溪洛渡水電站左岸主廠房下游側(cè)墻7#機(jī)變形問(wèn)題探討

劉懿輝，李思嘉，吳灌洲

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，成都610072)

0 引言

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江干流上，是我國(guó)第二大水電工程，布置有超大規(guī)模的地下洞室群。左岸地下主廠房尺寸為439.74 m×75.6 m×28.4 m，洞軸線方向N24°W，地下廠區(qū)基巖為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2β)，水平埋深約370～400 m，垂直埋深約100～300 m，圍巖類別以Ⅱ類圍巖為主，最大主應(yīng)力值在15～17 MPa，方向集中N47°W～N68°W，與洞軸線方向夾角23°～44°［1］。左岸地下主廠房開挖方式為由頂拱至底部自上而下分層開挖，在開挖過(guò)程中，主廠房圍巖變形大多在10 mm范圍內(nèi)，但下游側(cè)邊墻2008年1—12月多點(diǎn)位移計(jì)M4089－CL(高程385 m)監(jiān)測(cè)到累計(jì)變形超過(guò)40 mm，對(duì)于地質(zhì)條件較好的地下洞室變形來(lái)說(shuō)，已處于較大的變形狀態(tài)。

本文結(jié)合地質(zhì)條件、Vp資料對(duì)此部位變形特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究，提出了相應(yīng)處理建議，最后基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)處理后的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 變形特點(diǎn)及原因分析

1.1 變形特點(diǎn)分析

變形最大的部位出現(xiàn)在7#機(jī)組下游側(cè)墻，2008年12月M4089－CL的測(cè)值達(dá)到40.4 mm，累計(jì)變形12個(gè)月。

7#機(jī)組下游側(cè)墻布置的主要監(jiān)測(cè)儀器見(jiàn)圖1，多點(diǎn)位移計(jì)M4089－CL(高程385m)位移歷時(shí)曲線見(jiàn)圖2，變形與鄰近的錨桿應(yīng)力和錨索噸位關(guān)系見(jiàn)圖3和圖4。

圖1 左岸主廠房7號(hào)機(jī)組下游側(cè)墻主要監(jiān)測(cè)儀器布置圖

從圖1的監(jiān)測(cè)儀器布置圖及各高程位移計(jì)過(guò)程曲線可知，其頂拱變形均＜5 mm，下游拱肩變形均＜3 mm，下游拱腳變形在6～15 mm。EL.385 m高程的位移計(jì)累計(jì)變形超過(guò)40 mm;拱腳部位位移較小，邊墻部位位移相對(duì)較大，由表到里位移量明顯衰減。

圖2 左岸主廠房7號(hào)機(jī)組下游385高程4點(diǎn)位移計(jì)M4089－CL過(guò)程線與開挖層位關(guān)系圖

由圖2可知:

1)在第Ⅳ層(EL 384.5 m～EL 377.5 m)開挖前，多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的測(cè)值均較小(＜5 mm)，且變形曲線與時(shí)間軸平行，說(shuō)明在第Ⅳ層開挖前M4089－CL處沒(méi)有發(fā)生明顯變形。

2)在第Ⅳ層(EL 384.5 m～EL 377.5 m)開挖中，孔口點(diǎn)、3 m點(diǎn)發(fā)生明顯的位移突變，孔口點(diǎn)位移量由4.26 mm增至20.86 mm，3m點(diǎn)處位移量由0 mm增至8.5 mm，6 m點(diǎn)、15 m點(diǎn)位移曲線無(wú)明顯變化，孔口點(diǎn)的位移增量明顯＞3 m點(diǎn)出的位移增量(差值12.36mm)，說(shuō)明在第Ⅳ層開挖過(guò)程中，表部發(fā)生了較明顯變形，3 m＜變形深度＜6 m，且邊墻向里位移量逐漸減小。

3)在第Ⅳ層～Ⅴ層(EL 377.5 m～EL 369.5 m)開挖間歇期，各監(jiān)測(cè)曲線平行于時(shí)間軸，說(shuō)明在開挖間歇期位移量、變形深度基本沒(méi)變。

