维普资讯 http://www.cqvip.com 第３３卷第１１期 ２００７年１１月 水力发电 文章编号：０５５９－．．９３４２（２００７｝０１ １—００４３一－０２ 拉西瓦水电站拱坝左坝肩 抗剪洞布置探讨 周述椿 ，王常让 ，朱文杰 ８１１７００； （１．黄河上游水电开发有限责任公司拉西瓦建设分公司，青海贵德 ２．黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁８１０００８） 关键词：左坝肩稳定；Ⅱ号变形体；双斜滑动面；抗剪洞；拉西瓦水电 站 。 。摘 要：在拉西瓦水电站拱坝左坝肩采用刚体极限平衡法的稳定计算中，用基岩数组主要陡倾角节理面与断层面 组成双斜侧或底的双块体滑动面。比之只取单组走向节理面或断层面组合成单斜的单块体滑动面计算的抗滑稳定 安全系数要低得多，甚至导致抗剪洞位置和面积发生很大修改。 Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｈｅａｒｉｎｇ一．ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｔｕｎｎｄ ａｔ Ｌｅｆｔ Ａｂｕｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｌａｘｉｗａ Ａｒｃｈ Ｄａｍ Ｚｈｏｕ Ｓｈｕｃｈｕｎ ，Ｗａｎｇ Ｃｈａｎｇｒａｎｇ ，Ｚｈｕ Ｗｅｎｊｉｅ ｆ１．Ｌａｘｉｗａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｕｐｓｔｒｅａｍ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃａ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｄｅ Ｑｉｎｇｈａｉ ８１１７００； ２．Ｙｅｌｌｏｗ Ｒｉｖｅｒ Ｕｐｓｔｒｅａｍ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉｎｉｎｇ Ｑｉｎｇｈａｉ ８ １ ０００８） Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｌｅｆｔ ａｂｕｔｍｅｎｔ；Ｎａ．ＩＩ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ；ｓｌｉｄｅ ｐｌａｎｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ－－－ｔａｐｅｒ ｗｅｄｇｅ；ｓｈｅａｒｉｎｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌ；Ｌａｘｉｗａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｐａｒｅｓ ａｂｕｔｍｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ｕｓｉｎｇ，￣ｇｉｄ ｂｏｄｙ ｌｉｍｉｔ ｅｑｕｉｈｂｒｉｕｍ ｍｅｔｈｏｄ．