(1.中國長江三峽集團(tuán)有限公司，北京 100038；2.三峽大學(xué)土木水電學(xué)院，湖北 宜昌 443000)

1 引 言

烏東德水電站位于金沙江下游河段，總裝機(jī)容量為10200MW，以發(fā)電為主，兼顧防洪，其左右岸各布置6臺機(jī)組。擬定左岸地下3大洞室(主廠房、主變洞和尾水調(diào)壓室)并列平行布置。其中，主廠房頂拱跨度為31.8m，巖錨梁以下開挖跨度為30.0m，主廠房最大開挖尺寸為3330m×32.5m×899m(長×寬×高)；主變洞最大開挖尺寸為2556m×18.5m×34.2m；調(diào)壓室采用下部獨立、上部連通的長廊型布置方式，頂拱跨度為320m，最大開挖高度為110.0m(見圖1)。

圖1 烏東德水電站右岸地下電站洞室群三維布置

烏東德水電站右岸地下電站主廠房9號機(jī)頂層擴(kuò)挖后于下游邊墻及拱座(樁號YC=1+202～1+217)揭露一條較大溶蝕裂隙YKT1。該溶蝕裂隙為順層發(fā)育，產(chǎn)狀180°∠68°，走向與主廠房下游邊墻夾角約25°[見圖2(a)]，寬5～30cm，充填泥夾碎屑或碎屑夾泥[見圖2(b)]。鉆孔彩電物探結(jié)果顯示，該裂隙水平方向延伸長約90m、垂直向延伸長約54m?？紤]到該溶蝕裂隙規(guī)模較大且性質(zhì)較差，可能在后續(xù)施工擾動下產(chǎn)生傾倒變形破壞，參建各方經(jīng)商討后提出對當(dāng)前開挖層裂隙實施局部回填置換及加強(qiáng)支護(hù)的處理方案(對YKT1裂隙影響區(qū)域內(nèi)填充物掏挖、沖洗清理干凈后進(jìn)行灌注水泥或水泥漿填縫，對區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)：增加3排T=1500kN@3m×3m、L=25m的預(yù)應(yīng)力錨索共計21束，拱座以上溶蝕裂隙影響區(qū)域局部增加16根T=50kN、HRB40032、L=9m張拉錨桿)。本文從數(shù)值模擬的角度，以右岸地下電站模型為基礎(chǔ)，分析YKT1溶蝕裂隙在后續(xù)開挖過程中的變形破壞趨勢及可能破壞的范圍，并對加固方案效果進(jìn)行評價，同時得出進(jìn)一步的結(jié)論和建議。

圖2 右岸地下電站主廠房下游側(cè)YKT1溶蝕裂隙

2 計算分析方案

計算方案采用包含整個右岸地下廠房的山體網(wǎng)格模型，初始地應(yīng)力場根據(jù)非線性反演獲得，Ⅱ1和Ⅲ1圍巖力學(xué)模型采用反映層狀巖體層理和基質(zhì)力學(xué)特性的層狀巖體應(yīng)變硬化/軟化模型，其變形參數(shù)選用《金沙江烏東德水電站可行性研究報告》工程地質(zhì)部分推薦范圍的平均值，其他參數(shù)則為經(jīng)驗值。溶蝕裂隙YKT1及其置換體和A類角礫巖采用理想彈塑性模型。YKT1及其置換體力學(xué)參數(shù)取經(jīng)驗值，A類角礫巖力學(xué)參數(shù)取《烏東德地下電站工程地質(zhì)匯報》推薦的B類角礫巖力學(xué)參數(shù)。各類圍巖力學(xué)參數(shù)具體取值見表1～表5。

表1 Ⅱ1圍巖力學(xué)參數(shù)

表2 Ⅲ1圍巖力學(xué)參數(shù)

表3 溶蝕裂隙YKT1力學(xué)參數(shù)

表4 A類角礫巖力學(xué)參數(shù)

表5 溶蝕裂隙YKT1置換體力學(xué)參數(shù)

