毛振凱，張西鋒

（中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065）

烏弄龍水電站地下廠房、主變洞、尾水調(diào)壓室三大洞室平行布置，軸線方向均為NE50°，間距分別為41.5 m和35.5 m；地下廠房輪廓尺寸189 m×26.7 m×70.25 m（長×寬×高），廠房垂直方向最小埋深約129 m，最大埋深約331 m，側(cè)向埋深124 m～154 m。

主廠房開挖支護到尾水管層時，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上下游巖錨梁頂部平臺表面上均有不同規(guī)模的與梁體垂直的橫向裂縫以及巖錨梁頂部平臺與巖壁之間的縱向裂縫。為了研究巖錨梁的穩(wěn)定性，本文采用多種監(jiān)測儀器的監(jiān)測資料對裂縫產(chǎn)生的原因進行分析。

1 裂縫和地質(zhì)概況

主廠房開挖至第八層時，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上下游巖錨梁頂部平臺表面上均有不同規(guī)模的與梁體垂直的橫向裂縫以及巖錨梁頂部平臺與巖壁之間的縱向裂縫，具體情況為：

主廠房上游巖錨梁頂部平臺表面局部出現(xiàn)橫向裂縫，共計14條，主要分布在1#機和2#機組段，裂隙寬度較小，為混凝土表面裂縫；安裝間上游側(cè)巖錨梁頂部平臺與巖壁之間出現(xiàn)3條縱向裂縫，長度1.1 m～4.0 m，寬度約為0.1 m～0.5 mm。

主廠房下游側(cè)橫向裂縫共計13條，多為表面局部裂縫。在3#機組區(qū)域內(nèi)有3條裂縫基本貫穿于表面，且有一條裂縫延伸到巖錨梁之上巖壁的混凝土噴層范圍，在巖壁混凝土噴層上面的裂縫延伸長度約3 m，如圖1～2所示。

圖1 主廠房上游巖錨梁頂部平臺與巖壁之間裂縫圖

圖2 主廠房下游巖錨梁頂部平臺表面橫向裂縫圖

主廠房巖錨梁高程在1837.83～1835.23之間，揭露圍巖巖性為砂質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖互層，巖體完整新鮮、微風(fēng)化，洞壁干燥。發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要為層面裂隙，總體為Ⅲ1類圍巖；其次發(fā)育一組與洞向近平行的陡傾裂隙，開挖形成光面，圍巖完整性相對較差，為Ⅲ2類圍巖；由于地下廠房圍巖為層狀巖體，同一巖性帶結(jié)構(gòu)面和風(fēng)化程度相近，因此上游壁圍巖完整性與下游壁對應(yīng)段基本相同。主廠房整體側(cè)壁干燥，但頂拱仍有少量滲、滴水現(xiàn)象。

地下廠房巖錨梁區(qū)域總體仍以Ⅲ1～Ⅲ2類圍巖為主，其中上游壁1號機組至副廠房段多發(fā)于一組與洞壁小角度相交的陡傾裂隙，與層面切割后巖壁開挖后形成缺口；下游壁1號機組至副廠房段則發(fā)育一組中陡緩傾洞內(nèi)的裂隙，該組裂隙延伸長度大，走向與洞壁近平行，與層面切割對洞壁穩(wěn)定不利。

2 巖錨梁裂隙成因分析

在巖錨梁附近圍巖布置的監(jiān)測項目主要包括：變形監(jiān)測、錨固受力狀態(tài)監(jiān)測和錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測布置方式如圖3所示；巖錨梁上布置監(jiān)測項目主要包括：裂縫監(jiān)測、開合度監(jiān)測、錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測布置方式如圖4所示。

圖3 主廠房巖錨梁附近圍巖監(jiān)測布置圖

圖4 主廠房巖錨梁監(jiān)測布置圖

3 變形監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 多點位移計監(jiān)測結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁附近多點位移計圍巖孔口軸向位移在-0.47 mm～23.13 mm之間。多點位移計的位移過程曲線如圖5～6，由圖可以發(fā)現(xiàn)巖錨梁附近圍巖變形主要集中在0～7 m深度之間；多數(shù)多點位移計在第Ⅳ層開挖之后進行安裝監(jiān)測，第Ⅴ層開挖對巖錨梁附近圍巖影響最大，隨著主廠房下臥開挖，巖錨梁附近圍巖在0～7 m深度依然有持續(xù)的變形，變形速率較第Ⅴ層有所減緩；三個監(jiān)測剖面上的多點位移計變形規(guī)律基本相似，變形量值差別不大。

圖5 主廠房廠右0+075.00上游邊墻高程1834.67 m的位移過程線圖

圖6 主廠房廠右0+066.00下游邊墻高程1834.67 m的位移過程線圖

3.2 測縫計監(jiān)測結(jié)果與分析

多數(shù)測縫計開合度在-0.37 mm～1.80 mm之間，變化基本穩(wěn)定，最大開合度出現(xiàn)在上游巖錨梁廠右0+96.30 m的J04-YML4監(jiān)測點。上游巖錨梁剖面4的3個測縫計位移過程曲線見圖7，結(jié)果顯示該剖面上部測縫計開合度測值大于下部測值，符合一般規(guī)律，且隨著主廠房下臥開挖，該剖面測縫計開合度有持續(xù)增加的趨勢。其他多數(shù)剖面測縫計開合度相對較小，且同一剖面上的測縫計開合度不滿足上部開合度大于下部開合度的一般規(guī)律。類比其他同類水電站地下廠房工程，烏弄龍主廠房巖錨梁測縫計開合度測值相對偏小。

