复杂地质条件下溢洪道开挖与支护施工技术应用

溢洪道是水利枢纽中保障水库安全运行的核心设施，其开挖与支护施工需应对复杂多变的地质环境。随着水利工程向复杂地质区域拓展，岩体节理发育、断层破碎带分布、地下水富集等问题日益突出，导致边坡失稳风险增高、支护结构失效概率上升 [1]。近年来，数值模拟技术（如有限元法、有限差分法）在边坡稳定性评估中的应用，为开挖与支护方案优化提供了量化依据；同时，分层开挖、复合支护等工艺的创新，有效提升了复杂地质条件下施工的安全性 [2]。基于相关研究成果，本文聚焦复杂地质条件下溢洪道开挖与支护的关键技术，梳理施工规律与技术要点，旨在为工程实践提供系统性指导。

一、复杂地质条件对溢洪道施工的影响机制

（一）岩体力学特性的影响

复杂地质条件下，岩体完整性差异显著，直接影响边坡稳定性。层状反向缓倾结构边坡因岩体层理面存在，易在开挖扰动下产生卸荷回弹变形，导致局部岩块崩塌；软岩（如页岩）具有易风化、崩解特性，长期暴露会降低力学性能，需及时支护以控制变形。通过有限元模拟可知，岩体黏聚力、内摩擦角等参数的空间异质性，会导致边坡安全系数分布不均，弱风化区域的安全系数通常低于新鲜岩体，成为施工中的薄弱环节。

（二）地下水的作用效应

地下水是加剧施工风险的关键因素。孔隙潜水与基岩裂隙水的渗透作用，一方面会软化岩体，降低其抗剪强度；另一方面会产生动水压力，促使边坡内部形成渗流通道，引发管涌、突水等灾害。数值模拟结果显示，暴雨工况下地下水水位上升会使边坡稳定系数降低 10%～15% ，开挖未支护边坡的位移量增幅可达 20% 以上，尤其在断层破碎带处，地下水富集易导致边坡失稳，需针对性采取排水措施 [3]。

（三）高陡边坡的几何效应

高陡边坡的几何形态会放大施工扰动的影响。开挖过程中，坡体应力重分布易导致坡顶隆起、坡脚剪切破坏，而陡峭地形会限制施工空间，增加开挖与支护的协同难度。对于高度超过 50m 的边坡，需通过分级开挖控制坡体变形，避免因一次性开挖范围过大引发整体失稳。

二、复杂地质条件下的溢洪道开挖关键技术

（一）分层分级开挖工艺

分层分级开挖是控制复杂地质边坡扰动的核心手段，其核心是根据坡高、岩性及地质构造划分开挖单元，实现“开挖一级、防护一级”。上层开挖优先形成稳定平台，为下层施工提供安全作业面，中下层开挖需滞后上层一定距离（通常 200～300m ），避免上下层施工相互干扰。对于坚硬岩体，采用预裂爆破与梯段微差爆破结合的方式，通过控制爆破参数（如孔距、装药量）减少对保留岩体的损伤；对于软弱岩层或破碎带，采用机械开挖配合静态破碎技术，避免爆破振动引发塌方[4]。

开挖参数需结合岩体特性动态调整。强风化岩层开挖坡比宜放缓至1:0.75~1:1，每级坡高控制在 10m 以内，并设置 2m 宽马道以增强边坡稳定性；弱风化岩层完整性较好，坡比可调整为 1:0.5~1:0.75，通过优化爆破参数（如主爆孔间距3.5m、排距 3.0m ）减少超挖与欠挖。

（二）开挖过程的稳定性监测

基于有限元或有限差分法的数值模拟技术，可实时预测开挖过程中的边坡位移与应力分布，为施工决策提供依据。监测内容包括坡顶沉降、坡面位移及深部岩体变形，通过布设监测点获取数据，当位移速率超过预警值（通常 0.5mm/ d）时，需暂停开挖并采取补强措施。同时，结合现场地质编录，及时修正数值模型参数，实现“模拟 - 监测 - 反馈”的动态调控，确保开挖过程中边坡稳定性处于可控范围。