Ｏｎｅ ｉｓ ｓｌｉｄｅ ｐｌａｎｅ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ－ｔａｐｅｒ ｗｅｄｇｅ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｓｅｖｅｒａｌ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｓｔｅｅｐ一－ｄｉｐ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐｌａｎｅｓ ａｎｄ ｆａｕｌｔｓ；ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｉｓ ｓｉｎｇｌｅ ｓｌｉｄｅ ｐｌａｎｅ ｏｆ ａ ｇｒｏｕｐ ｏｆ ｊｏｉｎｔ ｏｒ ｆａｕｌｔ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ ｆｏｒ ｓｔａｂｉｈｔｙ ａｇａｉｎｓｔ ｓｌｌｌｄｉｎｇ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｈｅ ｔｌａｔｅｒ，，ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ａ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｅａ￣ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｉｉｒｇ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｕｎｎｅｌ。 中图分类号：ＴＶ６４２．４５（２４４） 文献标识码－Ａ 。 －１工程概况 拉西瓦水电站拱坝坝顶高程２ ４６０ ｍ，坝底高程２ ２１０ ｍ， 最大坝高２５０ ｍ，两岸边坡约５０。～７０ｏ．极其陡峻：大坝坝基 为花岗岩，河流近西东走向：坝址区断层较多．其中对左坝肩 稳定不利的主要有：由坝基上部Ｈｆ７、 断层切割的不稳定 体及由Ｈｆ４、Ｆ 断层与ＬＦ 拉裂缝构成的Ⅱ号变形体，这些岩 体在拱推力、渗透水压力（含泄洪雾化时）及自重作用下，能 否满足抗滑稳定要求及采用何种加固措施对左坝肩的稳定 性有着非常重要的影响。拉西瓦水电站左坝肩稳定计算主要 应用常规的刚体极限平衡法．并采用有限元法进行了分析。 刚体极限平衡法可以按剖面，也可以按整个块体计算，具体 要根据实际情况确定。计算时合理选择计算剖面或计算块体 极为重要，最终计算出最不利情况下的稳定安全系数，达到 合理加固的目的。下面对拉西瓦水电站拱坝左坝肩的稳定计 算及加固措施进行简要介绍。 横穿坝基，走向大致与河流平行．与拱推力方向近于垂直．倾 向河床，倾角约１３。，在坝肩下游约４０ ｍ处被 断层切断。 最初进行稳定计算时切取的块体是以坝基上游面为拉裂面， 下游以 断层为界线，以左岸拱端点ｂ为轴，按ＮＥ向垂直 陡倾角节理面辐射分割，由于所取岩块沿Ｈ 的下滑力方向 与拱坝推力Ｐ方向平行且相反，拱推力则成为抵抗岩块下滑 的支承力，即拱推力越大，岩块的稳定安全系数就越高。原布 置的抗剪洞方位平行于断层走向．与拱推力共同抵抗岩块下 滑．由此可见这种分析计算不够合理。 为合理反映拱推力和岩块下滑力共同作用下的坝肩稳 定．设计监理部专家组在分折左坝肩主要陡倾角节理走向 后，取数量最多的ＮＷ２８５。、ＮＥ６０。、ＮＥ２０＇’３条陡倾角节理为 代表组，与缓倾角断层ＨＣ（底滑面）组成 ｃ厂及ｃｄｅｆ两个滑 收稿日期：２００７—１０—１４ 作者简介：周述椿（１９３５～），男，四川成都人，高级工程师，从事 水利水电工程设计工作：王常让（１９４２一），男，辽宁大连人，教授级 ２ Ｈｆ７断层抗滑稳定计算 Ｈ 为出露在左坝肩高程约２ ４００ ｍ处的缓倾角断层， 高工，从事水利水电工程设计及技术管理工作；朱文杰（１９７８一）， 男．青海西宁人，助理工程师，从事水利水电工程建设管理工作． Ｗａｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ ＶｏＬ．３３．Ｎｏ．１１圜 维普资讯 http://www.cqvip.com
