王能峰，周云金，尹顯科，吳 強(qiáng)

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

瀑布溝水電站地下廠房洞室群位于大壩左岸花崗巖山體中，埋深大于200m。其中尾水閘門室位于主變室下游，并與之平行布置，與主變室之間的巖墻厚32.7m，上游邊墻與6條尾水管及其連接洞相接，下游邊墻連接2條尾水洞，其上覆巖體240～300m，洞室全長(zhǎng)206.5m，洞軸線N42°E，開(kāi)挖斷面為城門洞形，斷面尺寸(寬×高)=17.4×55.15m，底板高程655.4m。

2 基本情況調(diào)查

從尾水閘門室上游邊墻0+00～0+64m段裂縫的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況看，裂縫分布范圍右側(cè)以 f19(βμ)輝綠巖脈斷層為界，在樁號(hào)0+64m處由拱座高程706m一直延伸至下部高程683m，上部基本沿拱座(高程706m)分布，左側(cè)邊界不明顯;在樁號(hào)0+00～0+64m，上部高程701～706m之間分布多條豎向裂縫。上部裂縫基本沿噴層開(kāi)裂，其余上游側(cè)頂拱主要是噴層開(kāi)裂，掛網(wǎng)鋼筋外露。樁號(hào)0+64m處沿f19(βμ)裂縫，上部寬7～8cm，深40cm，下部寬2～3cm，深20cm。

3 基本地質(zhì)情況

尾水閘門室上游邊墻樁號(hào)0+00～0+64m段巖性為花崗巖，微新巖體，塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅱ類圍巖;樁號(hào)0+20～0+50m段頂拱巖體微風(fēng)化～新鮮，鑲嵌～次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅲ類圍巖。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理:① 近 SN/E∠50°～55°，延伸3～6m，部分大于7m，新鮮，平直粗糙，閉合 ，間距40～70cm，局部20～30cm;② N55°～60°W/SW∠30°～40°，延伸4～7m，少數(shù)大于10m，新鮮，平直粗糙，閉合，間距 50～80cm，局部 30～40cm;③N20°～30°W/SW∠55°～65°，延伸4～7m，新鮮，平直粗糙，閉合，間距20～50cm。節(jié)理主要為兩組或兩組加隨機(jī)節(jié)理的組合。

開(kāi)挖揭示的軟弱結(jié)構(gòu)面為:

(1)f19(βμ):輝綠巖脈斷層，產(chǎn)狀 N55°～65°W/SW∠75°～80°，跨三壁，寬 10～40cm，由碎裂巖、片狀巖及少量碎粒巖組成，帶內(nèi)可見(jiàn)條帶狀石英，結(jié)構(gòu)緊密，沿帶局部滲、滴水。

(2)f(6):產(chǎn)狀 N30°W/SW∠40°，跨三壁，上游側(cè)逐漸尖滅，下游側(cè)被f19(βμ)限制，寬5～15cm，由碎裂巖及少量碎粒巖組成，結(jié)構(gòu)緊密，干燥。

(3)f(7):產(chǎn)狀 N70°W/SW∠45°，跨三壁，上游側(cè)逐漸尖滅，下游側(cè)被f19(βμ)限制，寬3～10cm，由碎裂巖及少量碎粒巖組成，結(jié)構(gòu)緊密，干燥。

(4)βμ(3):輝綠巖脈，產(chǎn)狀 N55°E/NW∠60°～75°，寬15～25cm，由碎裂巖、碎塊巖及少量碎粒巖組成，碎粒巖斷續(xù)分布于上盤面，厚2～3cm，結(jié)構(gòu)緊密，濕潤(rùn)，在上游邊墻與f28(βμ)和g(13)相交，并被f(8)錯(cuò)斷，錯(cuò)距約3m，下游側(cè)出露于交通洞連接洞左端墻。

(5)βμ(4):輝綠巖脈，N60°～70°W/SW∠75°～85°，僅出露于上游邊墻，寬度變化大，寬10～300cm，由碎裂巖、碎塊巖及少量碎粒巖組成，帶內(nèi)可見(jiàn)脈狀、團(tuán)塊狀石英，結(jié)構(gòu)緊密，濕潤(rùn)，上部逐漸尖滅。

此段地下水不豐，洞壁干燥，僅沿個(gè)別軟弱結(jié)構(gòu)面滲、滴水。

上游側(cè)頂拱廠(橫)0+25～0+45m段有弱巖爆發(fā)生，主要表現(xiàn)為片、板狀剝落。

此段開(kāi)挖后成型基本規(guī)則，僅頂拱由于開(kāi)挖爆破控制差，洞室成型不好，施工過(guò)程中，多處發(fā)生掉塊、垮塌。

4 巖體物理力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

4.1 巖體物理力學(xué)指標(biāo)

工程區(qū)新鮮～微風(fēng)化花崗巖濕抗壓強(qiáng)度Rw=100～150MPa，巖體多發(fā)育1～2組裂隙，結(jié)構(gòu)面間距大于0.5m，巖體聲波速度大于4.5km/s，結(jié)構(gòu)面新鮮粗糙，地下水活動(dòng)微弱，巖體變形模量E0=15～30GPa，巖體為整體塊狀～塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖屬穩(wěn)定、基本穩(wěn)定的Ⅱ類，成洞條件較好。巖體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

