1· 工程概况 某水电站工程位于新疆维吾尔自治区境内，工程以发电为主，装机容量180 MW。 工程枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸导流兼泄洪洞、左岸溢洪洞、左岸引水系统和左岸地面厂房等主要建筑物组成。导流洞与永久泄洪洞完全结合，一次建成，兼顾施工导流与永久泄洪任务。 2· 地质条件及评价 坝址区为典型的峡谷地形［1］，河谷呈基本对称的“V”形。两岸均为基岩边坡，山势高陡，自然边坡坡度一般50° ～ 75°，局部近直立。坝址区出露地层为泥盆系中统萨阿尔明组下亚组下段，为火山碎屑岩建造的英安质凝灰岩、凝灰质砾岩、凝灰质粉砂岩及安山质凝灰岩等，厚度大于500 m。 坝址区两岸边坡高陡，断裂构造较发育，在风化、冻融、卸荷及重力等作用下，在山梁、地形较陡和较为突出的部位，边坡浅表层岩体松动破碎、拉裂和倾倒较为普遍，顺坡向卸荷裂隙较发育。 导流兼泄洪洞的进口边坡，开挖后除1 539 m高程以上边坡岩体完整性较差外，其余边坡岩体完整性整体较好，仅局部因断层及其影响带原因，岩体破碎。在边坡开挖过程中，未见大的顺坡剪出面，仅见顺坡短小裂隙发育，虽发育密度较大，但均不连续，切割亦较浅，且结构面性状较好; 边坡内没有明显的变形破坏迹象，整体处于稳定状态。 3 ·进口边坡设计 根据导流洞进口边坡勘探揭露的主要断层构造面( 包含F7、F17 和F19) 、岩层的产状及开挖边坡的走向、坡度和高度等相关因素，采用赤平投影作图法对结构面与开挖坡面组成的楔形体稳定性进行分析，并根据计算分析成果提出了边坡的开挖、支护和锚固处理措施。 ( 1) 边坡分层开挖高度控制在20 m 以内，每个开挖层间设2 m 宽的马道，开挖层间坡度1∶ 0． 5，综合坡比1∶ 0． 6。 ( 2) 在边坡高度的中部即坝顶高程1 499 m，设10 ～ 15 m 的宽平台，兼作上坝道路; 导流洞的进口开挖边坡高165 m，其中坝顶以上高度80 m，进水塔基础至坝顶高度约85 m。 ( 3) 对导流洞的进口开挖边坡进行如下支护处理: 1) 对坡顶的危岩和孤石进行人工清撬处理、对大面积松动岩体进行主动网防护处理。 2) 边坡全部采用喷混凝土支护，厚度10 cm。对于岩体完整性较好的坡面，喷C20 素混凝土; 对于岩体完整性较差的坡面，采用挂网喷C20 混凝土。 3) 坡面设置排水孔，间排距为4． 0 m: 每个马道以上2 排的排水孔直径为80 mm，深入岩石8． 0m; 其余排水孔直径为45 mm，深入基岩4． 0 m。 4) 在每个开挖边坡的马道以下设置2 排9 m长的28 mm 锁口长锚杆，间排距2． 0 m; 其余系统锚杆采用4． 5 m 长的25 mm 锚杆，间排距2． 0 m。 5) 导流洞进口洞脸的直立坡面上布置锁口长锚杆及锚筋桩: 长锚杆规格为28 mm、间排距2． 5m、长度9 m; 锚筋桩规格为3Φ32 mm、间排距3． 0m、长度15 m。 6) 在进口交通桥的桥台和桥墩基础及两侧范围布置1 000 kN 级、长30 m 的预应力锚索; 在桥墩、桥台的坡脚处还设置15 m 长的锚筋桩。 7) 随开挖揭露情况，对不利结构面组合构成的局部切割深度较深的楔形体，采用随机锚筋桩和随机预应力锚索的加固措施。 4· 边坡施工过程及进口边坡垮塌情况 4． 