(福建省金禹建设工程有限公司，福建 宁德 352100)

1 工程概况

八峰水库大坝拱坝设计为双曲拱坝，坝平面拱圈为三心变厚圆，其上下坝面均为空间曲面，对结构整体的连续性要求更高，施工精度要求严格。在施工过程中，每个仓位尺寸都在变化，如何精确、有效地控制坝体体型是双曲拱坝施工中的难点。本文以此工程为例对双曲拱坝施工稳定性控制进行分析和探讨。

2 地质情况

八峰水库双曲拱坝坝址在苏总爱的河谷呈现“V”形，坝区所在地区地势南侧低，北侧高，右岸坡较陡，左岸坡较缓。坝区右岸为斜反向坡，左岸为斜顺向坡，坝区地层为玄武岩，岩性均匀、坚硬。坝区位置断层比较发育，并且陡倾角为60°以上，左岸出露有F17断层，右岸出露有F16断层。

3 数值模型介绍

3.1 有限元分析法

有限元分析法以连续结构体离散来近似代替连续体结构，然后等效或简化约束、荷载等边界条件，利用本构关系和应变关系使平衡方程转变成线性方程组进行求解。该工程在进行分析时，使用有限元MIDAS软件构建坝肩三维地质模型[1]。

3.2 模型的边界条件和范围

因为该工程所在地区的地质情况比较复杂，得到的数值模型一般不完全符合工程的实际情况，因此，要简化模型，针对弱风化玄武岩和微风化玄武岩中发育比较大的断层(F16和F17)，将模型划分成了43个几何体。在设计时，该模型选择的范围很大，以降低边界效应产生的影响。以X轴为横河向(指向右岸为正)，以Y轴为顺河向(指向下游为正)，以Z轴方向为铅垂方向(向上为正)，以地表作为Z方向的顶面，高程为1328m。高程为0的位置为底面。计算模型的边界条件只考虑自重应力场时比较简单，三维空间分析面为X-Y-Z轴所在的面，设计模型初始边界条件的约束如下：底面边界限定为全约束，将X方向位移限定为Y方向左右边界，以X方向前边界和边界对Y方向位移进行限定[2]。

3.3 模型参数值的选取

使用莫尔-库仑强度理论对模型岩体进行分析，使用弹性模型分析混凝土双曲拱坝，然后根据得到的试验数据和地质勘察资料及地质勘察报告中得到的玄武岩参数值设计有限元模型中岩土的物理参数(见下表)。

材料物理参数表

3.4 有限元模型

采用混合六面体网格对各单元进行划分，分别将四面体和四棱锥进行组合后生成各单元。按照设计的开挖坡比布置坝肩拱肩槽。开挖时，分9步对拱肩槽开挖过程进行模拟，划分好网格后，共得到607522个单元和352443个节点。

按照工程地质报告相关数据及拱坝坝基岩体类型设计混凝土双曲拱坝相关参数如下：坝顶高程833m；坝高288m；坝底高程544m；底宽71m，顶宽12m。按8个级别加载拱坝来对坝体的整个修建过程进行模拟，共设计3890个拱坝单元数与2995个节点[3]。

4 分析位移场

将重力影响变形因素消除以后，在模型位移云图中没有产生彩色云块，在未开挖前，3个方向产生的位移值都是0，证明该模型合理。

4.1 开挖分析

在开挖拱坝拱肩槽时，两岸坝肩会逐步减小荷载，在边坡临空面出现了较大变形。分析时，只选择较典型的高程作为平切面来进行分析(见图1)后发现，在开挖坝肩槽时岩体出现了卸荷回弹的情况，在拱肩槽和右岸断层交汇的位置会出现较大位移，形成的张力带入图1中的①区域，随着开挖的不断进行，坡脚越来越陡，坡面周围张力带范围也随之增强和扩大。变形方向会顺着两岸的临空面方向发展，随着开挖的进行，Z方向出现的位移也会随之变大[4]。

图1 高程平切图

4.2 筑坝过程

随着坝体开挖的不断进行，坝肩岩体的应力会重新分布，随着高程的增加应力会逐步降低，低高程位置的应力较大，高高程位置的应力较小，在进行开挖作业时，主应力不会产生过大的变化，压应力为最大主应力，量值为20.70MPa。也就是说应力随深度的变化情况与河谷的一般应力场规律一致。压应力为坡体的总体压力，并呈现为从外向内压应力逐步变大的特点。由图2可以发现，拱肩和筑坝施工完成后主应力产生的变化较小，证明筑坝作业过程中没有过大影响坝肩岩体，不过坝肩和拱坝接触位置的应力较集中。完成筑坝作业后，拱坝自重将河床底部的一部分应力抵消掉。