水力发电 ２００７年１１月 动块体Ｉ、Ⅱ，见图１所示。复核计算中取坝基上游面ａ—ｂ为 拉裂面，ＮＥ６０。（ｂ－ｃ）、ＮＷ２８５。（ｃ—ｄ）两组节理面为双斜侧滑 面，ＮＥ２０ｏ（ｃ一，）节理面为两个分块问的过渡面，并据此计算 整个块体的抗滑稳定性。由于块体Ｉ在拱推力作用下沿ｂ－ｃ 侧面滑动。向下游方向挤压块体Ⅱ，块体Ⅱ则在沿ＨＧ断层倾 向的下滑力与块体Ｉ的挤压力共同作用下向下游方向滑动， 拱推力成了块体滑动的不利因素，经计算该块体不满足抗滑 稳定要求，专家组提出了优化抗剪洞布置的建议。设计院复 核后采纳了该建议．将原抗剪洞方向扭转了７０。．面积增加约 ４０％，从而满足了抗滑稳定要求，更好地保证了左坝肩的安 全稳定 图１ Ｈｆ１断层结构示意 ３ ＩＩ号变形体稳定计算 ３．１ ¨号变形体介绍 Ⅱ号变形体位于左坝肩下游的泄洪消能区，与ＨＧ断层 以上的坝基岩体在Ｆ 断层处相接。该变形体前缘高程为 ２ ４００ ｍ，后缘高程为２ ６５０ ｍ，边界为上游侧切割滑面Ｆ 中 陡倾角断层，下游侧切割面Ｌ 垂直裂隙，后缘垂直拉裂面 ＬＦ ，底滑面Ｈｆ４缓倾角断层。Ⅱ号变形体横河向长２５０ｍ、顺河 向宽１５０ ｍ、垂直岸坡最大厚度１１０ ｍ．岩体总体积１８１万 ｍ，，见图２所示。该变形体在建坝前自然条件下稳定，工程运 行期泄洪雾化时的稳定则是影响水垫塘和左岸坝肩安全的 关键因素。 图２¨号变形体结构示意 Ⅱ号变形体的Ｈ￡断层是与ＨＧ断层相接且高程、倾 角、走向十分相近的缓倾角断层，可以认为ＨＬ与ＨＧ是被 Ｆ 断层切断一分为二的两个断层。ＨＬ断层浅部破碎带宽 ２５ ３０ ｃｍ，与Ｆ 交汇处破碎带宽８５ ｃｍ，夹泥厚８～１０ ｃｍ；深 部破碎带宽１５～３０ ｃｍ，夹泥厚２～３ ｃｍ。Ｆ 断层是左岸最大 的中陡倾角断层，长约４００ ｍ，走向与河床斜交，倾向ＳＥ、倾 圜 ｅｒ Ｐｏｗｅｒ ．３３．％．１１ 角约３６ｏ．下部切断ＨＬ断层，破碎带宽２０～５０ ｃｍ，断层两侧 岩体有明显的错动现象，错距１５～２０ ｃｍ。ＬＦ 断层后缘拉裂 缝长约１００ ｍ，深约１００～１５０ ｍ。Ｌ 断层为压性垂直裂隙。由 、ＨＬ、Ｌ Ｆ１、Ｌ． 断层切割的岩体内部挤压错动剧烈，结构松 弛：上部呈板状劈裂，有明显的向坡外倾倒现象。在ＨＬ断层 近地表的前缘部位，有倾向河床方向的滑动擦痕，根据地质勘 测报告，该变形体上部松动拉裂。下部拉裂、剪切破碎，前缘 部位滑动方向倾向河床，中部滑动方向为ＳＮ１４０。，与后缘拉裂 缝ＬＦ．近于正交。最初取变形体的主滑动方向沿ＨＬ断层单 一底滑面向河床方向滑动，滑体抗剪断安全系数约１．５２，比 拉西瓦坝区滑坡规定的安全系数１．５稍大，地震工况的安全 系数约０．９４，比规定的安全系数１．０５小。经三维有限元计 算，各结构面的安全系数大都在１．２以上。设计按上述计算 在变形体岩层厚度最大处、ＨＬ断面的上部设置格构式抗剪 洞，以满足地震荷载组合下的稳定要求。 ３－２ ¨号变形体稳定分析及抗剪洞布置 设计监理部专家组对上述计算图及抗剪洞布置认真研 究后认为：Ｌ ４５为挤压性垂直裂隙，在Ｆ 断层上盘岩体下滑 力作用下，抗剪洞处的上部岩体处于挤压状态，向河床方向 滑动的可能性不大，而应考虑地质报告中提出的变形体中部 沿ＳＥ１４０ｏ方向滑动的可能性。 