第４２卷第１４期 ２ ０ １ １年７月 文章编号：１００１—４１７９（２０１１）１４—００６４—０５ 人 民 长 江 Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｖｏ１．４２．ＮＯ．１４ Ｊｕｌｙ， ２０１１ 右岸坝顶以下边坡施工期安全监测成果浅析 刘 峰 ，王凤莲 ，陶友棋２，郑树俊２ （１．国电大渡河大岗山水电开发有限公司，四川石棉６２５４０９； ２．中国水电顾问集团西北勘测设计研究院 陕西西安７１００４３） 摘要：大岗山水电站右岸坝顶以下边坡局部存在潜在不稳定块体，对施工期安全构成了威胁。根据关键块体 的构成，制定并实施了边坡安全监测方案。主要监测内容为位移变形、应力变化和外观变化。监测成果反映 了开挖施工对边坡稳定的影响，确定了不稳定块体，为采取安全加固措施提供了科学的基础资料，保障了开挖 施工的安全进行。 关 键 词：工程边坡；关键块体；稳定性；变形监测；安全控制；大岗山水电站 中图法分类号：ＴＶ６９８ 文献标志码：Ｂ ～１右岸边坡工程概况 大岗山水电站位于四川省大渡河中游石棉县境 内，坝址区位于海流沟上游约３．０ ｋｍ的河道峡谷地 １ ２４０ ｍ设置６层抗剪洞，并对边坡进行锚索加固。 至２０１０年６月１２日，下３层（高程１ ０６０，１ １２０， １ １５０ ｍ）抗剪洞一期回填混凝土施工完毕，之后右岸 边坡逐步恢复开挖，至同年１０月底，开挖至高程１ ０４０ ｍ左右。 区。坝址右岸边坡岩体中发育倾向坡外的小断层及卸 荷裂隙密集带，构成影响右岸边坡稳定的控制性地质 结构面。ｔ２３１断层贯通右岸坝肩边坡约１ ２６０ ｍ高程 以下，延伸长度大于３００ ｍ。 右岸边坡开挖２００７年８月开工，２００９年１月已开 ２边坡局部块体稳定分析 根据地质资料，右岸坝顶以下边坡，在坝纵０＋３０ ～０＋１０７ ｍ，高程１ ０４０～１ １３５ ｍ区域，以中倾坡外的 挖至坝顶１ １３５ ｍ高程，开挖边坡整体稳定。２００９年 ３月，随着边坡继续下挖，倾向坡外的中等倾角１２３１断 层出露，在ＬＰＶ～ＬＰＶＩＩ地质剖面局部地段，边坡混凝 土喷层沿部分岩脉开裂，ＰＤ３１４平洞内１２３１断层局部 松弛，洞底水泥结石出现轻微裂隙错台变形迹象。开 挖至高程１ ０７０ ｍ后即停止下挖，并相继对１２３１断层 ２３１（Ｎ５。Ｗ／ＮＥ／４３。）软弱断层为底滑面，以倾向坡 １里的１３６２（Ｎ３。Ｅ／ＮＷ／６２。）、１３８５（Ｎ１０。Ｗ／ＳＷ／６５。） 等岩脉破碎带为后缘切割面，以［３ｊ６２２（ＥＷ／Ｓ ８２。）、 ３１２１９（Ｎ７８。Ｗ／ＮＥ ８３。）等ＮＷＷ向岩脉破碎带、第④ 组裂隙为上游切割面，构成了１，２号和３号局部关键 分割块体，参见图１右岸坝顶以下边坡１号块体空间 分割图。 断层１２３１—１３ｊ６２２—１３６２切割边坡构成１号块体， ２３１一Ｐｊ１５ ２—１３２１９—１３６２构成２号块体，ｔ２３ｌ一１３２１９ —前缘实施锚索加固等措施，有效抑制了边坡变形。监 测成果表明，右岸边坡未出现变形突变整体下滑迹象， 现状条件下右岸边坡整体基本稳定。 为防止右岸边坡沿１２３１等断层的变形继续发展， 危及工程安全，采取了综合处理措施：即在高程１ ０６０ 收稿日期：２０１１—０５—２７ １３６２—１３８５构成３号块体。 （１）１号块体无支护状况下的稳定性分析。１号 作者简介：刘 峰，男，工程师，主要从事水电工程施工与管理工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｇｓｌｆ＠１６３．ｅｏｍ 第１４期 刘 峰，等：右岸坝顶以下边坡施工期安全监测成果浅析 ６５ 坝块总体积１８ ２００ ｍ。，总重４８０ ５００ ｋＮ。其底滑面 ２３１与上游侧切割面１１３ｊ６２２相交出露点基本位于高程 仪器３７套；此外还实施了深部卸荷裂隙监测、微振监 测以及边坡外部变形网监测等。 １ ０４０ ｎｌ左右，１号块体为楔形块，可参照相关规范中 的楔形体法计算稳定系数 。 其中１２３１断层面抗剪断参数根据设计报告确定。 现场调查与试验成果表明：ｔ２３１断层属Ｂ１岩块岩屑 型——Ｂ２岩屑加泥型，地质勘察报告建议按Ｂ１、Ｂ２ 型结构面加权统计，抗剪断强度参数采用ｃ＝９０ ｋＰａ， ｆ＝０．４７；１３ｊ６２２岩脉潮湿岩屑加泥型软弱破碎面的抗 剪断强度参数按相关规范确定。 图１ 右岸坝顶以下边坡１号块体空间分割示意 计算结果表明，１号块体无支护状况下的稳定系 数为０．９４，处于亚临界稳定状态。２０１０年６月中旬恢 复开挖后，高程１ ０７０ ｍ以下边坡分层开挖并实施锚 固，对控制１号关键块体的稳定是非常重要的。 （２）２号块体的稳定性分析。在高程１ ０４０ ｍ，２ 号块体的平切面积约６９０ ｍ ，推断底滑面１２３１与上游 侧切割面１３２１９相交出露点位于高程１ ０００ ｍ以下，因 此２号块体目前基本稳定。由于１３２１９（Ｎ７８。Ｗ／ＮＥ ８３。）稍外倾坡外，使２号块体处于１３２１９岩脉的下 盘，计算分析表明，２号块体的结构面组合比１号块体 还要不利，无支护状况下的稳定系数进一步降低。随 着边坡进一步下挖，需加强对２号块体中下部分１２３１ 出露区的锚固，防止局部较大变形发生。 （３）３号块体的稳定性分析。３号块体已实施全 面锚固，施工期不会产生较大的滑动变形。 ３施工期阶段性监测成果 ３．１ 监测仪器布设简介 右岸高程１ １３５～１ ０４０ ｍ边坡设计了４—４，５—５ 和６—６三个监测剖面，至２０１０年１０月底共安装多点 位移计，钻孔倾斜仪，锚杆测力计，锚索测力计等监测 ５—５和６—６剖面在坝纵０＋３０～０＋１０７ ｍ部 位，与上述的１～３号关键块体相关，且大部分在高程 １ ０６０ ｍ和１ １２０ ｍ两层抗剪洞加固区以外的下游侧。 本文仅对此部位２０１０年６月１２日边坡恢复开挖后的 主要监测结果进行分析。主要监测仪器布置参见图 ２。 图２右岸坝顶以下边坡监测仪器布置示意 ３．２ 多点位移计监测 右岸边坡５—５和６—６剖面安装了６套多点位移 计，２０１０年６月１３日至１０月３１日监测结果如下。 （１）根据钻孔编录，５—５剖面的Ｍ３—１２、Ｍ４—１６ 和Ｍ４—１７三孔多点位移计穿过ｔ２３１断层，参见图３。 ３套位移计的孔口位移增量随高程增加逐级降低，Ｍ３ —１２变形较大，为２１．８ ｍｍ；Ｍ４—１６居中，为９．２ ｍｍ；Ｍ４—１７较小，为５．０ ｍｍ。 图３ 右岸边坡５—５监测剖面测点位移增量标示 （２０１０．０６．１３一ｌ０．３１） ６６ 人 民 长 江 （２）从图４可以看出：Ｍ３—１２孔口７月２８日至８ （４）设计安装的Ｍ４—１３孔口位移计位于２号块 月１日期问发生了一次约５ ｍｍ的较大位移突变，并 且该时段其它各种类型的监测结果也均发生了较明显 体中上部，钻孑Ｌ穿过１３６２、１３２１９岩脉，参见图２和图８。 从图７可以看出，该孔位移主要发生在２００９年６～９ 的变化。同时位于高程１ ０６０ ｍ抗剪洞交通洞段，距 洞口８．２～１５ ｍ位置处发现４条倾向坡外的环切面裂 缝，缝宽１～１０ ｍｍ。施工地质编录表明，距交通洞口 月间，孔口位移已达２８ ｍｍ；当时边坡开挖至１ ０７０ ｍ 高程，１ ０７０～１ １００ ｍ高程段边坡还未能全面有效锚 固，使２号块体发生了明显变形；停止开挖并施加锚固 后，位移明显趋缓。２０１０年６月１２日恢复开挖后，全 孔位移仍呈缓慢增长趋势，至１０月底，孔口至１３ ｍ段 岩体整体基本外移了１０．３ ｍｍ，其中受［３２１９岩脉影响 外移８．２ ｍｍ，受１３６２岩脉影响外移２．１ ｍｍ左右。类 ９．８～１ １ ｍ为ｆ２３１断层破碎带，宽度０．７～０．９ ｍ。