1、多种措施联合加固紫坪铺水利枢纽1#、2 #导流洞进口高边坡唐承礼（四川省水利水电勘测设计研究院勘察分院 四川郫县 611731）摘要 紫坪铺水利枢纽工程 1#、2#导流洞进口高边坡地质条件较复杂，采用先固结灌浆加钢筋束后开挖 1#洞口；小导洞开挖进洞后再扩挖 2#洞口；深孔锚杆、钢筋束、预应力锚索，开挖置换混凝土，挂网喷护混凝土、打排水等多种处理措施加固处理高边坡，是行之有效的施工方法。及时按设计要求加固支护，是确保治理高边坡施工质量的关键。关键词 固结灌浆加钢筋束 小导洞开挖 深孔锚杆 预应力锚索 1、前言紫坪铺水利枢纽工程位于距都江堰市西北 9km 的岷江上游麻溪乡境内，是一座以灌溉和供水
2、为主，兼有防洪、发电、环保、旅游等综合效益的大型水利工程，水库库容 11.12亿 m3，最大坝高 156m，电站装机 76 万 kw，为西部大开发重点工程之一。紫坪铺水利枢纽工程 1#、2#导流洞，4 条引水发电洞，1 条泄洪排沙洞及溢洪道进口，均布置于岷江右岸金沙坝向斜北西翼条形山脊侧坡，顺右岸从上游开始依次为 1#、2#导流洞（后期改造为“龙抬头”冲沙泄洪洞） ，4 条引水发电洞及 1 条泄洪排砂洞、溢洪道。设计 1#、2#两条导流洞净断面 10.7m10.7m。结合导流洞进口前建筑物及施工道路、围堰等，设计在导流洞进口前结合围堰布置了 3#公路，路面高程 765m，在导流洞进口背坡 77
3、0.0m,782.0m，840.0m,886.0m 高程分别有 5#公路 K1 线、5#、6#、7#施工公路近于平行通过，其中 7#路 1+500 以后段为永久公路，几条路面均为宽 10m，为矿山二级公路。1#导流洞背坡施工开挖边坡自 960m 开始下挖，边坡高程达 200m；2#导流洞背坡施工开挖边坡高程自 845m 开始，边坡高达 110m。两条隧洞进口地段地质条件复杂，边坡高度超过 100m，稳定性差，为了保证导流隧洞进口边坡及背坡上几条施工公路的安全，必须对进口高边坡采用多种措施加固处理。2、导流隧洞进口背坡主要地质条件1#、2#导流隧洞进口背坡构造部位位于沙金坝向斜北西翼，岩层产状N
4、1030 E/SE6070 ，倾向坡内，导流洞轴线与岩层走向呈锐角相交。工程区地震烈度为度。导流洞进口背坡段原地面高程 745990m ，在 750m 高程有 213 国道通过，地面自然坡角 4050 ，地表多为 520m 厚的崩坡积碎石夹粘土覆盖，粘土呈塑状，块碎石以砂岩筷石为主，块径 2100cm 不等，含量占 35%左右，基岩卧坡 4045 ；下伏基岩为三迭系上统须家河组 T33xj12- 及 T33xj12- 层中厚层状含煤屑中细砂岩、粉砂岩及Lc、 L9、L10 层间剪切破碎带，其中 Lc 厚 45m，L9 厚 1213m，L10 厚 56m，斜切整个导流洞进口背坡，均为鳞片状煤质页
5、岩，薄层粉砂岩组成。岩体中发育 4 组裂隙：N2540 E/SE6580 ，层面裂隙，间距 0.250.6m，面平直，延伸长；N1040 W/NE 或 SW3555 ，面平直，间距 0.3 0.8m，延伸长57m；SN N10 E/W NW1535 ，面平直，间距 0.30.4m，延伸长 310m；N3560 E/NW3555 ，面平直，间距 0.40.5m，延伸长 68m。边坡岩体强卸荷水平深度 3050m，裂隙普遍张开 210mm，沿裂隙面多有次生夹泥，风化晕和锈染。地下水活动主要为滴水，雨季时呈股状流出。施工中发现，在 1#导流洞进口背坡高程 870935m 之间（即 7#路 1-430
6、1-520 段） ，存在一个卸荷裂体，该段边坡走向 N2030 E，与岩层走向相近，上下游为沟槽负地形，该部为一向坡外凸出的鼻状地貌，地形坡度 4550 ，主要地层岩性为 T33xj 12- 层中厚层中细粒砂岩夹泥质粉砂岩,煤质页岩，其上部在 935m 高程有 L10 层间剪切破碎带分布；870m 高程有 L9 层间剪切破碎带分布。岩体风化卸荷强烈，在长期自重应力作用下使浅部岩体沿层面产生拉裂，在砂岩坡体中发育 4 条由于卸荷形成的拉裂，缝长 1147m，宽0.151.5m，其中 935m 高程主拉裂缝长 47m，可见浓度 0.5 1.5m，基本顺导层拉开。卸荷拉裂体宽m，最大高度 65m，厚