Ⅱ号变形体前缘是一个向河床突出、无侧向约束的舌形 岩体，专家组沿ＳＥ１４０。方向截取剖面Ａ—Ａ（见图３），按 与 ＨＬ断层组成的双斜底滑面复核计算后，其安全系数仅稍大 于１．０，远小于１．５，处于极限平衡状态，与该变形体目前的蠕 动、挤压变形状态吻合。设计院采纳了上述建议，将抗剪洞向 河床方向下移约６５ ｍ，位于变形体下部的ＨＬ断层滑动面 上，抗剪洞的面积也增加了一倍多，并对舌形岩体下游侧的 前缘增布了预应力锚索。 图３¨号变形体Ａ—Ａ剖面 现方案是在滑体前缘集中布置了多排格形构架式抗剪 洞，其优点是：可同时抵抗沿 及Ｈｆ４断层两个方向的滑动 力；抗剪洞集中布置，便于施工。缺点是：①只有当上部滑体 充分变形、下滑力积累到一定程度后，位于最前排的抗剪洞 才会受力。此时即使滑体整体没有滑动，但滑体内部的变形 将使已破碎的岩体进一步松动，局部稳定更差。②地下多排 格构式的抗剪洞与地面多层格构式构架受力及工作状况不 同．有可能最前一排的抗剪洞先受力破坏，造成递排各个击 破的不利局面。此类破坏曾经在某些滑坡体前缘集中多排布 置的抗剪桩工程中发生过。 根据地质报告可知：Ⅱ号变形体曾产生蠕动、拉裂变形， 已有一定程度的位移和解体，特别是上游 （下转第７３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com
第３３卷第１Ｉ期 陈上品，等：拉西瓦水电站进水塔混凝土及竖井开挖技术 １．２滑模施工 为加快施工进度，满足初期发电需要，将进水口混凝土 由原常规施工方案优化为滑模施工方案。设计修改后，５、６ 号进水塔门楣以上、塔顶牛腿以下以及１～６号进水塔拦污栅 墩均采用滑模施工。５、６号进水塔滑升高度８３．４ ＩＴＩ，拦污栅 墩滑升高度１０３．４ ｍ。栅墩施工时其栅轨埋件作为一期埋件 与拦污栅墩混凝土同时滑升，加快了混凝土浇筑的施工进 ５７ ｃｍ的Ｉ型预制梁，上铺厚２０ ｃｍ的钢筋混凝土；将拦污栅 墩与塔体问的联系板由原设计的厚１００ ｃｍ现浇板，改为断 面５０ ｃｍｘ９０ ｃｍ的Ⅱ型预制梁．上铺厚３０ ｃｍ的钢筋混凝 土：为支撑Ⅱ型预制梁在拦污栅墩下游侧增加一组Ⅲ型预制 梁．断面尺寸５０ ｃｍｘ８０ ｃｍ。由此解决了模板支撑及施工干 扰等难题，加快了该部位混凝土浇筑的施工进度。 度。“电脱模器”的采用保证了混凝土浇筑的施工质量。 １．３其他方面优化 （１）钢栈桥、皮带机配合ＢＯＸ溜管输送三级料混凝土。 为满足进水塔混凝土浇筑人仓强度．在进水塔后山坡２ ４６０ ２竖井开挖的反井法施工 引水洞按上平段、下平段和竖井段三部分开挖。竖井段 开挖采用ＬＭ一３００型反井钻机技术。做法是：先用ＬＭ一３００ 型反井钻机进行西２５ ｃｍ的正导孑Ｌ施工；然后由下而上反拉 ＩＴＩ高程处搭设钢栈桥，上设皮带机，皮带机下配我局改进的 ＢＯＸ溜管进行三级料混凝土垂直输送。１、２号，３、４号及５、６ 号进水塔各用１套。混凝土由罐车送人皮带机，经ＢＯＸ溜管 垂直进入进水塔混凝土浇筑仓面：从而解决了高落差混凝土 的人仓强度问题。 形成西１４０ ｃｍ的导井：再用手风钻由下而上进行第一次扩 挖．形成ｑ５３４０ ｃｍ溜渣井；最后用手风钻由上而下进行第二 次扩挖至设计断面。其优点是：①施工进度快．出渣简便、快 捷。对Ⅱ～Ⅲ类花岗岩，平均正导孑Ｌ速度为２０ ｍ／ｄ，导井反拉 速度为１０ ｍ／ｄ。与常规竖井开挖方法相比，每条竖井缩短工 （２）拦污栅墩间、墩与进水塔问联系梁的施工优化。①拦 污栅墩问联系构件的优化：拦污栅墩之间，原设计每隔７．５ ＩＴＩ （垂直方向）布置１道联系梁。为加快滑模滑升速度．