大型水電站地下廠房頂拱圍巖松弛檢測技術(shù)及應(yīng)用

劉志宏，孫立燦，秦勁軍

（1.浙江華東建設(shè)工程有限公司，浙江杭州，310014；2.中國三峽建設(shè)管理有限公司白鶴灘工程建設(shè)部，四川成都，610500）

1 圍巖松弛檢測方法

1.1 單孔聲波法

單孔聲波法是將一發(fā)雙收換能器放置在鉆孔內(nèi)，聲波發(fā)射后沿孔壁傳播，通過觀測聲波到達(dá)兩只接收換能器的時間差，可計算兩接收換能器所在位置孔壁巖體的聲速。當(dāng)一發(fā)雙收換能器按一定的間距移動并逐點測試孔壁巖體聲速，可獲取鉆孔不同深度的孔壁巖體聲速及變化情況，檢測方法如圖1（a）所示。

巖體的聲波速度一般與巖體的完整性及應(yīng)力條件有關(guān)。對于同一巖性、相同類別的巖體，巖體越完整、圍巖應(yīng)力越高，則巖體聲波速度越大。當(dāng)圍巖松弛后，通常巖體的完整性變差，圍巖應(yīng)力降低，其聲波速度也將變小。因此根據(jù)孔壁巖體聲速變化可以判定圍巖松弛位置，如圖1（b）所示。

圖1 單孔聲波檢測方法和圍巖松弛位置判定示意圖Fig.1 Detection by acoustic wave and locating the relaxation zone of th e surrounding rock

1.2 鉆孔電視法

鉆孔電視是將攝像探頭放入孔內(nèi)，通過移動攝像探頭攝錄不同深度的全孔壁圖像。當(dāng)圍巖松弛后，巖體的原有裂隙將有所擴展，原生隱節(jié)理將逐漸顯現(xiàn)，巖體的完整性變差，由此可輔助判斷圍巖的松弛位置，如圖2所示。

圖2 鉆孔電視檢測圍巖松弛示意圖Fig.2 Detection of relaxation of the surrounding rock by bore?hole TV

2 地下廠房圍巖松弛測孔布置

2.1 常規(guī)布置方式

根據(jù)地下廠房斷面尺寸大小，一般布置3～5個松弛檢測斷面，每個斷面布置11～13個測孔，其中廠房頂拱布置3個測孔，各開挖層在上、下游邊墻各布置1個測孔，見圖3。地下廠房一般從上向下逐層開挖，隨著開挖深度增大，廠房頂拱距離開挖基面的高度日益增大，在開挖基面借助登高車或臺車進(jìn)行聲波檢測和鉆孔電視檢測愈加困難，當(dāng)開挖至第四層時通常已經(jīng)無法實施，導(dǎo)致廠房頂拱松弛檢測數(shù)據(jù)的缺失。

圖3 主廠房松弛測孔常規(guī)布置示意圖Fig.3 Distribution of holes for relaxation detection in the main powerhouse

2.2 廠房錨固洞布置方式

大型水電工程的地下廠房一般斷面尺寸較大，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜或圍巖應(yīng)力較大時，通常在廠房上方布置廠頂錨固洞。在錨固洞底板向廠房頂拱鉆孔，在接近廠房拱頂邊緣約2 m處終孔（孔內(nèi)可充水），該鉆孔內(nèi)可持續(xù)進(jìn)行單孔聲波和鉆孔電視檢測，地下廠房開挖期間定期檢測廠房頂拱圍巖松弛深度及變化。地下廠房上下游側(cè)壁測孔則仍按常規(guī)布置。

圖4 廠房拱頂錨固洞松弛測孔布置示意圖Fig.4 Distribution of wells for relaxation detection in the anchor?age holes at the roof arch

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某電站位于金沙江中游，其左、右岸地下廠房分別位于兩岸壩肩上游的山體中，圍巖主要為隱晶質(zhì)玄武巖、斜斑玄武巖、杏仁狀玄武巖和角礫熔巖，以Ⅲ1類和Ⅱ類圍巖為主。左、右岸地下廠房開挖尺寸均為438.00 m×31.00 m（34.00 m）×88.70 m（長×寬×高），自上而下分七層開挖。在左、右岸地下廠房上方各布置有2個錨固洞，錨固洞底板距離廠房拱頂高度約28 m。

3.2 測孔布置

該電站左、右岸地下廠房開挖之前，在廠頂1號、2號錨固洞底板向下鉆孔。根據(jù)現(xiàn)場情況，左、右岸地下廠房在廠頂錨固洞底板各布置11個松弛測孔，其中在廠頂1號和2號錨固洞的廠0+10、廠0+72、廠0+240、廠0+320、廠0+330處各布置1個測孔，在廠頂2號錨固洞廠0-20處增加布置1個測孔，測孔布置見圖5。各測孔深度為26.0～28.5 m，孔底距離地下廠房拱頂邊緣為2～3 m，以防止地下廠房開挖導(dǎo)致鉆孔貫通而無法充水。

圖5 廠房錨固洞松弛測孔平面布置示意圖Fig.5 Distribution of wells for relaxation detection in the anchor?age holes in the powerhouse

3.3 圍巖松弛檢測

以左岸地下廠房樁號0+240 m斷面廠頂松弛檢測為例。左岸地下廠房樁號0+240 m斷面在廠頂1號、2號錨固洞內(nèi)各布置1個測孔，孔深分別為26.4 m和26.6 m，孔底距離廠房拱頂邊緣分別為2.3 m和2.2 m。在左岸地下廠房第Ⅰ～Ⅳ層開挖施工期間，先后進(jìn)行11次單孔聲波和鉆孔電視檢測。根據(jù)檢測結(jié)果判斷圍巖松弛深度，其中2015年12月4日檢測結(jié)果見圖6。根據(jù)單孔聲波和鉆孔電視檢測結(jié)果綜合判斷，1號、2號錨固洞廠0+240斷面測孔分別在孔深25.7～26.2 m和25.3～26.6 m段聲速明顯降低、巖體節(jié)理擴張，判斷由圍巖松弛引起，考慮測孔孔底距離廠房拱頂邊緣分別為2.3 m和2.2 m，判定地下廠房對應(yīng)位置的松弛深度分別為2.8 m和3.5 m。

圖6 1號、2號錨固洞廠0+240測孔松弛檢測結(jié)果及分析圖Fig.6 Results of relaxation detection by observation wells on profile 0+240 in the anchorage hole No.1 and No.2

4 結(jié)語

大型水電工程地下廠房規(guī)模大，開挖施工過程中地下廠房洞室群變形穩(wěn)定分析是一項基礎(chǔ)性工作，圍巖松弛深度是洞室變形及穩(wěn)定分析的重要依據(jù)之一，獲取不同開挖施工工況完整、準(zhǔn)確的洞室圍巖松弛深度及變化趨勢十分重要。利用廠頂錨固洞檢測地下廠房頂拱圍巖松弛深度，是解決地下廠房開挖施工中后期頂拱圍巖松弛深度檢測資料缺失的有效手段之一，取得了良好的效果，值得推廣應(yīng)用。