期结束后,变形已经收敛,边坡处于稳定状态。

引水发电隧洞进口边坡

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