主廠房圍巖狀態(tài)評價指標(biāo)采用破壞接近度，該指標(biāo)可以反映層狀巖體基質(zhì)和層理面在開挖擾動下的破壞程度。當(dāng)其值小于1.0時認(rèn)為圍巖相對穩(wěn)定；當(dāng)其值大于1時，認(rèn)為圍巖發(fā)生屈服；當(dāng)其值超過一定設(shè)定的大于1.0的某一臨界值時(如1.2)可以認(rèn)定圍巖可能產(chǎn)生了松動；當(dāng)其值超過設(shè)定的大于1.0的某一臨界值時(如1.5)，可以認(rèn)定圍巖可能產(chǎn)生了破壞。角礫巖及溶蝕裂隙加固措施的模擬依據(jù)《右岸地下電站主廠房YKT1溶蝕裂隙加固處理及有關(guān)要求》。溶蝕裂隙YKT1和A類角礫巖與右岸地下洞室群開挖體的空間位置關(guān)系見圖3。

圖3 溶蝕裂隙YKT1及A類角礫巖與洞室群開挖體的空間位置示意

3 圍巖加固效果評價

圖4和圖5為廠房Ⅱ?qū)娱_挖后溶蝕裂隙YKT1置換前后及A類角礫巖加固前后的破壞接近度分布。從圖4可以看出，廠房Ⅱ?qū)娱_挖后溶蝕裂隙YKT1不經(jīng)處理，破壞接近度大于1.0的區(qū)域大部分集中在1.5～3.0，最大值超過3.2，表明其不經(jīng)處理，很容易產(chǎn)生破壞。與之相對，采用回填置換處理后，溶蝕裂隙YKT1置換體的破壞接近度大于1的區(qū)域均集中在開挖臨空面附近，深度明顯較小；僅在起拱線附近有少量區(qū)域大于1.3(該處置換體可能會產(chǎn)生少量剝落)，其他區(qū)域的破壞接近度相對較小，表明回填置換有效提高了溶蝕裂隙YKT1及其影響范圍內(nèi)的巖體強(qiáng)度。

圖4 Ⅱ?qū)娱_挖后YKT1及置換體的破壞接近度

從圖5可以看出，廠房Ⅱ?qū)娱_挖后A類角礫巖區(qū)域不經(jīng)加固處理，破壞接近度大于1.0的區(qū)域大部分集中在1.5～3.0，最大值達(dá)3.225，表明其不經(jīng)處理，很容易產(chǎn)生破壞。相反，對A類角礫巖區(qū)域進(jìn)行加固處理后，其破壞接近度大于1的區(qū)域減小較為明顯，均集中在開挖臨空面附近；僅在起拱線附近有少量區(qū)域大于1.3，說明加固處理過后角礫巖區(qū)強(qiáng)度有了較大程度的提高。

圖5 Ⅱ?qū)娱_挖后A類角礫巖的破壞接近度

圖6為溶蝕裂隙YKT1和A類角礫巖分布范圍內(nèi)典型機(jī)組剖面(7號、8號及9號機(jī)組)的圍巖破壞接近度分布圖。從圖6中可以看出，廠房Ⅱ?qū)娱_挖后，各典型機(jī)組剖面處圍巖在加固后的破壞接近度大于1.0的區(qū)域很少，并且最大破壞接近度值也只略大于1。這一方面反映出該洞段圍巖除YKT1和A類角礫巖外，其他巖體質(zhì)量相對較好，另一方面反映出溶蝕裂隙YKT1和A類角礫巖區(qū)域經(jīng)加固處理后有效加強(qiáng)了該洞段圍巖的整體性，提高了圍巖強(qiáng)度。

圖6 Ⅱ?qū)娱_挖后A類角礫巖及YKT1溶蝕裂隙影響區(qū)域典型機(jī)組剖面的圍巖破壞接近度

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測儀器設(shè)置和數(shù)據(jù)成果

根據(jù)主廠房開挖所揭露的地質(zhì)情況，在9號機(jī)相應(yīng)部位施工過程中布置了一定數(shù)量的多點位移計、錨桿應(yīng)力計、錨索測力計(見表6～表8)。9號機(jī)最早安裝埋設(shè)的儀器是頂拱的多點位移計，2013年4月14日取得初始值，典型監(jiān)測儀器過程線見圖7～圖11。

