锦屏一级水电站运行期左岸边坡稳定性分析
周绿 刘明昌
摘要：锦屏一级水电站左岸边坡深部变形在水库蓄水前后变化趋势基本一致，进入运行期后变形仍未收敛，需持续关注边坡的变形和稳定性。通过对锦屏一级水电站左岸边坡运行期深部变形各种监测成果的历年变形值进行比较，分析了左岸边坡运行期的变形规律和变形收敛情况，评价了左岸边坡的稳定性;针对石墨杆收敛计与谷幅变形进行对比分析，验证了谷幅和石墨杆观测的可靠性，论证了谷幅和石墨杆成果的可靠性和准确性。研究结果表明：左岸边坡变形虽未收敛，但变形速率呈下降趋势。
关键词：边坡稳定性;边坡变形;对比分析;左岸边坡;锦屏一级水电站
中图法分类号：TV223文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.005
文章编号：1006 - 0081（2021）06 - 0026 - 05
1 研究背景
锦屏一级水电站左岸边坡总体开挖高度约530 m，总开挖量约550万m3，左岸边坡自然谷坡高陡，岩体卸荷强烈，地应力水平高，并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝，是目前水电工程中开挖高度最高、开挖规模最大、稳定条件最差的边坡工程之一，其高边坡的安全稳定问题十分突出[1]。左岸边坡变形总体上经历3个变形过程：开挖卸荷的变形期、蓄水期的有效应力及软化作用的变形调整期和长期时效变形收敛期，目前处于变形调整期[2]。面对如此复杂地质条件左岸边坡，电站进入运行期后，需持续关注其长期变形的规律，分析其稳定性，评价其对拱坝安全的影响。本文对左岸边坡深部变形及谷幅监测成果进行分析，评价左岸边坡在运行期的稳定性。
2 地质概况与仪器布置
2.1 地质概况
锦屏一级枢纽区左岸边坡山体雄厚，谷坡陡峭，基岩裸露，相对高差千余米，为典型的深切“Ⅴ”形谷，为深部裂缝发育强烈区，平面范围大致在Ⅵ线山梁上游侧至Ⅱ勘探线之间，岩性为杂谷脑组第三段变质砂岩和板岩，岩层走向与河流流向基本一致，岸坡为反向坡，自然坡度40°～50°，地形完整性较差，呈山梁与浅沟相间的微地貌特征。坡体岩性主要为砂板岩，走向与岸坡近平行、倾向坡里，属典型的反向坡。边坡岩体中主要结构面为以f5、f8、以及f42-9断层为代表的小断层、层间挤压破碎带、SL441裂缝为代表的深部裂缝及卸荷裂隙，强风化、松弛拉裂的煌斑岩脉在Ⅱ2线上游开挖边坡中出露，往上游向坡体深部延伸。控制边坡可能失稳破坏的各种滑移块体的主要边界条件主要包括：煌斑岩脉（X），与煌斑岩脉近于平行的一系列走向NE倾向SE（顺坡向）卸荷裂隙、深部裂缝，f42-9断层[3]，f42-9断层上盘平行于断层的一系列小断层等。左岸高程1 885 m以下开挖边坡即拱肩槽边坡由上游坡、坝头坡和下游坡等部分组成，工程边坡与其上下游自然边坡形成一个三面临空的坡体，控制着左岸坝头变形拉裂体的稳定。锦屏一级水电站坝区左岸边坡主要断层特征见表1。
左岸坝顶以上边坡稳定的影响因素较复杂，包括断层、煌斑岩脉、深部裂缝的影响，倾倒变形、风化、卸荷拉裂等造成的破碎岩体，不同方向结构面的不利组合等，针对存在的问题采取了相应的支护处理措施，这些措施包括抗剪洞混凝土置换、系统锚索、锚喷、局部框格梁、面板等。左岸边坡煌斑岩脉、主要断层和深部裂缝分布详见图1。
2.2仪器布置