7、 1015m，方量约 7 万 m ，拉裂体的存在直接威胁1 导流隧洞进口背坡及 7 公路的安全。1 导流洞进口挂口桩号为导 0042.81，开挖洞顶高程已达 761.2m，782.0m 为 5 施工公路，拱顶围岩厚度仅 21m，导 0+042.810+135 段隧洞围岩为类；2 #导流隧洞从导0+064.2 以 5mm 小导洞开挖至 0+088 后按设计断面进行上导洞开挖，导 0+040.50+090段围岩均为类。洞脸边坡上 L9层剪切破碎带分布于 820837m 高程之间，斜切洞脸边坡。3、主要工程地质问题的处理由于地形、地质条件的限制，设计为考虑进水口水工建筑物及几条施工公路的布置，开挖边
8、坡比不能达到地质建议的稳定开挖坡比值基岩 1：0.75，施工中采取了相应的加固处理措施，对隧洞进口段围岩及背坡作处理，并在施工方法和施工程序上进行了调整，取得了较好的效果。 1 #导流隧洞进口及背坡的处理由于 1#导流隧洞进口段围岩风化破碎，裂隙发育，为强卸荷带内砂岩夹煤质页岩，且5#公路外缘 782m766.2m 之间坡比仅 1：0.3，766.2746m 间为直坡，为了保证在导0+042.8 桩号挂口成功，施工中，设计采取对 导流洞进口段导 0+042.810062.81 段，设计开挖拱顶 761.2m 以上至 5#公路路面高程 782.0m 之间，洞轴线两侧各 7m 范围，采用间排距各
9、1m 的固结灌浆孔先固结灌浆后，插 32mm，L=11m 钢筋；并在设计开挖隧洞断面两侧各 8m 围岩 751.8782.0m 之间，固灌范围为顺 5#公路方向 32m 范围，采用间排距2m2m 进行固结灌浆，并在灌浆孔中插 325mm，L=17m 钢筋束加固，采用 525 普通砖酸盐水泥浆自下而上灌注，水灰比采用 0.6：1，0.5：1，灌浆压力0.10.2Mpa，灌浆工艺采用“围灌”与序共用的形式灌注，段长 56m，待初混后再扫孔灌注第二段，最终达到 782m 高程后，扫孔下入钢筋束，再加压注浆。该隧洞进口段固结灌浆总浓度达 723m，通过固灌后并插钢筋束加固，才小炮开挖进洞，在导 0+0
10、42.81 处挂口成功，取得了显著的效果。当隧洞穿过固结灌浆加固段 0+062.81 以后，隧洞围岩仍为类围岩，但施工中曾产生多次垮塌，由此反证对强卸荷中部破碎的砂岩、粉砂岩夹煤质页岩通过先固结灌浆并插钢筋束加固后才施工开挖进洞是行之有效的方法之一。当隧洞挂口成功进洞以后，背坡的 7#、6 #、5 #公路相继施工，对于 1#导流洞背坡（即7#公路 1+4301+520 段高程 870 至 935m 之间卸荷拉裂体分布段，设计采取了自上而下削坡减载及抗滑加固处理，高程 960m886m 之间采用 1：0.75 削坡，对 7#路面高程 886m 以上卸荷拉裂全部清除，886m 至 935.0m 之
11、间内边坡正好为拉裂体底界面，施工中设计对886m 至 960m 之间的岩质边坡 1：0.75 削坡后，采用 28mm，L=9.0m 及 36mm，L=12m，间排距 2m2m 灌注锚杆全坡面支护，并挂钢筋网喷 10cm 混凝土保护，并设6mm，L=4.0m 的排水孔排水；为了不影响右坝肩的施工开挖出渣，保证 7#公路的畅通，对 1#导流洞背坡上 7#路桩号 1+4301+520 段路基以下至 870m 之间的卸荷拉裂体未挖除，以免影响交通。拉裂体底界位于下伏 L9剪切破碎带中，分布于高程 870874.0m，且滑动带位于库水位 877.0m 高程附近，为此，设计采取了自 886874.00m