1 边坡施工过程 自2009 年10 月初开始导流洞进口边坡的开挖， 2010 年1 月初开挖至1 499 m 坝顶平台，2010年2 月底开挖至洞脸顶部1 444 m 马道，2010 年3月底开挖至进水塔的底板基础高程1 419 m。 截止2010 年4 月底，进口边坡1 579 ～ 1 539 m以上的系统锚杆和挂网喷混凝土全部完成，1559 m 以上的0． 5 m 厚贴坡混凝土尚未施工; 1 539 ～ 1 519m 边坡的系统锚杆仅部分完成; 坝顶1 499 ～ 1 484 m边坡的系统锚杆基本完成，挂网喷混凝土完成，深层支护未施工。同时，导流洞进口隧洞段的导洞已贯通，进口渐变段的混凝土明拱已浇筑，导洞准备扩挖。 2010 年4 月30 日，导流洞进口边坡表面测点取得观测初值; 5 月2 日测点的最大水平变位50． 8 mm，沉降23． 6 mm，测点位于进口边坡1 559 m 马道。 4． 2 进口边坡垮塌情况 2010 年5 月2 日晚至5 月3 日08: 00，工地发生强降雨并伴有大风强对流天气，降雨强度大，降雨量相对集中，雨势惊人。 5 月3 日08: 50，施工人员发现导流洞进口边坡时有碎石滑落、情况异常，立即电话向业主、监理和设计汇报，并迅速启动紧急安全避险预案，组织现场施工人员和机械设备紧急撤离。 2010 年5 月3 日10: 40，导流洞进口边坡发生了垮塌: 1 444 m 高程以下洞脸直坡首先发生垮塌，进而引起边坡上部1 444 ～ 1 580 m 高程段岩体因失去底部支撑而下滑，形成整体牵引式坐落下滑( 滑塌块体并未完全解体) 。垮塌体斜坡长约200 m，平均宽度50 m，厚度10 ～ 20 m，方量约12 万m3。 由于现场参建各方处置得当，紧急避险，施工单位除钢管排架等来不及转移被淹埋外，其余均撤离到安全区域，无人员伤亡、无设备损失。 5 ·边坡垮塌原因初步分析 5． 1 塌方后地质调查 导流洞进口边坡发生垮塌后，设计单位迅速组织相关专业对垮塌现场以及处理方案的可能布置条件进行仔细查勘，并经内业仔细研究分析［2］，对垮塌边坡分析如下: ( 1) 导流洞进口边坡地段，位于上游侧为F17、F15 断层沟与下游侧为F7 断层沟切割的单薄山梁部位。 ( 2) 前期布置在1 456，1430 m 高程的2 个勘探平硐基本查明，天然边坡的卸荷带仅12 m 左右，岩体松动拉裂，但在深40 ～ 50 m 的弱风化岩体内，虽然岩体卸荷不明显，但岩体仍有一定的松弛。卸荷岩体的松动松弛对边坡和隧洞围岩稳定是控制因素，由于凝灰质岩岩石坚硬，风化程度的控制性不强。 ( 3) 边坡岩体中断裂构造发育，对边坡和隧洞围岩稳定是另一控制性因素。前期发现地面有4 条出露的断层，勘探平硐揭露有多条断层，另有4 组裂隙切割导致该边坡和隧洞进口段岩体构造性破碎程度很高。因此，根据岩体风化、卸荷、构造发育情况及波速特征，前期确定隧洞进口段围岩以Ⅳ类为主。 ( 4) 边坡岩体结构面分布及组合特征 1) 导流洞进口天然边坡走向NE45°，1 470 m以下坡角65°，1 470 m 以上坡角40° ～ 50°，坡高约260 m，总体为天然高陡边坡。 2) NWW，NW ～ NNW 这2 组结构面与开挖边坡呈大角度相交，但倾角较陡，只对边坡起侧向切割作用，一般不构成滑面或后缘面。 3) NEE 组与边坡斜交，夹角小于40°，倾岸外偏向上游，可构成后缘面或滑移面，对边坡稳定起控制作用。但该组在边坡上多以断续延伸、发育较密的裂隙出现。 