左岸邊坡深部变形监测主要涉及以下方面：
①对边坡控制性“大块体”整体稳定有直接影响的坝顶以上深部拉裂缝区的变形问题; ②涉及坝肩抗力体变形及拱坝安全问题的坝基深部变形[1]。
为监测左岸坝肩深部卸荷裂隙岩体的变形情况，利用左岸的PD42勘探平洞、PD44勘探平洞、高程1 915.0 m排水洞等沿洞轴线方向布置石墨杆收敛计、测距墩，监测深度约100～300 m，测距墩与右岸观测点联测，兼测谷幅变形，坝前上游侧3条谷幅跨江段TP11～PD44、PD21～PD42、PDJ1～TPL19。其中，石墨杆收敛计布置在地勘平洞内， 不仅能够直接监测平洞的变形， 还可得到测点的累计变形过程， 在边坡监测中发挥了重要作用[4]。
（1）PD44平洞位于高程1 930.0 m（图2），洞内沿洞轴线布置石墨杆收敛计，监测深度198 m，共分6个测段。
（2）PD42平洞位于高程1 930.0 m（图3），洞内沿洞轴线主洞和上游支洞布置石墨杆收敛计，总监测深度251m，主洞分6个测段，上游支洞分11个测段。
（3）1915排水洞位于高程1 915.0 m（图4），L2C支洞洞内沿洞轴线布置石墨杆收敛计，监测深度97 m，共分5个测段。
（4）拱坝坝肩边坡深部变形。左岸高程1 885.0 m帷幕灌浆平洞、左岸高程1 829.0 m坝基排水洞、左岸高程1 785.0 m坝基排水洞沿洞轴线各布置一套石墨杆收敛计监测坝基深部变形。3套石墨杆收敛计监测深度分别为：245 m（高程1 885.0 m），275 m（高程1 829.0 m）以及330 m（高程1 785.0 m）。
（5）跨江段谷幅线。目前满足观测条件测段为12条，其中上游侧及坝顶上部共计布设3条测线，下游侧布设9条。具体布设情况见图5。谷幅观测采用一等精度边长往返观测技术要求，将边长改平（经过仪器常数改正、温度和气压改正、倾斜改正、高程投影面改正）后进行比较，得出各期变形量。
3历年变形分析
3.1 平洞石墨杆收敛计
根据左岸深部变形运行期历年变形速率统计情况，如表2所示，历年监测成果显示左岸深部变形速率呈逐年减小的趋势，各平洞深部变形虽未收敛，仍持续向山体外（河床）变形，但其变形速率逐年下降，说明左岸边坡变形在逐渐减缓、逐渐趋于收敛。相关分布和历时曲线如图6～7所示。
3.2跨江段谷幅
在高拱坝工程中，常通过河谷两岸两测点的相对距离（谷幅）变化说明河谷的相对变形情况[5]。根据坝前谷幅测线运行期历年变形速率统计情况，如表3所示，跨江段谷幅测线在2015年变形速率较大，因首次蓄水后，左岸边坡处于应力调整中;从历年来看，左岸平洞跨江段谷幅线变形速率有逐年减缓的趋势，各谷幅测线处于收缩趋势，变形虽未收敛，但其变形速率有所下降，说明坝前谷幅线逐渐减缓、逐渐趋于收敛，且与左岸边坡深部变形吻合。谷幅线变形速率分布与历时曲线如图8～9所示。
3.3边坡应力及变形
图10和图11监测成果过程曲线，左岸1 960～1 885 m边坡煌斑岩脉附近锚索运行期历年锚固力变化都较小，锚固力曲线平稳，锚固力损失不明显;煌斑岩脉及f42-9断层附近岩体位移变化量虽有一定波动，但变化量级较小，变形微弱，说明左岸边坡和围岩基本处于稳定状态。
3.4 坝基深部位移