4)在第Ⅴ層開挖過(guò)程中，孔口點(diǎn)、3 m點(diǎn)、6 m點(diǎn)均有增大，且3處曲線的斜率基本一致，三曲線的間距基本不變，而15 m點(diǎn)處位移保持不變，6 m、15 m點(diǎn)處監(jiān)測(cè)曲線之間間距增大(約8 mm)，說(shuō)明此時(shí)變形向深部擴(kuò)展，深度在6～15 m，而6 m之外巖體之間沒(méi)有相對(duì)位移(同步位移量約6 mm)。

5)在第Ⅴ層～Ⅵ層(EL 369.5 m～EL 361.5 m)開挖間歇期，位移略有增長(zhǎng)，變形規(guī)律與第Ⅴ層開挖時(shí)大致相同，但增幅明顯降低。

由圖3可見(jiàn):2008年2月開始，錨桿應(yīng)力逐步增大，同時(shí)，邊墻多點(diǎn)位移計(jì)數(shù)值也在增大，把邊墻位移曲線與下游側(cè)墻錨桿應(yīng)力曲線對(duì)比，兩者有較好的對(duì)應(yīng)性，錨桿應(yīng)力的增長(zhǎng)趨勢(shì)與變形趨勢(shì)基本一致。側(cè)墻變形與錨索應(yīng)力對(duì)比曲線

圖3 左岸主廠房7號(hào)機(jī)組下游側(cè)墻變形與錨桿應(yīng)力對(duì)比曲線

圖4 左岸主廠房7號(hào)機(jī)組下游

根據(jù)多點(diǎn)位移計(jì)變形曲線分析，截止2008年4月孔口處實(shí)測(cè)位移為23.13 mm，在2007年12月31日—2008年1月7日間孔口處位移由5.28 mm增至11.87 mm，該段時(shí)間為主廠房第Ⅳ層(EL 384.5 m～EL 377.5 m)施工開挖階段，增長(zhǎng)速率快，其6 m處測(cè)值為2.97 mm，對(duì)應(yīng)此部位錨索測(cè)力器(DP20－CL)386.8 m高程測(cè)值為2 227.2 kN(錨索設(shè)計(jì)值1 750 kN)，超過(guò)設(shè)計(jì)值27.3%，表明錨索拉力偏大。截至2010年2月，M4089—CL過(guò)程線表現(xiàn)已穩(wěn)定，見(jiàn)圖7。圍巖穩(wěn)定狀況良好。

1.2 變形原因分析

1.2.1 地質(zhì)分析

左岸主廠房7#機(jī)(廠橫0+204 m)下游側(cè)邊墻385.5高程M4089—CL監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于P2β6層中下部，斷面上部至398.0 m高程發(fā)育2條錯(cuò)動(dòng)帶Lc1和Lc2，見(jiàn)圖5，產(chǎn)狀N30°E/SE∠20°，主錯(cuò)帶厚度3～5 cm，充填石英綠簾石條帶和少量巖屑，無(wú)影響帶。下部至363 m高程。發(fā)育4條層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶Lc3～Lc6，產(chǎn)狀N30°E/SE∠10°～20°，傾向洞內(nèi)，主錯(cuò)帶厚度1～3 cm，帶內(nèi)物質(zhì)以角礫巖屑為主，局部充填綠簾石條帶，無(wú)影響帶。0+198～0+205 m段巖錨梁下拐點(diǎn)下方0.5～1.5 m附近發(fā)育1條長(zhǎng)裂隙L1，產(chǎn)狀N25°W/SW∠75°，裂面起伏粗糙，新鮮，局部微張(張開約5 mm)。該裂隙走向與洞軸向近于平行，且傾向洞內(nèi)，局部已貫通至巖錨梁斜面。7#母線洞上部柱狀節(jié)理較發(fā)育。巖體總體較完整，呈塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)。圍巖類別以Ⅱ類為主，裂隙L1及Lc1、Lc2和Lc3包圍部位圍巖類別為Ⅲ1類［2］。

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近地質(zhì)素描圖

左岸主廠房7#機(jī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都處于P2β6層中下部，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶較發(fā)育。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于三條層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶之間，根據(jù)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀空間組合分析，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處無(wú)明顯面向邊墻臨空面的不利組合塊體。主廠房、主變室間巖柱厚度較大，目前無(wú)證據(jù)表明它們有整體變形和聯(lián)系的現(xiàn)象。