图2 不同高程处第一主应力云图

5 双曲拱坝施工稳定性控制措施

5.1 稳定性控制方案

通过利用有限元法对双曲拱坝施工过程中的稳定性进行分析后，针对性地提出了双曲拱坝施工稳定性控制措施，具体如下：

a.开挖过程中，要将上游坡和下游坡中1675m高程下游坡1、1755m高程下游坡3、1715m高程上游坡和1744m高程上游坡清除，或采用锚固方式进行加固，从而保证坝体施工稳定性。

b.在开挖1755m高程四周的边坡时，需要采用锚索进行加固，以保证坝体稳定性。

c.对坝体边坡中部坡面和上部坡面在进行施工时，要使用锚索或系统锚杆进行加固。

d.施工过程中遇到暴雨天气时，由于拱肩槽稳定性差，要先采用防渗排水处理的方法对滑移面进行处理，并做好铺盖防渗工作[5]。

5.2 锚喷支护施工措施

该工程施工时，以锚杆和挂网喷混凝土的方法进行锚喷支护施工。以干喷法进行挂网喷混凝土边坡的喷护作业，以0.35m3强制式搅拌机在施工现场制作喷射混凝土，然后用喷射机进行喷射作业。

在进行锚杆支护时，要按照先挖后锚的原则开展支护作业，在进行施工时，首先一次性完成坡面开挖，然后搭设好排架，进行锚杆施工，并拆除排架，排架拆除后进行二次开挖施工。在进行锚杆钻孔作业时，需要先将保护层预留出来，预留厚度为3m，然后再进行二次开挖。需注意，在预留保护层厚度内无须设置锚杆。

严格按照规范要求和技术要求进行锚杆喷射混凝土施工，施工按照一边开挖边坡一边进行封闭、施工紧跟开挖工作面的原则进行。施工时，利用锚杆锁定边坡的浅表层，保证了边坡的稳定性。施工过程中，没有出现因为浅层支护滞后而影响边坡稳定性的情况。

5.3 锚索施工支护措施

在进行大坝左岸基础支护和开挖作业时，主要须对拱肩槽下游侧坡、拱肩上游侧坡、拱肩槽槽坡3个区域进行施工。将预应力锚索分别布置到拱肩槽下游侧坡、拱肩槽上游侧坡。采用浅层支护的方式对拱肩槽后坡进行支护，设计锚索的吨位分别为2000kN和1000kN，使用全液压锚固钻机进行钻孔设置。采用锚索进行支护，受力非常稳定，虽然在进行拱坝开挖施工时出现了轻微波动，但坝体的整体变化趋势比较稳定，保证了坝体开挖施工过程中边坡的稳定性。

6 结 语

本文以实际工程为例，采用有限元法对双曲拱坝施工过程中的稳定性进行了分析，较客观地对双曲拱坝坝肩的稳定性进行分析后发现，该双曲拱坝在开挖坝肩槽后临空面持续了卸荷回弹变形的情况，右岸出现的变形要大于左岸，并且变形主要出现在边坡浅表层。对坝体进行开挖后，坝体岩体应力重新分布，而且随着拱坝高程的不断增加，应力越来越低。结合坝体施工的实际情况，设计采用锚索支护和锚喷支护的方法对施工过程中坝体边坡的稳定性进行控制。双曲拱坝修筑完成后，在重力的影响下，坝体自重将一部分应力抵消掉，坝肩位置没有出现应力集中现象。从该工程的岩体结构特点、地质资料以及有限数值分析结果来看，对坝体边坡进行加固处理后，双曲拱坝坝肩在岩体开挖施工过程中，处于稳定状态下，顺利完成了施工，值得类似工程借鉴和参考。fffffa

[1] 徐湘涛.金沙江白鹤滩水电站高边坡岩体力学特性及其稳定性研究[D].成都：成都理工大学，2012.

[2] 范冰，彭成山，靳聪聪，等.基于ADINA的拱坝坝肩岩体应力变形分析[J].水力发电，2015(2)：29-31，85.

[3] 刘先珊，周创兵，王军.复杂条件下高拱坝应力及坝肩稳定分析[J].岩土力学，2008(1)：225-229，234.

[4] 董建华，谢和平，张林，等.大岗山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究[J].岩石力学与工程学报，2007(10)：2027-2033.

[5] 黄国军，周澄，赵海涛.牛头山双曲拱坝整体稳定三维地质力学模型试验研究[J].西北水电，2004(2)：49-52.