由 于１ ０６０ ｍ高程以下开挖边坡未能及时锚固，７月２８ 日的邻近爆破规模亦较大，致使１号块体沿ｔ２３１产生 明显的滑移一拉裂变形，交通洞作为强力抗体，虽发生 多处拉裂，但有效阻止了１号关键块体的失稳破坏。 下部边坡实施锚固后，Ｍ３—１２的位移有效趋缓。 图４ 多点位移计Ｍ３一ｌ２绝对位移过程线 （３）从位移过程线图５和图６可以看出：与Ｍ３一 ｌ２相比，位于３号块体中部的Ｍ４—１６和顶部的Ｍ４一 ｌ７位移增量趋势相似，但量级逐步减弱，说明１号块 体的位移未能直接向上传递，被逐级锚索加固有效抑 制。 甲 宁 甲 甲 甲 甲 时间／（年一月一日） 图５多点位移计Ｍ４一ｌ６绝对位移过程线 ！ ｉ 莘 彳； 茎 害 曼 圭 圭 图６多点位移计Ｍ４一ｌ７绝对位移过程线 似Ｍ３—１２，７月２８日至８月１日，受邻近爆破影响，全 孔整体外移突变３．３ ｍｍ，同时巡检发现１ １２０ ｍ高程 抗剪洞受［３２１９岩脉侧切影响产生了轻微裂缝。 图７多点位移计Ｍ４—１３绝对位移过程线 ；：． 一． Ｉ）啪 年 目 旱琴＿Ｉ】一日 图８右岸边坡１１００高程平切示意 （５）６—６剖面的Ｍ４—１４和Ｍ４—１５位于３号块 体处，２０１０年６～ｌ０月间孔口增量位移２．５～２．８ ｍｍ． 总体较小，说明２００９年锚固后效果较好；主要位移发 生在２００９年６—９月期间。 ３．３锚索测力计监测 右岸边坡１ １３５～１ ０７０ ｍ高程共布置了ｌ２套锚 索测力计，２０１０年６～１０月期间，大部分锚索计基本 平稳，仅位于１号块体中部的ＰＲＩ２荷载增加了２０４ ｋＮ，３号块体下部的ＰＲ８荷载增加了１４２ ｋＮ，说明１ 号块体受力变形较大，并继而传递影响了２号块体的 第１４期 刘 峰，等：右岸坝顶以下边坡施工期安全监测成果浅析 ６７ 下部变形。整体综合评价锚索计的深层锚固作用力未 与多点位移计等监测的变形量值同步一致，尤其是位 于１号和２号块体中上部（１ １０７ ｍ高程）的ＰＲ７和 ＰＲ１１锚索计荷载基本平稳，与邻近的多点位移计Ｍ４ 一外观测墩，沿５—５剖面有ＴＰ３５Ｒ、ＴＰ２９Ｒ和ＴＰ３２Ｒ３ 个观测点。２０１０年６～１０月监测结果如下。 （１）高程１ １３５ ｍ马道监测点ＴＰ３５Ｒ观测周期内 位移量较小，表现基本稳定，与邻近的多点位移计Ｍ４ —ｌ３及Ｍ４—１６不能较好对应，有待于进一步监测分 两锚索计荷载２０１０年６—９月基本持续增加，之 １７结果相一致。 析。 （２）高程１ １００ ｍ马道监测点ＴＰ２９Ｒ观测周期内 位移增量居中，主要向上游移动了１ ８．９ ｍｎｌ，量值与多 点位移计Ｍ４—１６结果相对应。 （３）高程１ ０７０ ｍ马道监测点ＴＰ３２Ｒ位于１号块 后较稳定，其中７月２日和７月２８日发生两次明显变 化，与相邻的多点位移计变化有所对应，见图９。 图９锚索测力计ＰＲ８和ＰＲ１２荷载变化过程线 ３．４深部卸荷裂隙监测 ＰＤ３１４平洞（高程１ １０７．１１ ｍ、洞向Ｎ６０。Ｗ）内有 ３套仪器用于监测ｔ２３１断层的变化，见表１。 表１ 平洞ＰＤ３１４内ｔ２３１断层深部裂隙监测结果 ２０１０年６～１０月，监测１２３１的位错移动３．６ ｍｍ， 裂缝位移５．１ ｍｍ，ＪＰＤＲ一２３和ＪＰＤＲ一２４位移过程 线见图１０。两套仪器监测的位移量主要是受爆破开 挖施工对１２３１断层的影响所致，在７月份位移变化较 大，与穿过１２３１的多点位移计变化表现出较好的一致 性。 图１Ｏ 平洞ＰＤ３１４内位错计和裂缝计位移过程线 ３．５外观监测结果 右岸１ ０７０～１ １３５ ｍ高程３层马道设计了１０个 体的中部，参见图２。２０１０年６月１３日至ｌ０月底观 测期内位移增量较大，指向河道位移１５．１ ｍｍ，指向上 游位移２２．３ ｍｍ，与邻近的多点位移计Ｍ３—１２变位 较大相对应。 从图１１累计位移过程线可看出：ＴＰ３２Ｒ在６月 ２９日上午的观测中发生８．８ ｍｍ的变形，变形方向指 向临空面，为邻近开挖爆破影响所致。