三、复杂地质条件下的溢洪道支护体系设计

（一）复合支护结构选型

复杂地质边坡需采用“主动加固 + 被动防护”的复合支护体系，以提升整体稳定性。主动加固以锚杆（索）为主，通过注浆改善岩体力学性能。锚杆长度与间距需根据岩体完整性确定，完整岩体可采用 4.5~6.0m 长锚杆，间排距 3.0m×3.0m ；破碎带区域宜采用加长锚杆（5~8m）并加密布置（间排距2～3m ），注浆材料选用水泥浆（水灰比 1:0.5~0.55），添加早强剂与膨胀剂以提升锚固力[5]。

被动防护采用喷射混凝土与钢筋网结合的面层支护。喷射混凝土强度等级不低于 C20，厚度 10～15cm ，分初喷与复喷两步施工：初喷（厚度 3~5cm）封闭岩面以防止风化，复喷至设计厚度以增强结构整体性。钢筋网采用 φ6~8mm钢筋，网格尺寸 15～20cm ，与锚杆外露端焊接固定，确保与喷射混凝土协同工作，形成整体受力结构。

（二）地下水控制技术

排水系统是支护体系的重要组成部分，需结合水文地质条件设计。坡面排水孔采用 Φ50～90mm 钻孔，孔深 4～5m ，间排距 2～6m ，内置透水管以疏导表层水；对于深部裂隙水，设置排水洞或仰斜孔，降低地下水位至开挖面以下。此外，在边坡马道处设置截水沟（宽 1.0m× 深 1.0m ），将地表汇水引至坡外，避免渗入坡体加剧失稳。排水孔施工需与锚杆施工同步进行，做好孔口保护，防止喷射混凝土堵塞。

四、开挖与支护的协同施工策略

（一）动态施工工序

复杂地质条件下，开挖与支护的协同性直接影响施工安全，需采用“边开挖、边支护”的流水作业模式。上层开挖完成后，立即进行锚杆与喷射混凝土施工，支护滞后开挖面距离不超过 30m ，确保岩体及时得到约束。对于断层破碎带等特殊段，提前进行超前支护（如管棚或小导管注浆），形成加固拱后再进行开挖，避免开挖过程中发生塌方。

（二）参数动态优化

施工过程中坚持动态设计原则，根据地质揭露情况调整支护参数。开挖中发现节理密集带时，增加锚杆数量与长度；遇突水点时，加密排水孔并采用速凝混凝土封闭，待水位稳定后再继续施工。通过施工工序的动态优化，实现开挖扰动与支护强度的平衡，确保边坡稳定性满足规范要求（安全系数不低于1.2）。

五、小结

综上所述，复杂地质条件下的溢洪道开挖与支护施工需以地质条件为基础，通过分层分级开挖控制扰动，采用复合支护体系增强边坡稳定性，结合地下水控制与动态监测技术保障施工安全。数值模拟与现场实践的结合，可实现施工过程的精细化管控，为工程稳定性提供科学保障。相关技术思路可有效应对岩体破碎、地下水富集等问题，为类似水利工程的复杂边坡施工提供参考，推动开挖与支护技术的进一步发展。

参考文献：

[1] 陈闯 , 张冰 , 陈铎 . 复杂地质条件下高边坡开挖及防护措施综合应用 [J].中国水能及电气化 ,2024(2):62-66.

[2] 舒 韬 . 溢 洪 道 高 边 坡 开 挖 与 支 护 施 工 技 术 的 应 用 [J]. 地 下水 ,2023,45(5):293-296.

[3] 赵明明 , 关鹏 . 考虑地下水影响的溢洪道边坡开挖稳定性分析 [J]. 地下水 ,2024,46(6):70-72.

[4] 何十美 . 双江口水电站溢洪道洞室开挖支护施工控制技术 [J]. 四川建材 ,2020,46(12):122-124.

[5] 王硕, 冯巧云, 田富银, 等. 基于有限元模拟的溢洪道边坡稳定性分析[J].河南科技 ,2023,42(7):61-64.