白鶴灘水電站左岸地下廠房監(jiān)測數(shù)據(jù)及圍巖穩(wěn)定分析

洪佳敏，萬祥兵，陳建林，方 丹

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，311122，杭州）

一、工程概況及地質(zhì)條件

白鶴灘水電站地下廠房采用首部式開發(fā)方案，左右岸呈基本對稱布置。左岸地下廠房的平面布置（見圖1），其中主副廠房長438 m，高88.7 m，巖梁以下寬31.0 m、以上寬34.0 m。

左岸地下廠房垂直埋深260～330 m，實(shí)測最大水平主應(yīng)力30.99 MPa。區(qū)域地層為單斜構(gòu)造，總體產(chǎn)狀為 N42°E，SE∠15°， 其走向與廠房軸線的交角為 20°。 巖性主要為 P2β23～P2β31層角礫熔巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質(zhì)玄武巖、柱狀節(jié)理玄武巖、夾薄層凝灰?guī)r。其中層間錯動帶C2發(fā)育于P2β24層凝灰?guī)r中部，厚度為10～30 cm，遇水易軟化，出露于廠房邊墻中下部、南側(cè)端墻底部、北側(cè)端墻中上部以及#1～#3機(jī)坑中上部。層內(nèi)錯動帶 LS3152發(fā)育于 P2β31層頂部，帶寬2 cm，帶內(nèi)為角礫化構(gòu)造巖。此外，地下廠房區(qū)域還發(fā)育有斷層f717、f718、f719、f720、f721、f722、f723等，其斷層帶內(nèi)主要以節(jié)理化構(gòu)造巖、構(gòu)造角礫巖為主。

二、開挖與支護(hù)設(shè)計

1.地下廠房開挖

根據(jù)工程地質(zhì)條件及周邊洞室布置，左岸地下廠房分十層開挖。廠頂?shù)谝粚佑?014年5月開始開挖，2018年6月底全部開挖完成。

2.地下廠房支護(hù)設(shè)計

白鶴灘水電站地下廠房規(guī)模巨大，地質(zhì)條件復(fù)雜，緩傾角層間層內(nèi)錯動帶發(fā)育，地應(yīng)力較高。在上述特征基礎(chǔ)上選擇適合高地應(yīng)力環(huán)境下脆性巖體破壞特征的系統(tǒng)支護(hù)設(shè)計方案。

（1）頂拱

噴層：初噴鋼纖維混凝土5 cm，掛網(wǎng)直徑為 8 mm@15 cm×15 cm，雙向龍骨筋直徑為16 mm+復(fù)噴混凝土15 cm。

錨桿：Ⅱ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長為6 m，預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為 32 mm、長為 9 m、100 kN，間距1.5 m×1.5 m間隔布置；Ⅲ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長為9 m，預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為32 mm、長為9 m、100 kN， 間距 1.2 m×1.2/1.5 m 間隔布置。

錨索：層內(nèi)錯動帶LS3152在頂拱上方影響范圍內(nèi)采用4排對穿預(yù)應(yīng)力錨索；頂拱緩傾角節(jié)理密集帶布置2排對穿錨索；上下游拱腳各布置3排系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索，縱向間距3.6～4.8 m。

（2）邊墻

噴層：初噴納米鋼纖維混凝土12cm，掛網(wǎng)直徑為8mm@15cm×15cm，雙向龍骨筋直徑為16 mm+復(fù)噴納米混凝土8 cm。

錨桿：Ⅱ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長為6 m，普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長為9 m，間距1.2 m×1.2 m間隔布置；Ⅲ1類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32mm、長為9 m，間距 1.2m×1.2 m；Ⅲ2類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長為9 m，預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為32 mm、長為9 m、100 kN，間距1.2 m×1.2 m間隔布置。

錨索：上游邊墻錨索預(yù)應(yīng)力為2500kN、長為 25/30m，間距 3.6～6.0m；下游邊墻錨索預(yù)應(yīng)力為2500 kN、長為 25 m或30 m，間距3.6～6.0 m。

層間錯動帶C2在圍巖內(nèi)采用預(yù)置換方式，廠房邊墻采用錨筋束+錨索的鎖口加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 左岸地下廠房平面布置圖

三、圍巖穩(wěn)定分析

1.變形監(jiān)測

為了監(jiān)測開挖過程中的圍巖穩(wěn)定情況，左岸主廠房共布置了8個監(jiān)測斷面，其樁號分別為左廠0-052 m、左廠0-012 m、左廠0+018 m、左廠 0+077 m、左廠 0+152 m、左廠0+228 m、左廠0+267 m、左廠0+328 m。各監(jiān)測斷面均布置有多點(diǎn)位移計，能夠?qū)ψ蟀兜叵聫S房頂拱、上下游拱肩與邊墻的位移進(jìn)行持續(xù)、全面的監(jiān)測。典型斷面的多點(diǎn)位移計布置見圖2。

圖2 左岸地下廠房多點(diǎn)變位計布置典型斷面（該斷面位于左廠0+077m樁號）

此外，為了監(jiān)測層間錯動帶C2在開挖過程中的錯動變形情況，在#3母線洞和#4母線洞內(nèi)還埋設(shè)了穿過層間錯動帶C2的測斜管。#4母線洞內(nèi)測斜管的布置如圖3所示。

圖3 左岸地下廠房針對層間錯動帶C2的測斜管布置

2.監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

（1）頂拱圍巖變形監(jiān)測

主廠房頂拱的多點(diǎn)位移計大多在廠房頂拱中導(dǎo)洞開挖前由廠頂錨固觀測洞預(yù)埋，其測值顯示了主廠房自開挖以來頂拱圍巖的變形情況?？傮w上主廠房頂拱圍巖淺層變形大于深部變形，位移監(jiān)測量由表及里逐漸減小。