７月３０日，右 岸高程１ ０７０ ｍ马道出现局部裂缝，位于ＴＰ３２Ｒ上游 侧，当天ＴＰ３２Ｒ发生了２．４ ｍｍ的外倾变形。 图１１ １ ０７０ ｍ高程外观测点ＴＰ３２Ｒ累计位移过程线 ＴＰ３２Ｒ ７月６日累计水平位移分量Ｘ＝３１．２ ｍｍ，Ｙ＝９．６ ｍｍ，水平主位移方向为￥４７。Ｅ；１０月３Ｏ 日Ｘ＝３２．７ ｍｍ，Ｙ＝一１１．０ ｍｍ，水平主位移方向为 ￥８２。Ｅ；１号块体的上游侧切面与底滑面交线方位角为 ￥８２．５。Ｅ，说明１号块体的滑动方位随ｔ２３１的逐步出 露，不断调整，在１ ０４０ ｉｎ高程左右，１号块体底交线基 本出露，ＴＰ３２Ｒ水平位移主方向与底交线方位达到一 致，说明１号块体按楔形块进行的稳定分析符合实际 状况。 ４边坡表面裂缝分析 至２０１０年ｌ０月底，右岸边坡开挖至高程１ ０４０ ｍ 左右，右岸坝顶以下边坡，工程开挖将表层阻滑岩体挖 除，开挖后无支护情况下，形成了１～３号等局部可能 失稳块体。开挖过程中在块体底部剪出口附近受开挖 卸荷、应力条件等因素控制，极易沿边界结构面发生变 形错动。 ６８ 人 民 长 江 ２００９年５月３ １３，８月１６ １３，９月１ １３，２０１０年８ 会商，尤其是设计单位重视安全监测成果的应用，及时 调整相应的安全施工程序，取得了良好的效果。 月１日等时段右岸坝顶以下边坡表面出现的裂缝，均 与１～３号等关键块体的不利组合控制有关。随１２３１ 断层在工程边坡上出露，由于边坡开挖爆破以及锚固 支护不及时和雨季水等影响，致使上述关键块体发生 滑移一拉裂变形，从而导致边坡混凝土表层发生了开 裂等现象。 ６结语 （１）大岗山水电站右岸坝顶以下工程边坡以ｔ２３１ 为底滑面，倾向坡里的１３６２、１３８５等岩脉为后缘切割 面，以１３ｊ６２２、１３２１９等ＮＷＷ向岩脉破碎带为上游切割 面构成了１～３号局部分割块体，经分析计算，为潜在 不稳定关键块体，对边坡施工期的安全控制提出了较 高的要求。 （２）２０１０年１０月，右岸边坡已开挖至１ ０４０ Ｉｎ高 现场巡视检查表明，多点变位计等监测仪器发生 位移突变与边坡表层混凝土开裂直接相关。因此，１～ ３号等关键块体的不利组合结构面及岩体应力调整是 诱发开裂的主要内因。 因此，边坡分段开挖分层支护施工期，对潜在不稳 定关键块体的稳定性监测及施工安全控制是相当重要 的。 程左右，位于１～３号块体用于监测ｔ２３１的多点位移 计、锚索测力计、测缝计等仪器在６月中旬至８月初均 有较明显的变化，其中１号块体中部的多点位移计Ｍ３ —５施工期安全控制 右岸边坡２０１０年６月中旬恢复开挖后，于６月底 和７月底发生两次明显的位移变化，建设单位组织参 建各方积极讨论，调整了边坡开挖程序，收到了较好的 安全控制效果。 １２变形较大，与ｔ２３１在其下方边坡出露且未能及时 加固有关，后期施加锚固后，位移变化逐步趋缓。 （３）６月中旬恢复开挖至１０月底，１号块体总体 变位较大、２号块体居中、３号块体变形移动较小；说明 中上部边坡全面锚固作用有效抑制了底部位移向上的 传递，因此多点位移计呈现随高程增加变形逐步减小 的特征。 （１）大岗山安全监测管理中心每天及时汇总分析 各类监测结果，并及时向参建各方边坡通报的稳定状 （４）右岸坝顶以下边坡先后多次发生表层开裂， 况，为施工安全控制提供了基础保障。 （２）边坡发生明显位移突变与邻近的较大规模爆 破开挖直接相关，因此现场要求采取分区分时段爆破 开挖，且每次爆破安全允许振速控制在符合规程要求 的１０ ｃｍ／ｓ以内，实测安全控制效果较好。 （３）对１，２号等关键块体部位的边坡每开挖ｌ０ ～主要内因为１～３号块体的不利组合结构面及岩体应 力调整、主要外因为与邻近较大规模的爆破开挖以及 新开挖面未能及时锚固等有关。 （５）施工期参建各方根据安全监测结果及时调整 施工方案，爆破开挖安全控制较好，目前右岸坝顶以下 边坡处于基本稳定状态。 １５ ｎｌ高程即实施相应的锚固，对局部稳定控制效果 （４）针对边坡异常情况，建设单位积极组织设计、 （６）随右岸边坡的进一步下挖，２号等关键块体 明显。 的底滑面１２３１将逐步在边坡表面出露，应注意加强这 些部位的安全监测和施工安全控制。 （编辑：常汉生） 监理、施工、检测、安全监测中心等多家参建单位联合 Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｂｅｌｏｗ ｄａｍ ｃｒｅｓｔ ｏｎ ｒｉｇｈｔ ｂａｎｋ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ Ｄａｇａｎｇｓｈａｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＬＩＵ Ｆｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｆｅｎｇｌｉａｎ ，ＴＡＯ Ｙｏｕｑｉ ，ＺＨＥＮＧ Ｓｈｕｊｕｎ （１ Ｄａｇａｎｇｓｈａｎ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｇｕｏｄｉａｎ Ｄａｄｕｈｅ Ｒｉｖｅｒ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｓｈｉｍｉａｎ ６２５４０９，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｈｙｄｒｏｅｈｉｎａ Ｘｉｂｅｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ＇ａｎ ７ １００４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｏｃａｌ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｕｎｓｔａｂｌｅ ｂｌｏｃｋｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｂｅｌｏｗ ｄａｍ ｃｒｅｓｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒｉｇｈｔ ｂａｎｋ ｏｆ Ｄａｇａｎｇｓｈａｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｔｈｒｅａｔｅｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓａｆｅｔｙ．Ｉｎ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｋｅｙ ｂｌｏｃｋｓ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｗａｓ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎｃｌｕｄｅｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｖａｒｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｃ ｄａｔａ ｆｏｒ ｏｖｅｒａｌｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｌｏｐｅ；ｋｅｙ ｂｌｏｃｋ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｄａｎｇａｎｇｓｈａｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