12、之间 1：0.75 削坡，在 874.0m 高程设 33.5m 宽马道，在 874m 马道上采用孔排距为 0.6m，孔深 25m 的固结灌浆孔先进行固结灌浆，灌浆压力 0.10.3Mpa、水杰比 0.8：1、0.6:1、0.5:1，灌后扫孔插入 332mm 钢筋束并注浆，注浆水灰比 0.5：1；钢筋束预留 0.4m，伸入顺马道浇筑的“L”型钢筋混凝土贴坡墙中；874886m 之间 7 路外坡，采用间排距 2m2m 、L=20m、32mm 注浆锚杆垂直边坡加固，打入 7#公路内侧坡较完整的砂岩中，外露 0.5m浇入贴坡钢筋混凝土，贴坡墙厚 0.6m；并设 50mm、间排距 3.0m、L=4.0m
13、 水孔排水。对 874m 高程以下至 840m 高程之间导流洞背坡，采用 1：0.5 坡比削坡，每隔 10m 高度设一级 1m 宽马道貌岸然，采用 32mm，L=10m 及 L=12m，间排距 2m 锚杆相间分布，并挂钢筋网喷 10cm 厚混凝土保护；每开挖一级及时支护一级边坡；840830m 高程之间为 6#路 0+7800+840 段路基外坡，设计采用间排距 2m2m、32mm，L=15m 注浆锚杆加固，并贴坡浇 0.5m 厚钢筋混凝土护坡保护；830782m 高程之间边坡，采取全部清除崩坡积粘土类块碎石至下伏 T33xj 砂岩夹煤质页岩，开挖坡比 1：1 左右，由于岩体风化破碎，采用25
14、mm，L=4m、间排距 3m 锚杆支护，并挂钢筋网喷 10cm 厚混凝土保护；整个边坡均设50mm、间排中 3.0m、L=4m 的排水孔排水。经过以上处理措施的加固处理，增加了 1#导流隧洞背坡及 5#、6 #、7 #公路路基的稳定性，边坡竣工近一年来未发生变形，达到了加固的目的。 2 #导流隧洞进口及边坡的处理2#导流隧洞进口边坡，设计根据其地形、地质条件，为便于进水口枢纽及施工公路布置，考虑到导游以洞属临时工程边坡稳定允许安全系数为 1：1，为保证该边坡的稳定性，考虑了锚杆、预应力锚索、挂网喷混凝土、混凝土坡墙等措施加固。自 845m 高程自上而下开挖，开挖边坡比 1:0.5，每 10m
15、高度设一级马道，采用 25mm、L=4m、间排距 2.0m 锚杆支护，并挂网喷 10cm 厚混凝土作临时支护，并沿 L9层间剪切破碎带采用混凝土贴坡墙加固；边坡上设计有 L=3545m，2000KN 级预应力锚索 39 根加固。当边坡从上至下施工至5#公路高程 790m 时，794m 高程以上锚索已施工部份，5 #公路外侧边坡已开挖至 778.0m 高程，轴线左侧 790m 以上边坡还未喷锚支护。由于 L9层间剪切破碎带在背坡 792837m 高程之间斜切边坡，厚达 13m 的剪切破碎带性状极差，易风化、崩解、压缩变形，加之施工期正值还雨离，岩体构造裂隙发育，边坡高陡，在轴线左侧边坡未喷锚，轴
16、线右侧预应力锚索仅施工部份时，L 9剪切破碎带产生蠕变，至使 L9上盘的 T33xj12- 层中粒砂岩夹薄层泥质粉砂岩接触部位，产生了顺层拉裂，拉裂缝长达 25m，拉张裂缝宽 0.51.5m ，可见浓度达 2.0m 以上，边坡仍在变形。为此，业主、设计、地质、监理、施工几方商定：边坡高程 778m 以下暂停开挖及放炮，及时处理 794m 以上边坡，对未产生倾倒变形段边坡及时进行预应力锚索施工，并设立边坡变形监测网点，加强边坡变形监测。为了保证边坡在导流期间的稳定，设计上采取了对 2#导流洞进口轴线左侧边坡自850m 高程，碎石土 1：1.25，基岩 1：0.75 二次削坡 790m 高程，从上
17、至下，分层开挖，分层及时支护，每层开挖高度控制在 10m 高度范围，并对边坡上出现的拉裂缝，采用 C15混凝土充填密实；并对 L9 分布部位及 L9 上盘 821.5795.5m 之间坡体，增加 2000KN 级预应力锚索 29 根；对 L9 层间剪切破碎带分布部位，自 790m 高程采用底宽 1.5m、高 1.2m 的“L”型 C20 钢筋混凝土贴坡增加固至 818m 高程，贴坡增外坡比 1：0.3，墙风坡另增加28mm、L=9m 的注浆锚杆，以增加混凝土贴坡墙的稳定。施工程序上采用跳 先浇贴坡墙，在贴坡墙浇好后及时施工 2000KN 级自由式拉压复合型预应锚索。在整个 2#导流洞背坡821