截至2019年8月1日，左岸主廠房頂拱表層圍巖的累計位移量沿廠房軸線的分布見圖4。由圖4可見，頂拱的累計位移量在1.76～41.70 mm之間，頂拱變形受緩傾角結(jié)構(gòu)面LS3152影響較明顯，其中最大累計位移量位于左廠0+76 m斷面，其各測點(diǎn)的變形時序過程線見圖5。由圖5可見，該支多點(diǎn)位移計各測點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房頂部開挖施工期間（開挖高程為580～610 m），其位移監(jiān)測量隨測點(diǎn)深度的增大而逐步減小。

（2）上游邊墻圍巖變形監(jiān)測

主廠房上游邊墻的多點(diǎn)位移計主要在地下廠房開挖至相應(yīng)高程附近埋設(shè)，其測值顯示了主廠房上游邊墻的變形情況。總體上主廠房上游邊墻圍巖淺層變形大于深部變形，位移監(jiān)測量由表及里逐漸減小。

截至2019年8月1日，左岸主廠房上游邊墻表層圍巖的累計位移量分布見圖6。由圖6可見，主廠房高程592～600 m范圍內(nèi)上游邊墻的累計位移量在29.81～78.83 mm之間。其中最大累計位移量位于左廠0+77 m斷面，由多點(diǎn)位移計Mzc0+77-2距離開挖面1.5 m處的測點(diǎn)監(jiān)測得到。該支多點(diǎn)位移計的安裝高程為592 m，其各測點(diǎn)的變形時序過程線見圖7。由圖7可見，該支多點(diǎn)位移計各測點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房上部開挖施工期間（開挖高程為568～592 m），其位移監(jiān)測量隨測點(diǎn)深度的增大而逐步減小，廠房開挖完成后，其變形仍呈緩慢增長趨勢，持續(xù)時間較頂拱更長。

（3）下游邊墻圍巖變形監(jiān)測

主廠房下游邊墻的多點(diǎn)位移計主要在地下廠房開挖至相應(yīng)高程附近時埋設(shè)，其測值顯示了主廠房下游邊墻的變形情況。總體上主廠房下游邊墻圍巖淺層變形大于深部變形，位移監(jiān)測量由表及里逐漸減小。

截至2019年8月1日，左岸主廠房下游邊墻表層圍巖的累計位移量分布見圖8。由圖8可見，主廠房高程592～600 m范圍內(nèi)下游邊墻的累計位移量在23.95～64.45 mm之間。其中最大累計位移量位于左廠0+17 m斷面，由多點(diǎn)位移計Mzc0+017-4位于開挖表面的測點(diǎn)監(jiān)測得到。該支多點(diǎn)位移計的安裝高程為592 m，其各測點(diǎn)的變形時序過程線見圖9，由圖9可見，該支多點(diǎn)位移計各測點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房上部開挖施工期間 （開挖高程為592～563 m），其位移監(jiān)測量隨測點(diǎn)深度的增大而逐步減小。廠房開挖完成后，其變形仍呈緩慢增長趨勢，持續(xù)時間較頂拱更長。

（4）層間錯動帶C2錯動變形監(jiān)測

測斜管INzmd4-0+054-1埋設(shè)于#4母線洞內(nèi)，對層間錯動帶C2的錯動變形進(jìn)行了監(jiān)測，其位移—深度曲線隨時間的變化過程見圖10，層間錯動帶C2上下盤剪切變形過程見圖10。由于該測斜管以深度16 m處的測點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，因此其測值始終為零。由圖10可知，在主廠房開挖過程中，層間錯動帶C2上下盤圍巖存在不協(xié)調(diào)變形，數(shù)值由小變大再趨于平穩(wěn)。

圖4 左岸地下廠房頂拱圍巖變形分布圖（2019-3-27）

圖5 樁號0+076 m斷面多點(diǎn)位移計Mzc0+076-2測值的時序過程線

圖6 左岸地下廠房上游邊墻圍巖變形分布圖（2019-3-27）

圖7 樁號0+077 m斷面多點(diǎn)位移計Mzc0+077-2測值的時序過程線

圖8 左岸地下廠房下游邊墻圍巖變形分布圖（2019-3-27）

3.穩(wěn)定性分析

可行性研究階段，對左岸地下廠房進(jìn)行了大量的三維數(shù)值模擬計算，廠房邊墻最大變形為50～60 mm，塑性區(qū)為5～7 m，層間錯動帶C2的不協(xié)調(diào)變形約35 m。上述監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，邊墻的最大變形為73.83 mm，主要發(fā)生在6.5 m范圍以內(nèi)，層間錯動帶C2的不協(xié)調(diào)變形為26.47 mm，實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與前期計算值較接近。

圖9 樁號0+077 m斷面多點(diǎn)位移計Mzc0+017-4測值的時序過程線

圖10 #4母線洞INzmd4-0+025-1測斜管C2上下盤剪切變形過程線

目前，左岸廠房圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。變形主要發(fā)生在開挖階段，其圍巖變形符合一般規(guī)律，圍巖淺層位移測值最大，由表及里逐漸減小。隨著廠房往下部開挖，變形呈臺階狀增長。頂拱變形主要發(fā)生在上部開挖階段，下部開挖對頂拱變形影響??；受高地應(yīng)力二次調(diào)整影響，邊墻變形持續(xù)時間較頂拱更長。