1.2.2 聲波資料分析

該處聲波測(cè)試孔利用在該段加強(qiáng)支護(hù)的12 m預(yù)應(yīng)力錨桿所造孔。在EL 383 m、EL 385 m和EL 387 m高程共布置9孔。測(cè)試日期為2008年6月，當(dāng)時(shí)左岸主廠房開挖到Ⅴ～Ⅵ層。各深度范圍內(nèi)聲波平均值見(jiàn)表1。

表1 左岸主廠房7#機(jī)下游側(cè)邊墻EL383～387m聲波平均值

該處為Ⅲ1類圍巖，根據(jù)前期及施工詳圖設(shè)計(jì)階段工程區(qū)巖體聲波波速綜合分析成果，取無(wú)卸荷松弛Ⅲ1類圍巖聲波平均值5 200 m/s，該部位9～12 m、6～9 m、3～6 m和0～3 m深度范圍內(nèi)分別較之衰減10.5%、27.5%、37.0%和47.0%。

隨著深度增大，圍巖聲波值衰減幅度也相應(yīng)減小，表示松弛卸荷是由外及內(nèi)，淺表松弛較深部松弛大，符合一般規(guī)律。該處部位松弛卸荷深度較大，9～12 m深度仍有10.5m%的衰減。

聲波測(cè)試曲線圖揭示，各孔聲波值隨深度變化無(wú)明顯拐點(diǎn)，多呈鋸齒狀。一般認(rèn)為是隨著圍巖松弛卸荷后，節(jié)理裂隙面張開，聲波通過(guò)裂隙面時(shí)速度衰減。由表1可知:

1)9～12 m深度段聲波平均值4 657 m/s，基本與Ⅲ1類圍巖開挖卸荷前聲波平均值相近。

2)6～9 m、3～6 m和0～3 m各深度段平均值3 768 m/s、3 268 m/s和2 744 m/s與Ⅲ1類未擾動(dòng)巖體Vp值相差較大，據(jù)此推理，可將圍巖松弛深度范圍確定為0～9 m。

1.3 小結(jié)

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析，多點(diǎn)位移計(jì)的數(shù)值變化、錨桿錨索的應(yīng)力變化與主廠房下層開挖存在密切關(guān)系。根據(jù)聲波資料分析，圍巖松弛范圍為0～9m。因此，有必要對(duì)局部松弛巖體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

2 處理措施

綜合以上資料分析，確定如下處理措施:

1)實(shí)測(cè)位移值較大位置主要分布在洞壁表層＞6 m范圍內(nèi)，根據(jù)聲波資料顯示圍巖松弛深度在0～9 m，且位移變化速率較快時(shí)段恰處于主廠房進(jìn)行第Ⅳ層開挖。

2)考慮到錨索拉力值偏大，已超過(guò)設(shè)計(jì)值27%，隨著邊墻的下挖，錨索應(yīng)力可能進(jìn)一步增加，為了避免錨索拉力超過(guò)極限突然斷裂，引發(fā)邊墻突發(fā)變位，經(jīng)研究決定需對(duì)該部位采取局部加強(qiáng)支護(hù)措施［3］。

3)在左岸主廠房(廠橫)0+195.1～(廠橫)0+217.5 m段，高程383.00～386.50 m范圍內(nèi)，在已實(shí)施的系統(tǒng)錨桿之間內(nèi)插增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿，參數(shù)為:PBФ32，L=12 m，T=120 kN。

4)在2008年7月，錨桿實(shí)施之后，位移及錨桿、錨索應(yīng)力值基本不再增加，呈收斂趨勢(shì)，位移曲線見(jiàn)圖7。

圖7 左岸主廠房7號(hào)機(jī)下游385高程4點(diǎn)位移計(jì)M4089－CL過(guò)程線

3 結(jié)論

從各監(jiān)測(cè)部位整體情況分析，大部分巖體變形接近彈性變形，大部分屬于淺表層變形，個(gè)別部位變形深度在10 m以上。變形主要發(fā)生在開挖施工期間，隨著開挖工作的結(jié)束，系統(tǒng)支護(hù)的跟進(jìn)，主廠房部位變形量級(jí)較小，測(cè)點(diǎn)的變形基本收斂。左岸地下廠房的穩(wěn)定性良好。

［1］中華人民共和國(guó)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50287—2006水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

［2］鄭穎人，朱合華.地下工程圍巖穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì)理論［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［3］馬莎.地下洞室圍巖穩(wěn)定非線性理論和方法［M］.北京:水利水電出版社，2011.