水利樞紐地下廠房洞室穩(wěn)定監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100020

目前，我國(guó)地下工程建設(shè)數(shù)量不斷增加。在地下廠房施工作業(yè)中，做好施工安全監(jiān)測(cè)工作，明確地下洞室開挖邊坡和圍巖情況，識(shí)別安全隱患，為施工作業(yè)的優(yōu)化調(diào)整提供指導(dǎo)，并且對(duì)地下洞室的穩(wěn)定性，開展檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)，及時(shí)調(diào)整開挖方法，采取施工安全措施，進(jìn)而保證工程施工作業(yè)的安全水平。

1 工程簡(jiǎn)況

百色水利樞紐位于廣西百色市的右江上，壩址在距百色市區(qū)22km的平圩村，水庫(kù)總庫(kù)容56.6億m3，是1985年國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)的《珠江流域西江水系郁江綜合利用規(guī)劃報(bào)告》中的第二梯級(jí)，是一座以防洪為主兼有發(fā)電、灌溉、航運(yùn)、供水等綜合利用效益的大（一）型水利水電工程。百色水利樞紐工程由主壩、水電站、副壩和通航建筑物組成，其中2座副壩和通航建筑物遠(yuǎn)離由主壩和水電站組成的主壩區(qū)。主壩為全斷面碾壓混凝土重力壩，最大壩高130m；地下水電站布置在左岸，水電站裝機(jī)容量為4 135MW[1]。

2 地下廠房洞室群安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案

由于主廠房以及主變洞的開挖尺寸比較大，加之大洞室間隔巖石厚度約為23.5m。按照上述形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置，對(duì)地下廠房洞室群開展監(jiān)測(cè)，具體項(xiàng)目包括圍巖變形以及接觸縫開合度等。具體監(jiān)測(cè)方案如下：

2.1 主廠房

選擇廠橫0+13.5m以及廠橫0-13.5樁號(hào)位置，布置2個(gè)安全監(jiān)測(cè)斷面，依據(jù)開挖支護(hù)工序，各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的左右側(cè)拱端部以及拱頂，布置3點(diǎn)式多點(diǎn)位移計(jì)以及單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)。處于運(yùn)行期間的受力情況考慮，選擇在巖錨梁處上下層左右側(cè)，也就是高程2183.6m以及高程2181.8m，布置監(jiān)測(cè)裝置。布置測(cè)縫計(jì)總計(jì)2支，單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)總計(jì)1支，2點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)總計(jì)1套。在高程2173.00m左右，各布置1套多點(diǎn)位移計(jì)以及1支單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)。

2.2 主變洞安全監(jiān)測(cè)

根據(jù)水工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合主變洞尺寸和監(jiān)測(cè)斷面布置的位置，在主廠房相同樁號(hào)位置，設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。選擇在各個(gè)斷面的頂拱以及左共端，設(shè)置1套多點(diǎn)位移計(jì)，并且選在斷面頂拱設(shè)置1支單點(diǎn)式錨桿應(yīng)力計(jì)。在主變和主廠的隔墻對(duì)穿錨索上，設(shè)置4根測(cè)力計(jì)，用于監(jiān)測(cè)錨索運(yùn)行的受力情況。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

從水利樞紐地下廠房洞室穩(wěn)定監(jiān)測(cè)資料來(lái)說(shuō)，無(wú)論是應(yīng)力變化，還是變形，都是跟著洞室向下部開挖，頂拱圍巖以及邊墻向洞內(nèi)的測(cè)值，會(huì)跟著不斷的增加，并且錨桿應(yīng)力計(jì)以及多點(diǎn)位移計(jì)測(cè)量值顯示，下游邊墻的數(shù)值大于上游邊墻的數(shù)據(jù)；低高程測(cè)量值比高高程測(cè)量值要大。數(shù)據(jù)量化方面來(lái)看，在應(yīng)力值以及變形值約等于有限元計(jì)算結(jié)果。具體如下：

應(yīng)力值：主廠上游邊墻部分的錨桿應(yīng)力值參數(shù)為50MPa，而2173高程部分的參數(shù)值為250MPa；主廠下游側(cè)邊墻參數(shù)值為70MPa，而2173高程部分的參數(shù)值為300MPa。

