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边坡开挖动态施工技术应用于复杂地质条件下

更新时间:2025-01-08 工作计划 版权反馈
【摘要】:大坝左岸边坡开挖中,优先采用先洞后坡的施工程序。根据锦屏一级水电站左岸边坡实际开挖过程中出现的边坡变形速率变化规律以及测值水平,在工程施工中采取表3所建议的警戒级别和判定指标进行预警采取相应的工程措施,实际运用于锦屏一级水电站边坡开挖过

5.1 结构面(断层)置换锚固

5.1.1 主要结构面f42-9断层置换锚固

f42-9断层加固措施为抗剪洞置换加固,顺f42-9走向布置抗剪洞,对f429断层进行置换处理,增加结构面抗剪作用。抗剪洞布置在1883m、1860m及1834m三个高程,均采用9m×10m的断面。在抗剪洞上设十字形布置的键槽。抗剪洞及键槽周围设置一定深度的固结灌浆。高程1883m f42-9断层抗剪洞平面布置示意见图3。

图3 高程1883m f42-9断层抗剪洞平面布置示意图

5.1.2 主要结构面f5、f38-6断层置换锚固

左岸垫座后坡的f5、f38-6断层在永久边坡相交面,采取开挖、支护、混凝土回填和灌浆方式处理。处理高程范围高程1885~1850m,处理宽度3~10m,深度5~8m。左岸垫座后坡f5、f38-6断层置换平面位置见图4。

图4 左岸垫座后坡f5断层置换平面位置图

5.1.3 主要结构面f2断层置换锚固

大坝左岸建基面f2断层及挤压带处理范围位于左岸拱肩槽。处理方式采用开挖刻槽,混凝土置换。高程范围高程1647~1686.37m,开挖刻槽宽度13.5~16m。左岸建基面f2断层处理范围平面位置见图5。

图5 左岸建基面f2断层处理范围平面位置图

5.1.4 结构面处理效果

结合边坡开挖过程中结构面处理的实际进展情况,在边坡开挖至1885m高程时,对左岸边坡的整体稳定性及时进行了数值模拟分析,对主要边坡稳定性进行了复核,对完成主要结构面置换锚固后边坡下挖过程中的稳定性状况进行了反馈分析。

经计算,对结构面采取的置换锚固处理后,大坝左岸边坡块体的稳定性计算结果见表1。

表1 结构面置换和加固之后边坡块体稳定性计算结果

5.2 控制性分级开挖支护

5.2.1 开挖和支护程序

(1)边坡开挖支护总体程序。场地清理→边坡开挖→坡面清理→地质编录→坡面锚喷支护→坡面排水孔。开挖边坡支护在分层开挖中逐层进行。

(2)开挖分层高度控制。大坝左岸边坡1885~1730m高程区间每层开挖高度7.5m,高程1730m以下边坡开挖每层开挖高度10~15m。

(3)支护与开挖面高差控制。边坡1885~1730m高程区间系统支护(除锚索)与开挖工作面高差不大于7.5m,预应力锚索与开挖工作面高差不大于15m。高程1730m以下边坡系统支护(除锚索)与开挖工作面高差不大于15m,预应力锚索与开挖工作面高差不大于30m。(www.xing528.com)

(4)边坡开挖坡洞施工程序。大坝左岸边坡开挖中,优先采用先洞后坡的施工程序。开挖中遇出露洞室,优先对洞室开挖、支护、衬砌及回填灌浆。

5.2.2 控制性分级开挖支护动态过程

针对边坡开挖施工实际情况,现场施工过程中,大面的锚索支护与开挖面的高差大体控制在30m左右。

对左岸边坡开挖和支护过程进行统计,按照9个开挖程序统计的大面锚索支护与开挖高程的对应关系见表2,各施工区开挖与大面锚索支护的相对高差平均值分别为25m、32m和29m,平均高差约29m;各施工区开挖过程中,大面锚索支护滞后一般在15~30m,极少数局部区域超过30m。

表2 左岸边坡开挖大面锚索支护与开挖高程的对应关系

5.2.3 控制性分级开挖支护效果

(1)边坡大面锚索支护与开挖面维持30m左右高差,从多角度、多途径开展工作,总结得到适合锦屏一级水电站左岸边坡复杂地质条件下深孔、大吨位预应力锚索快速施工工艺和方法,保证支护及时跟进。

(2)根据开挖边坡可能的滑移破坏模式动态分析,组织优势资源,开展有针对性的重点支护加固。例如,针对某一高程范围局部块体楔形体破坏的2级破坏模式,根据分级支护措施要求,采取液压锚固钻机在施工平台上随层进行锚索孔造孔作业,并组织轻型锚固钻机对楔形体分布区域进行重点的锚索支护作业,该高程范围其他区域的锚索支护可以略为放缓,以保证边坡的局部稳定和正常下挖。

(3)根据破坏模式的动态分析,对不同区域出现的各类破坏模式,在工程措施上要区别对待,在1885m高程以上,以2级破坏模式为主,应采取针对块体失稳的锚索支护措施;在1885m高程以下,以3~4级破坏模式为主,应注重喷锚支护的及时性,并且针对断层出露部位,应注意及时封闭和采取特殊的开挖方式;在边坡开口线边缘,危岩体倾倒滑塌破坏模式居多,此时应组织人员设备及时清除,以消除安全隐患。

锦屏一级水电站左岸边坡开挖施工过程中,结合认真细致的现场地质工作,建立畅通、快速的信息反馈机制,制定了从整体到局部,再到重点的多层次边坡分级支护方案,保证了边坡施工期的整体和局部稳定,同时边坡开挖程序的优化,也在很大程度上加快了施工进度。

5.3 分级预警动态控制

通过多点位移计的变形数据,对边坡变形与开挖过程的关系进行分析,并通过深部监测数据,选取变形最大的PD42平洞内谷幅测点累积的变形数据,就开挖过程对边坡变形的影响进行分析。

谷幅监测PD42~PD21测线各测段变形过程曲线见图6。PD42平洞0+78m范围内谷幅测点变形主要反映了边坡开挖后岩体产生横河向的卸荷变形,与开挖过程线有较好的相关性。2007年10月5日至2007年12月31日,在施工Ⅲ区开挖基本处于停滞状态,开挖方量很小,因此谷幅测点PD42-2的变形很小,监测值为1.76mm。2008年1月以后,边坡开挖强度加大,由于开挖扰动,岩体产生卸荷变形,测点变形继续增加。

图6 谷幅监测PD42~PD21测线各测段变形过程曲线

多点位移计、谷幅监测反映的边坡浅表部和深部变形数据表明:①边坡变形与开挖过程有着密切的关系,当开挖强度较大时,边坡变形量的增加明显,而当开挖停滞时,特定区域内的边坡变形会显著减小;②支护措施的及时跟进对边坡变形的控制作用也非常明显,当开挖边坡采取锚索等支护措施后,相应上部多点位移计测点的变形数据增长幅度会放缓。

因此,当边坡变形出现异常,变形速率明显加快时,可以采取停止开挖,及时加强支护的措施进行控制。

根据锦屏一级水电站左岸边坡实际开挖过程中出现的边坡变形速率变化规律以及测值水平,在工程施工中采取表3所建议的警戒级别和判定指标进行预警采取相应的工程措施,实际运用于锦屏一级水电站边坡开挖过程中,共计发出二级警戒8次,一级警戒10次。特别针对锦屏一级水电站边坡特点,对潜在局部不稳定块体和雨季开挖施工,进行了重点分析和预警工作。

表3 锦屏一级水电站左岸边坡开挖施工建议警戒等级及判定指标

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