4.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

尾閘室支護(hù)參數(shù)為:

(1)頂拱:φ28@120，L=6m，頂拱掛鋼筋網(wǎng) φ8@20×20。

(2)上游邊墻:高程681.8m 以上 φ28@150，L=7m;681.8m 以下 φ32@150，L=7.5m，入巖7m。高程691m錨索2000kN@400，均長(zhǎng)20m;高程687、683m錨索2000kN@400，均長(zhǎng)33m，與主變室對(duì)穿;高程 679、675、671m 錨索 2000kN@400，均長(zhǎng)20m;687m以上噴鋼纖維混凝土12cm，687m以下噴混凝土8cm。

(3)下游邊墻:φ28@150，L=7m，下部 φ28@150，L=7.5m，入巖7m;高程691、687、683、679m 錨索2000kN@400，均長(zhǎng)20m，上部噴鋼纖維混凝土12cm，下部噴混凝土8cm。

表1 巖體物理力學(xué)性指標(biāo)建議值

5 監(jiān)測(cè)分析

對(duì)布置在尾水閘門室樁號(hào)0+5m和0+49.6m處的監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析表明，0+5m處上游邊墻總變形量和變形速率均較小，而0+49.6m處上游邊墻總變形量較大，達(dá)60～80cm，同時(shí)對(duì)比主變室此樁號(hào)處的多點(diǎn)位移計(jì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得出如下結(jié)果(見(jiàn)圖1～5):

(1)變形開(kāi)始較快發(fā)展的時(shí)間在2007年9月下旬，尾水閘門室Ⅴ層1號(hào)井在2007年7月開(kāi)挖完成，主變室在2007年5月開(kāi)挖完成，2號(hào)尾水管及其連接洞開(kāi)挖時(shí)段為2007年3月～2008年3月，說(shuō)明變形與2號(hào)尾水管及其連接洞的開(kāi)挖密切相關(guān)。

圖1 主變室0+49.6m下游邊墻(高程686m)M 3 13多點(diǎn)位移計(jì)絕對(duì)位移—時(shí)間曲線

圖2 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程700m)M 4 12多點(diǎn)位移計(jì)絕對(duì)位移—時(shí)間曲線

圖3 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程691m)M 4 11多點(diǎn)位移計(jì)絕對(duì)位移—時(shí)間曲線

圖4 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程679m)M 4 10多點(diǎn)位移計(jì)絕對(duì)位移—時(shí)間曲線

(2)變形深度由上往下逐漸加深，與0+49.6m處橫剖面上βμ(3)輝綠巖脈位置相符，表明變形深度主要由βμ(3)控制。

6 開(kāi)裂原因分析

依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合施工時(shí)段和地質(zhì)情況，分別模擬了不同開(kāi)挖階段尾閘室上游邊墻附近的總體位移變化情況(見(jiàn)圖6)。分析表明，0+00～0+64m段的開(kāi)裂主要受βμ(3)和f19(βμ)控制，同時(shí)由于2號(hào)尾水管及其連接洞開(kāi)挖和尾水閘門室高邊墻引起的應(yīng)力調(diào)整，特別是2號(hào)尾水管及其連接洞的開(kāi)挖，引起了此段尾閘室上游邊墻產(chǎn)生較大變形，最終導(dǎo)致變形開(kāi)裂。

7 處理方案及結(jié)論

由于尾閘室上游邊墻中部有錨索支護(hù)，對(duì)變形體進(jìn)行了有效的支護(hù)，保證了上游邊墻此段沒(méi)有發(fā)生變形破壞直至垮塌。為了尾水閘門室洞室的長(zhǎng)期穩(wěn)定，對(duì)此段采取了加強(qiáng)支護(hù)，在樁號(hào)0+00～0+65m段的高程702～705m之間，在原有系統(tǒng)支護(hù)基礎(chǔ)上，內(nèi)插兩排φ28@250，L=12m的錨筋束。直至目前，此段變形監(jiān)測(cè)已經(jīng)收斂，穩(wěn)定。

綜合以上表明:

(1)尾閘室上游邊墻0+00～0+64m段的開(kāi)裂主要受βμ(3)和f19(βμ)控制，同時(shí)由于2號(hào)尾水管及其連接洞開(kāi)挖和尾水閘門室高邊墻引起的應(yīng)力調(diào)整，導(dǎo)致了開(kāi)裂;

(2)施工期應(yīng)注意洞室交叉洞段因存在潛在的軟弱結(jié)構(gòu)面組合快速開(kāi)挖所導(dǎo)致較大的變形;

(3)設(shè)計(jì)系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)以及后期的加強(qiáng)支護(hù)是有效的;

(4)施工期的監(jiān)測(cè)尤為重要，并應(yīng)能及時(shí)分析反饋，同時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注薄弱部位的長(zhǎng)期變形問(wèn)題。

圖5 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程690m)錨索測(cè)力計(jì)PR5應(yīng)力值曲線

圖6 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻斷面不同開(kāi)挖階段的總位移變化