18、.5813.5m 之间布置 2000KN 级预应锚索 12 根，锚索长 35m；791.5809.5m 之间布置2000KN 级预应锚索 38 根，锚索长 45m；773.5785.5m 之间布置 2000KN 级预应锚索 18 根，锚索长 40m。锚孔直公式均为 135mm，锚索间排距均为 4.0m，锚固段长 8.0m，仰角 50。为了论证设计参数的合理性，检验施工工艺，确定正确的施工方法和参数，在大多数锚索施工前，在边坡上对（7-5）号预应力锚索进行了试验，试验吨位为 2200KN、锚索长 45m，锚固段长 8.0m，施工流程为：锚孔定位编号钻孔就位造孔固结灌浆扫孔清孔（锚索体制作）下锚注
19、浆（锚墩浇筑待凝）张拉补偿张拉封锚。灌浆方式为孔口封闭循环灌注法，灌浆压力 0.2MPa、灌浆水灰比采用 1：1、0.6：1、0.5：1 三个比级，设计要求水泥浆或水泥砂浆 28d 抗压强度不得低于 C35。锚型为自由式拉压复合型预应力锚索；注浆材料为 525#硅酸直辖水泥、水灰比：W/C=0.36:10.4：1，注浆采用孔口封闭排气法，注浆压力 0.4Mpa。通过试验表明：一次性全孔注浆方法经张拉表明，完全满足设计要求，但张拉等待时间不宜小于 10 天。2000KN 级锚索选用 8m 长锚固段是合理的。试验表明：岩体破碎、裂隙发育、卸荷严重的边坡，应采用低压浓浆灌注，段长需视钻进情况而定。自
20、由式拉压复合型预应力锚索克服了应力集中，改善了锚固段的受力状态，增强了锚固效果，能有效地提高锚固寿命。通过试验锚索锚固后，取得可靠参数用以指导大面积锚索施工。施工中，设计要求对10%的锚索孔作全长范围声波测试及吕荣试验，要求锚固段岩体纵波速度 Vp3000m/s，透水率 q3Lu；对锚固段岩体纵波速度 Vp3000m/s，q3Lu 的岩体，施工中按设计要求固结灌浆加固，灌浆压力 0.2Mpa，灌后测试岩体纵波速度 Vp 均大 3000m/s。实践表明：锚固段应伸入较新鲜的砂岩或粉砂岩中，纵波速度才能达到设计要求，反之，则应加长锚孔深度。为了减轻边坡岩体中地下水的动水压力，设计对 2#导流洞进口
21、边坡 772821.5m 之间，设置了 80mm、L=20m、间排距为 3m4m 的排水孔 46 个，起到了较好的排水作用。为了掌握在导流洞进口高边坡开挖及处理过程中，L 9层间剪切破碎带及整个边坡的稳定情况，设计在洞挖全过程中采取了边坡水平、垂直位移观测，同时在大爆破时进行了爆破振动观测，通过变观资料表明：在小导洞开挖过程中，只有采用小药量控制爆破，边坡变形位移曲线才趋于平缓L 9剪切破碎带及边坡在预应力锚索及混凝土贴坡墙加固后，边坡是稳定的，说明处理措施是切实可行的；小导洞开挖进洞对边坡稳定未产生大的不利影响，同时争取了工期。4、结 语水利水电高边坡工程施工实践表明：只有经过相应的勘探工作
22、，方能查明高边坡区主要工程地质问题，为设计提供可靠的依据，为最终确定相应的加固处理措施，达至、到安全、可靠经济、合理。高边坡施工，应严格遵循从上至下、分层开挖、开挖一层及时喷锚加固一层的原则，并应根据高边坡所处部位的地层岩性、地质构造、不利结构面组合、风化卸荷及地下水等不良地质环境情况及高边坡的重要程度，采取相应的加固处理措施及时支护，对高边坡的稳定非常重要；先固结灌浆并插钢筋束后再进行隧洞开挖挂口，通过实践证明是成功的方法之一，对节省工程投资、缩短工期、保证施工安全都有深远意义。高边坡的变形观测对指导水电工程施工非常有利；1 #、2 #导流隧洞背坡的加固措施是成功的，设计上确定的处理方案是切实可行的，没有遗留大的安全隐患。作者简介：唐承礼，男 （1952）四川资阳人，高级工程师，工程技术负责人