變形值：主廠上游邊墻部分的測(cè)量結(jié)果為10mm，主廠下游側(cè)邊墻部分的測(cè)量結(jié)果為3.5mm與25mm，其中廠橫0-13.5m位置高程為2184周圍的測(cè)量值較大。

3 大跨度、淺埋洞、小間距洞室群圍巖穩(wěn)定性研究

3.1 地下洞室的支護(hù)措施

在毛洞情況下，有限元分析表明，主廠房在上、下游拱腳部位和下游側(cè)墻以及母線洞與尾水洞之間的柱塑性區(qū)分布較大，主變洞在上、下游拱腳以及主變洞頂拱區(qū)域，也有較大的塑性區(qū)分布，主廠房下游側(cè)墻與主變洞上游側(cè)墻之間的上部巖柱塑性區(qū)相對(duì)集中，主廠房、主變洞圍巖塑性區(qū)深度達(dá)10-20m。說(shuō)明洞室穩(wěn)定性問題突出。國(guó)內(nèi)外類似工程對(duì)于大跨度、淺埋洞、小間距洞室多是采用混凝土襯砌或大量預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，預(yù)應(yīng)力錨索雖能較好地維持圍巖的原有應(yīng)力狀態(tài)，防止過(guò)大變形造成的失穩(wěn)，但預(yù)應(yīng)力錨索通常不能及時(shí)施加，百色地下廠房洞室埋深和洞室間距又特別小，節(jié)理裂隙發(fā)育，施工中可能出現(xiàn)圍巖尚未施加預(yù)應(yīng)力錨索就已失穩(wěn)，混凝土襯砌時(shí)效性更差。另外，預(yù)應(yīng)力錨索間距較大，也難以解決不穩(wěn)定的小三角塊體和楔形塊體失穩(wěn)。為此，我們根據(jù)地下洞室的尺寸、間距及圍巖條件，提出了采用以長(zhǎng)而密小噸位預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)為主，預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)輔的方案，即采用長(zhǎng)7-10m，間距1.5m，預(yù)應(yīng)噸位15t的預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，主要優(yōu)點(diǎn)是：錨桿能做到及時(shí)支護(hù)，控制圍巖的變形，錨桿施加的預(yù)應(yīng)力也能維持圍巖的原有應(yīng)力狀態(tài)，防止圍巖過(guò)大變形造成的失穩(wěn)，長(zhǎng)而密主要考慮圍巖塑性區(qū)深度較大，節(jié)理裂隙發(fā)育，在對(duì)圍巖塊體穩(wěn)定性研究中也充分說(shuō)明長(zhǎng)而密錨桿對(duì)圍巖不穩(wěn)定塊體的作用，對(duì)局部圍巖塑性區(qū)深度較大部位采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，如主廠房下游側(cè)墻與主變洞上游側(cè)墻之間的上部巖柱塑性區(qū)相對(duì)集中部位。

3.2 結(jié)合運(yùn)用其他方法

為保證地下廠房洞室穩(wěn)定監(jiān)測(cè)分析結(jié)果的真實(shí)性和有效性，要注重結(jié)合運(yùn)用其他方法，比如有限元分析法。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，根據(jù)水工結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)尺寸，利用洞室有限元計(jì)算成果中的位移變形量與圍巖塑性區(qū)等，擇取地下廠房洞室穩(wěn)定監(jiān)測(cè)斷面中計(jì)算結(jié)果變形最大值所在的部位，利用監(jiān)測(cè)儀器，開展變形以及應(yīng)力監(jiān)測(cè)，進(jìn)而保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的質(zhì)量。在設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案時(shí)，要從工程整體角度出發(fā)，力求保證監(jiān)測(cè)的全面性和質(zhì)量，做好監(jiān)測(cè)結(jié)果分析和評(píng)價(jià)，為后續(xù)施工作業(yè)的開展，提供有力的支持[2]。

4 結(jié)語(yǔ)

因此，本文針對(duì)水利樞紐地下廠房洞室穩(wěn)定監(jiān)測(cè)方案的制定，做了簡(jiǎn)單的論述。做好穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)工作，獲得地下廠房洞室穩(wěn)定性參數(shù)信息，能夠?yàn)橹ёo(hù)工作的開展，提供科學(xué)依據(jù)，最大程度上保證水利樞紐工程的建設(shè)質(zhì)量和效益?，F(xiàn)結(jié)合具體實(shí)踐，總結(jié)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，共享給行業(yè)人員。