4) NNE ～ NE 组与开挖边坡呈小角度相交或近平行，但该组多倾向岸内，在边坡上受倾倒拉张作用，与层面类似。 5) 失稳块体的组合模式: ① NWW 向的F7、F17 构成上、下游侧切面; ② NEE 向( NE55° ～ 85°)结构面呈不同深度剪切滑移面。 ( 5) 进口隧洞段的堆积物 进口边坡垮塌后，经现场实际观察; 在导流洞进口隧洞段的30 多m 长范围内，堆满大量解体的潮湿块石。据此分析，导流洞进口隧洞段也发生垮塌，因此，堆积体充满了整个进口隧洞断面。 5． 2 初步分析垮塌原因 ( 1) 失稳块体具备侧切、滑移的边界组合。 ( 2) 导流洞进口洞脸( 坡脚部位) 地质情况复杂，且山体边坡陡立，多条断层交汇，岩体中断裂构造发育，构造性破碎程度高，岩体完整性差，整体稳定条件差。 ( 3) 边坡开挖施工时段为2009 年10 月至2010年3 月，边坡支护因冬季低温影响无法按规范和设计要求实施，为赶工而支护工作滞后，边坡松弛、卸荷持续较长时间，自稳性降低。 ( 4) 边坡岩体为卸荷松弛影响带内岩体，开挖爆破震动使其松弛程度增大。 ( 5) 导流洞进口段的导洞开挖、扩挖及洞口段塌方，造成洞脸上部岩体进一步变形，并在坝顶平台和F17 断层产生拉裂缝。 ( 6) 5 月2 日晚至3 日凌晨，有持续性较强降雨渗入原本干燥、松弛的山坡块体内，对岩体及结构面有湿化、软化和瞬间孔隙压力作用，坡脚洞口约15 ～20 m 段内松弛破碎岩体支撑力降低。加之坡面大部分系统锚杆和深层锚固尚未实施，在重力作用下，1444 m 高程以下洞脸直坡岩体首先发生大面积垮塌( 连同正在扩挖的进口隧洞段) ，进而引起边坡上部1444 ～1 580 m 高程段岩体因失去底部支撑，形成整体牵引式坐落下滑( 垮塌体并未完全解体) 。 6· 处理方案及综合比较 6． 1 处理方案 通过对垮塌段的塌滑体、后缘残留边坡及其上游沟梁部位地形地质条件现场查勘，对进口洞脸垮塌初步拟定2 个处理方案［2］: 方案1 为维持原隧洞轴线位置不变、进水塔后靠，简称恢复原洞口方案;方案2 为进口改线方案，即将导流洞进口轴线向上游转折，在原洞口位置上游侧基岩出露段重新进洞，简称进口改线方案。 ( 1) 恢复原洞口方案( 方案1) ，根据导流洞内塌方桩号推测，进水塔需沿原轴线向内平移约20m，洞线较原方案减少长度20 m。 首先自坡顶勘探路而下进行削坡处理和锚固，然后挖除垮塌后的残存边坡和锚固，形成新的洞脸边坡和锚固; 随后进行导流洞的开挖、支护及衬砌，进水塔混凝土浇筑及恢复上坝道路。由于垮塌后的边坡表面受到垮塌体的拖曳、张拉，坡面表部完整条件较差，需对其进行浅表层开挖和深层锚固，边坡的支护规模较原导流洞的边坡处理量大。 ( 2) 进口改线方案( 方案2) ，在原导流洞桩号泄0 + 075． 0 m附近分岔( 增加转弯段) ，在原洞口位置的上游侧基岩出露段出洞，比原洞线增长68 m。首先，对原有上游隧洞段进行永久封堵、对新进口的坝顶以上边坡进行开挖和锚固处理，并挖除垮塌体1 499 m 以上部分，并按公路边坡进行锚固处理。然后，进行进水塔基础和边坡的开挖、锚固及塔体混凝土浇筑，同时可进行导流洞进口段的开挖、支护及衬砌，恢复上坝道路和垮塌体水下部位的压坡处理，以增加边坡的稳定性。 6． 2 处理方案比较 ( 1) 工程处理条件 从工程处理角度看，2 个处理方案都需对已垮塌的残留边坡进行喷锚、支护处理［3］。 方案1 需全部清除垮塌体，按2 级边坡设计。