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

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[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”设计1#、2#两条导流洞净断面10.7m×10.7m。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770.0m,782.0m，840.01#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1102、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N10～30οE/SE∠60～70ο，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Ⅶ度。导流洞进口背坡段原地面高程745～990m，在750m高程有213国道通过，地面自然坡角40～50ο，地表多为5～20m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2～100cm不等，含量占35%左右，基岩卧坡40～45ο；下伏基岩为三迭系上统须家河组T33xj12-①及T33xj12-③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4～5m，L9厚12～13m，L10厚5～6m，斜切整个导流洞进口背坡，均为鳞片状煤质页岩，薄层粉砂岩组成。岩体中发育4组裂隙：①N25～40οE/SE∠65～80ο，层面裂隙，间距0.25～0.6m，面平直，延伸长；②N10～40οW/NE或SW∠35～55ο，面平直，间距0.3～0.8m，延伸长5～7m；③SN～N10④N35～60οE/NW∠35～55ο，面平直，间距0.4～0.5m，延伸长6～8m。边坡岩体强卸荷水平深度30～50m，裂隙普遍张开2～10mm施工中发现，在1#导流洞进口背坡高程870～935m之间（即7#路1-430～1-520段），存在一个卸荷裂体，该段边坡走向N20～30οE，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45～50ο，主要地层岩性为T33xj12-③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11~47m，宽0.15~1.5m，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９０m，最大高度65m，厚10～15m，方量约7万m３1＃导流洞进口挂口桩号为导0＋042.81，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+042.81～0+135段隧洞围岩为Ⅴ类；2#导流隧洞从导0+064.2以5m×m小导洞开挖至0+088后按设计断面进行上导洞开挖，导0+040.5～0+090段围岩均为Ⅴ类。洞脸边坡上L9层剪切破碎带分布于820～3、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。①1#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782m～766.2m之间坡比仅1：0.3，766.2～746m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１＃导流洞进口段导0+042.81～0＋062.81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1m的固结灌浆孔先固结灌浆后，插Ф32mm，L=11m钢筋；并在设计开挖隧洞断面两侧各8m围岩751.8～782，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0.1～0.2Mpa，灌浆工艺采用“围灌”与序共用的形式灌注，段长5～6m，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+042.81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+430～1+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960m～886m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Ф28mm，L=9.0m及Ф36mm，L=12m，间排距2m×2m灌注锚杆全坡面支护，并挂钢筋网喷10cm混凝土保护，并设Ф6mm，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+430～1+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870～874.0m，且滑动带位于库水位877.0m高程附近，为此，设计采取了自886～874.00m之间1：0.75削坡，在874.0m高程设3～3.5m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0.1～0.3Mpa、水杰比0.8：1、0.6:1、0.5:1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Ф32mm，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；840～830m高程之间为6#路0+780～0+840段路基外坡，设计采用间排距2m×2m、Ф32mm，L=15m注浆锚杆加固，并贴坡浇0.5m厚钢筋混凝土护坡保护；830～782m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Ф25mm，L=4m、间排距3②2#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高度设一级马道，采用Ф25mm、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=35～45m，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792～837m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，轴线右侧预应力锚索仅施工部份时，L9剪切破碎带产生蠕变，至使L9上盘的T3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821.5～795.5m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Ф28mm、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821.5～813.5m之间布置2000KN级预应锚索12根，锚索长35m；791.5～809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Ⅳ（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=0.36:1～0.4：1，注浆采用孔口封闭排气法，注浆压力0.4M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Vp≥3000m/s，透水率q≤3Lu；对锚固段岩体纵波速度Vp＜3000m/s，q＞3Lu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#导流洞进口边坡772～821.5m之间，设置了Ф80mm、L=20m、间排距为为了掌握在导流洞进口高边坡开挖及处理过程中，L9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‘L9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，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