图12受水库荷载的影响坝基石墨杆收敛计位移与库水位呈负相关（图12），水位抬升拱坝坝肩对基础帷幕洞有一定的拱推力，基础帷幕洞受压，向山体内变形;水位下降，水荷载减小，拱推力减小，基础帷幕洞受左岸边坡的挤压，向山体外变形。坝基深部变形符合拱坝坝基的变形规律。
根据坝基石墨杆收敛计运行期历年变形统计情况，如表4和表5所示，各坝基平洞深部变形年变形量较小，测段总位移历年有逐步减小的趋势，历年的极大值也总体呈现减小的趋势，说明左岸坝基深部变形微弱，深部岩体基本稳定。
4 跨江段谷幅与石墨杆对比分析
跨江段谷幅测得为左右岸山体的相对拉伸或压缩量。根据工程特点，跨江段谷幅的变形量可以分成3个部分组成：左岸边坡平洞内石墨杆收敛计测得变形量、左岸边坡石墨杆收敛计最深点的变形量和右岸边坡的变形量。通过对跨江段谷幅与石墨杆收敛计洞内测距在同一时段变化量进行对比，从而可得左岸边坡石墨杆收敛计最深点和右岸边坡的该时段变化总量。跨江段谷幅与石墨杆收敛计2015～2019年年度变形量见表6。
由表6可见，2个平洞的跨江段谷幅和石墨杆收敛计测距近5 a的年度变化量相当，说明左岸边坡石墨杆收敛计最深点的和右岸边坡的该时段变化总量基本上为零，对跨江段谷幅变形量无贡献，跨江段谷幅变化量来自左岸边坡平洞内石墨杆收敛计测得变化量，从而说明左岸平洞内的最深点为稳定点。
由图13监测成果显示：PD42平洞石墨杆收敛计最深的两个点位移均在0.5 mm以内，测段总位移主要变形也发生在蓄水期，运行期历年变形在1 mm左右;而图14显示跨江段谷幅和石墨杆收敛计测距年度变化量相当，2种监测手段对比分析进行了相互驗证，综合以上分析，说明了左岸1 930 m平洞内的最深点为稳定点。
5结 论
（1）统计各种监测方法左岸深部变形运行期历年变形情况，分析了左岸边坡在运行期的变形规律，说明左岸边坡变形虽未收敛，但变形在逐渐减缓、逐渐趋于收敛。
（2）通过坝前跨江段谷幅与石墨杆收敛计在同一时段的变化量进行对比分析，验证了两种观测手段的可靠性，同时说明左岸平洞内的最深点为稳定点。
（3）统计和分析了左岸坝基深部1 778～1 885 m 3层排水洞石墨杆收敛计历年的变形情况，坝基平洞深部变形年变形量均较微弱，左岸深部岩体基本稳定。
（4）左岸边坡的长期变形可能对拱坝安全有一定影响，且存在一定复杂性，需长期关注其发展状况和变形趋势，后续需考虑多种因素的作用规律，以及边坡的长期变形与拱坝相互影响，从而综合评价边坡的稳定性和拱坝的安全性。
参考文献：
[1] 赵博， 徐卫亚. 锦屏一级水电站左岸边坡深部变形安全监测分析[J]. 人民长江， 2011，42（增2）：
101-103.
[2] 周钟， 张敬， 薛利军. 锦屏一级水电站左岸边坡变形对拱坝安全的影响[J]. 人民长江， 2017，48（2）：
49-54.
[3] 金海元，徐卫亚，孟永东，等. 锦屏一级水电站左岸边坡稳定综合预报研究[J]. 岩土力学与工程学报，2008，27（10）：2058-2063.
[4] 吴火兵，王林伟. 石墨杆收敛计在锦屏电站左岸边坡监测中的应用[J]. 人民长江，2009，40（18）：103-104.
[5] 程立，刘耀儒，潘元炜，等. 锦屏一级拱坝左岸边坡长期变形对坝体影响研究[J]. 岩土力学与工程学报，2016，35（增2）：4040-4050.
（编辑：唐湘茜）
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