而方案2，残留边坡仅为上坝道路边坡，边坡处理可适当简化，而且垮塌体只需开挖到坝顶1 499 m 高程，坝顶以下部分位于库区，处理工程量较小，不会因涌浪问题而影响大坝和水库运行安全，故方案2较优。 ( 2) 实施条件 从导流洞进口立即开展恢复开挖的角度看，方案1 受残留垮塌体的直接影响，只能等上部开挖及锚固完成后方可进行下部的进水塔及洞脸施工。而方案2 不受垮塌体边坡的干扰，可利用已有上坝交通路，因而1 499 m 以下开挖交通条件好，边坡高度小、开挖出碴条件较好，开挖工作能够迅速开展。因此，方案2 较优。 ( 3) 地质方面 方案1 仍需进行导洞扩挖、将遭遇F15，F17 等断层与裂隙的密集交汇带。而方案2 能绕过断层与裂隙的密集交汇带，分别大角度穿过上述断层，如积极干预、采取稳妥的处理措施，不致产生较大的问题; 而且在改线进口附近有2 个钻孔，能保证改线后的进水塔建基在弱风化基岩上。 ( 4) 施工风险方面 方案1，进口洞脸边坡高达225 m，如果在15 ～20 m 宽的垮塌堆碴上进行反铲翻碴，也存在较大的人员和设备等安全风险，工程进度保证率较低。残留边坡受垮塌体的牵引影响，浅表部裂隙张开明显，作为永久建筑物边坡，其支护处理深度和难度较大，工程处理费用随逐步处理和下挖过程中可能有所增加，有较大幅度增加的投资风险。垮塌体的下部断层交汇，地质情况复杂，围岩较差，成洞条件差，围岩变形严重，导流洞内施工存在较大的安全风险。 方案2，改线进口位于小冲沟内，岩石较破碎，洞脸条件较差，但洞脸边坡不高，需及时对局部楔形体进行加固处理。新隧洞围岩属Ⅳ类围岩，施工应及时采取钢支撑等临时支护处理，所以洞内施工存在一定的安全风险。上部的垮塌体处理后，上坝公路需采用桥梁连接或直接在垮塌体上铺设混凝土路面，垮塌体的压实度可能影响处理方案和投资。另外，方案2 的进水塔及引渠在汛期施工时，其围堰防渗处理对施工工期也有较大影响。 总体来看，方案2 的安全风险要小于方案1。 ( 5) 工期、投资分析 从垮塌处理施工工期、投资估算及施工风险综合比较后认为，方案1 截流时间在2011 年9 月下旬， 2013 年6 月底首台机发电，首台机组发电推迟约9 个月，方案1 共增加投资1 292 万元。 而方案2 的截流时间约在2011 年4 月， 2013 年4 月底具备发电条件，首台机组推迟发电约3 个月，但可能存在隧洞分岔段扩挖困难的问题。方案2 共增加投资1 317 万元。 ( 6) 推荐处理方案 经综合分析，导流洞进口边坡垮塌的处理采用方案2。 7· 处理方案的实施 7． 1 垮塌体边坡处理 结合上坝进厂的坝顶公路，对垮塌体进行开挖，以保证5 ～ 7 m 路宽为基岩开挖。坝顶1 499 m 以上，采取挖除垮塌体、坡面危石清撬、加强锚固的处理方案; 即每20 m 设置一马道，马道下第1 排为100 t 预应力锚索，第2 排为3Φ28 mm 锚筋桩，其余均为9 m 长28 mm 系统锚杆支护，坡面采用挂网喷混凝土。其中，锚固处理根据典型节理切割形成的大楔形体块体稳定计算结果而定。 对于坝顶1 499 m 以下的垮塌体，采取边坡放缓至1∶ 2． 2，高程1 499 ～ 1 492 m 边坡采用大块干砌石防护，坡脚部位则采用混凝土重力挡墙和钢筋笼挡护。 7． 2 进水塔及进口隧洞段 ( 1) 改线的压力隧洞设计 改线段压力隧洞的上覆围岩虽较厚但围岩较差，侧壁围岩厚度约3 倍洞径，且邻近水库; 2 条断层分别交汇于洞顶，按照外水压力全水头控制进行复核计算。