将梁改 期至少６个月。②施工难度较低，安全风险较小。③井斜满足 要求，１、２号竖井深１７３．７ ｉｎ、最大偏斜０．９％；３、４号竖井深 １４２．０５ ｉｎ，最大偏斜０．５％；５、６号竖井深１２４．５ ｉｎ，最大偏斜 为６０ ｃｍ宽的联系板，从而保证了滑模的连续滑升。②栅墩 与进水塔问联系梁的施工处理：拦污栅墩采用滑模先行浇 筑，进水塔（除５、６号滑模施工外）采用常规方法后续施工； 因此拦污栅墩与进水塔之间的联系梁只能后期施工。为加快 联系梁的施工进度，当滑模滑至联系梁处，采用“快易收口 网”预留梁窝：滑模混凝土浇筑后，梁窝的“快易收口网”不予 拆除，后期直接进行联系梁的混凝土浇筑。 （３）拦污栅封顶板施工方案优化。原设计拦污栅封顶板 及拦污栅墩与进水塔问的联系板均为现浇混凝土。考虑现浇 ０．６％，满足了设计１．０％的要求。 ３结语 由于种种条件的．拉西瓦水电站进水塔混凝土施工 及竖井开挖面临很大的困难和风险。经对施工机械优化布 置．拦污栅墩问、墩与进水塔间联系梁的设计优化，拦污栅封 顶板设计优化．５、６号进水塔及ｌ～６号拦污栅墩采用滑模施 工方案，利用钢栈桥、皮带机配ＢＯＸ溜管输送三级料人仓， 以及竖井开挖采用反井钻机技术，保证了工程的施工质量， 施工难度大、安全隐患多、干扰大、工期长等不利因素，将拦 污栅封顶板由原设计的厚６０ ｃｍ现浇板．改为断面４０ ｃｍＸ ｃ ： ： ： ｃ ： ： ： ｃ ： 加快了施工进度．降低了施工难度和安全风险．满足了初期 发电要求．取得了较好的社会和经济效益。 ８葡 ８ ｓ （上接第４４页） 侧拉裂缝多、规模大，集中发育在Ｆ 断层 附近的上盘．该处地表岩体明显松动破碎．卸荷张拉裂隙密 度很大，后缘拉裂缝ＬＦ 长度及深度达百米，表层岩体有明 将是解决Ⅱ号变形体稳定问题更为可靠的办法。既可避免滑 体变形及滑动力都集聚到下部．也可避免集中多排布置的抗 剪洞被递排各个击破的危险。 显的向坡外倾倒弯曲现象。勘探过程中，Ⅱ号变形体各高程 探洞均发生不同程度的塌方，尤以 断层处最严重．塌顶高 达１０ ＩＴＩ；向下游方向至Ｌ 断层处拉裂缝减少、变小并消失。 Ⅱ号变形体的变形主要是由于上游侧Ｆ 断层上盘岩体滑面 陡、下滑力及位移量大，对Ⅱ号变形体施加侧向扭曳作用，从 而挤压Ｈｆ４断层上盘岩体，使Ⅱ号变形体沿Ｈｆ４断层偏下游 ４结语 （１）拱坝坝肩的岩体稳定至关重要．其中双斜侧或底滑 面的分析尤其重要，必须予以高度重视。根据地质状况，应多 角度、多方式的截分剖面及块体，以计算出最不利情况下的 抗滑稳定安全系数，作为抗滑设计的依据。法国马尔庞塞坝 的溃坝．其地基滑动面就可分解成由节理和断层组成的双斜 底或侧滑面。拉西瓦水电站左坝肩稳定计算就采用这一分析 方法，改变了Ｈ 断层和Ⅱ号变形体的抗剪洞布置。 （２）重视抗剪洞布置。不是只在断层面上布置满足抗剪 稳定计算的钢筋混凝土洞体就能确保安全．还应研究抗剪洞 侧方向旋转性滑移。由此可见，滑体的主要滑动力来自Ｆ 断 层的上盘岩体，Ｆ，ｑ断层的上盘岩体是Ⅱ号变形体稳定的最 不利危险源，应是重点加固的对象。因此，除在Ｈｆ４断层滑动 面上布置必要的抗剪洞，阻挡Ｈｆ４断层上盘岩体的下滑外， 应重点在Ｆ，ｑ断层上布置抗剪洞，抵御 断层上盘岩体的滑 动，减少或消除对Ｈｆ４断层上盘岩体的推挤下滑力，以保 和Ｈｆ４断层上盘岩体稳定。若能在 断层面、由上到下分层 在块体滑动时的受力过程及破坏机理．特别是多排集中布置 的格构架式抗剪洞，用有限元法计算甚至用模型试验进行验 证还是十分有益的。 设置抗剪洞．每层抗剪洞只抵抗该层以上岩体的滑动力，这