表6 右岸主廠房9號機(jī)多點位移計測值變化情況統(tǒng)計表

表7 右岸主廠房9號機(jī)錨桿應(yīng)力計測值統(tǒng)計表

表8 右岸主廠房9號機(jī)錨索測力計測值統(tǒng)計表

圖7 Yc=1+209.50 高程846.66處圍巖典型監(jiān)測儀器過程線

4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

右岸主廠房9號機(jī)拱頂多點位移計孔口圍巖累積變形0.92mm；拱座多點位移計孔口位移累積變形在4.05～43.24mm；上下游邊墻多點位移計孔口圍巖累積變形在0.45～19.42mm；9號機(jī)圍巖最大變形位于9號機(jī)下游拱座高程846.66m處；其中累積變形大于20mm的1支，位于9號機(jī)下游拱座處。錨桿應(yīng)力計當(dāng)前應(yīng)力值為-0.71～143.81MPa(R03YC09，9號機(jī)下游邊墻)。錨索測力計當(dāng)前錨固力為1907.2～3487.6kN(MS03YC09，9號機(jī)下游邊墻，超量程)。

圖8 Yc=1+209.50 高程812.35m處圍巖典型監(jiān)測儀器過程線

圖9 Yc=1+209.5 高程835.05m處圍巖典型監(jiān)測儀器過程線

圖10 Yc=1+209.5 高程838.34m處圍巖典型監(jiān)測儀器過程線

圖11 Yc=1+209.5 高程835.05m處圍巖典型監(jiān)測儀器過程線

9號機(jī)頂拱累積變形0.92mm，變形量小，無明顯變化。

9號機(jī)上游拱座變形較小，無明顯變化。9號機(jī)下游拱座當(dāng)前累積變形43.24mm，變形主要發(fā)生在Ⅵ層和Ⅹ層開挖期間，期間變形增量分別為18.01mm和8.00mm。

9號機(jī)上游邊墻累積最大變形19.42mm，位于高程812.35m處。變形主要發(fā)生在Ⅵ層、Ⅹ層開挖期間，期間變形增量分別為6.62mm、4.29mm，其上方錨索測力計MS01YC09在Ⅵ層開挖期間錨固力增大163.5kN。目前該部位圍巖變形趨于穩(wěn)定。

9號機(jī)下游邊墻累計最大變形13.87mm，位于高程838.34m處，變形主要發(fā)生在Ⅳ層、Ⅵ層開挖期間，變形量分別為8.11mm、3.44mm；此外，Ⅹ層開挖期間，下游邊墻高程808.05m處多點位移計M17Y09位移增量5.11mm，附近錨桿應(yīng)力計R03YC09應(yīng)力增加110.30MPa，下游邊墻錨桿應(yīng)力計R02YC09應(yīng)力增加49.15MPa，下游邊墻錨索測力計MS03C09錨固力在Ⅹ層開挖期間增加452.5kN，錨桿應(yīng)力、錨索錨固力增加與圍巖變形增加基本同步。

從整體來看，9號機(jī)圍巖變形主要發(fā)生在下游拱座部位。變形主要是開挖引起的突變及突變后的持續(xù)蠕變，開挖完成后圍巖變形趨于穩(wěn)定。目前9號機(jī)圍巖變形平穩(wěn)。

5 結(jié)論與建議

a.根據(jù)前述數(shù)值分析結(jié)果，溶蝕裂隙YKT1及A類角礫巖經(jīng)加固處理后在廠房Ⅱ?qū)娱_挖擾動下的破壞區(qū)域基本集中在開挖臨空面附近，向巖體深部延伸的范圍很小，這表明加固措施對控制溶蝕裂隙YKT1及A類角礫巖的破壞效果明顯。

b.在廠房Ⅱ?qū)娱_挖擾動下，溶蝕裂隙YKT1和A類角礫巖分布范圍內(nèi)典型機(jī)組剖面上的破壞接近度大于1.0的區(qū)域很少，并且最大破壞接近度值也只略大于1。這表明加固措施對控制角礫巖區(qū)洞段圍巖整體穩(wěn)定性同樣效果明顯。

c.后續(xù)開挖期間的監(jiān)測結(jié)果表明，結(jié)合復(fù)核數(shù)據(jù)并動態(tài)調(diào)整相應(yīng)的工程措施可有效限制圍巖過量變形以及開裂破壞，印證了這些措施的合理性及可靠性，可為類似地下洞室工程的開挖支護(hù)提供參考。