衬砌厚度仍采用1 m，加强了配筋。另外，在开挖中控制爆破、增加超前支护，根据围岩情况增设钢支撑、长锚杆，并加密固结灌浆孔。 ( 2) 高进水塔的设计及抗震研究 鉴于进水塔基础及后靠边坡条件比原进口差，在顺水流向将底板由15 m 加大到18 m。从结构计算和三维动静力模拟( 连同边坡的贴坡混凝土及桥墩结构) 的研究成果看: 塔基底面竖向均为压应力，整个塔体无倾覆失稳的可能性，建基面的抗滑稳定满足要求，塔基承载力满足要求。塔体在正常运行工况下，各部位应力比较小，且有较大安全富裕; 在地震工况下，除1 442 m 高程局部竖向拉应力较大外，其他部位的拉应力较小。 ( 3) 进水塔后框架撑墙的设计及渐变段布置 因为进口边坡的岩石较差，挖除卸荷岩石后，塔后渐变段前10 m 范围设计为明渐变段，衬砌混凝土厚约2． 5 ～ 3． 5 m; 一方面由于塔后压力隧洞的直段长度不足，另一方面也为施工提供便利，进水塔和压力隧洞可同时施工，减少干扰，加快进度。 明渐变段上部设置了混凝土框架式撑墙，高度16 m，以便将进水塔的荷载分散传递到边坡岩体( 改线后的进水塔离边坡较远，但仍要靠塔基和塔背的岩体共同支撑并维持稳定) 。 混凝土撑墙上部为三跨交通桥和桥墩，其中1号桥墩高50． 5 m( 宽度10 m，厚度3． 4 m) 、2 号桥墩高30． 5 m( 宽9． 6 m，厚2． 8 m) ，均设计为上下等厚的空心框架结构，为滑模施工提供便利，加快进度。 ( 4) 进水塔后边坡的设计及处理 因改线进口后边坡的岩石卸荷发育，节理切割明显，加之须支撑进水塔和桥墩，故须挖除边坡表部的强风化及强卸荷岩石，采用贴坡混凝土衬护、加强锚固，并灌浆处理。 根据进口边坡由裂隙切割形成的楔形体稳定计算结果，对改线进口后边坡采用100 t 预应力锚索( 深度35 ～ 45 m) 、3Φ28 锚筋桩( 15 m 长) 和28mm 长锚杆( 9 m 长) 的联合锚固处理。其中，锚索的深度根据实际钻孔的岩石情况而定，确保内锚固段位于弱风化完整岩体中。 因进口边坡为凸出小山梁，其下游侧坡面表层卸荷、裂隙发育、岩体切割，亦须采用贴坡混凝土保护。其目的一则为保护边坡，防止长期浸泡后松散塌岸;二则保护交通桥桥墩和上坝路的基础。小山梁经削坡处理后，施工场地狭小，贴坡高度约60 m。为便于施工，混凝土贴坡底部厚度1． 5 ～ 2 m，顶宽1 m，每隔10 m 高设0． 5 m 宽的窄马道，最终形成台阶状的裹头混凝土贴坡。 8 ·结语 导流洞进口边坡地质情况复杂，多条断层交汇，自稳性差; 因冬季低温影响，边坡支护无法按要求实施，支护严重滞后; 边坡底部的进口段导洞开挖、扩挖及洞口段塌方，造成洞脸上部岩体进一步变形; 在持续性较强降雨渗入的情况下，进口边坡发生了整体牵引式坐落下滑。 在导流洞进口边坡发生垮塌后，经综合比选，采用方案2 处理。施工中，稳步实施，过程紧张有序，未发生质量和安全事故。工期比原计划顺延约半年，于2011 年5 月下旬实现截流， 2012 年12 月下闸蓄水， 2013 年4 月初实现首台机组并网发电，2013年7 月上旬最后一台机组投产发电。 目前，导流洞已完建并投入运行2 年多，改线进口边坡、建筑物的监测仪器显示的实测数据变幅均较小，监测量均呈现出收敛趋势。
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