圖7 主廠房上游巖錨梁廠右0+096.30 m剖面4測縫計開合度過程線圖

3.3 錨固受力狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁錨索測力計錨索鎖定荷載在1574.3 kN～1666.9 kN之間；錨索鎖定后48小時預(yù)應(yīng)力測值在1475.6 kN～1640.4 kN之間；錨索當(dāng)前荷載在353.0 kN～1898.5 kN之間。其中剖面A1-A1上下游邊墻的錨索受力有所增加（增幅13.9%～17.5%）；剖面A3-A3上游邊墻的錨索受力有所增加（增幅5.9%），下游邊墻的錨索受力有所減小（降幅12.7%）；剖面A2-A2上下游邊墻的錨索受力大幅減?。ń捣?2.8%～77.8%）。受力增加的錨索測力計過程曲線見圖8～10，可以發(fā)現(xiàn)錨索受力在第IV層開挖幅度較大，隨著開挖下臥，錨索受力持續(xù)增加，增加幅度有所減緩。

圖8 主廠房廠右0+020.25上游1833.92 m錨索測力計PR409-CFB1過程線圖

圖9 主廠房廠右0+11.25下游1832.42 m錨索測力計PR410-CFB1過程線圖

圖10 主廠房廠右0+146.25上游1833.92 m錨索測力計PR403-CFB3過程線圖

3.4 錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁附近錨桿應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，A1-A1剖面上下游錨桿應(yīng)力計測值較小，在-9.6 MPa～74.0 MPa之間，A3-A3剖面上游錨桿應(yīng)力計測值居中，在18.2 MPa～88.6 MPa之間，A2-A2剖面上游錨桿應(yīng)力計測值最大，在57.0 MPa～469.4 MPa之間。其中主廠房廠右0+074.25 m上游邊墻1836.17 m高程的錨桿應(yīng)力計R401-CFB2出現(xiàn)的錨桿應(yīng)力超過量程的現(xiàn)象（量程300 MPa），主要受第Ⅳ和Ⅴ層爆破開挖影響，該區(qū)域多點位移計0～7 m深度發(fā)生大量變形，因此，布置在深度為7.0 m錨桿應(yīng)力計出現(xiàn)較大局部應(yīng)力，應(yīng)力測值陡增，如圖11所示。

圖11 主廠房廠右0+74.25上游邊墻高程1836.17錨桿應(yīng)力過程線圖

主廠房巖錨梁錨桿應(yīng)力計監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，上游巖錨梁廠右0+096.30 m深度7.0 m的錨桿應(yīng)力為558.5 MPa，下游巖錨梁廠右0+049.80 m深度7.0 m和廠右0+077.30 m深度5.0 m的錨桿應(yīng)力分別為575.5 MPa和501.3 MPa。廠右0+049.80 m和廠右0+077.30 m下部5.63 m即為2號和3號母線洞頂拱，母線洞開挖造成圍巖應(yīng)力調(diào)整，導(dǎo)致巖錨梁和母線洞區(qū)域應(yīng)力集中，促使巖錨梁部位巖體產(chǎn)生不均勻變形，從而使得錨桿應(yīng)力急劇增大。

4 數(shù)值計算結(jié)果分析

選取了主廠房上下游巖錨梁若干關(guān)鍵點進行對比分析分層開挖支護的巖錨梁沿洞軸方向位移變化，各關(guān)鍵點位置與編號見圖12。現(xiàn)著重對上游巖錨梁關(guān)鍵點2和下游巖錨梁關(guān)鍵6進行分析。

圖12 主廠房上下游巖錨梁關(guān)鍵點布置圖

合位移方面，上游巖錨梁整體合位移略大于下游側(cè)；水平位移方面，上游巖錨梁最大水平位移在第VIII層開挖時接近14 mm，而下游巖錨梁最大水平位移在第VIII層開挖時接近9 mm，上游巖錨梁的水平位移明顯大于下游巖錨梁水平位移，這也是上游巖錨梁頂部平臺與巖壁之間出現(xiàn)多條縱向裂縫的可能原因，縱向裂縫產(chǎn)生的區(qū)域，巖錨梁水平位移量值較大（14 mm左右）。

鉛直位移方面，上游巖錨梁最大鉛直位移在第VIII層開挖時接近5.5 mm，而下游巖錨梁最大鉛直位移在第VIII層開挖時接近11 mm，下游巖錨梁的鉛直位移明顯大于上游巖錨梁鉛直位移，其主要原因是下游巖錨梁下部5.63 m即為母線洞頂拱，母線洞開挖使得巖錨梁和母線洞之間圍巖向著母線洞臨空面方向發(fā)生變形，這是下游側(cè)巖錨梁頂部平臺表面出現(xiàn)多條橫向裂隙可能的原因。

5 結(jié)論及應(yīng)對措施

5.1 結(jié)論

對于檢查發(fā)現(xiàn)的主廠房上下游巖錨梁橫向和縱向裂縫，從開挖地質(zhì)條件、最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及數(shù)值分析等不同角度進行了裂縫成因分析，分析結(jié)果表明：

上下游巖錨梁附近圍巖巖性為砂質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖互層，發(fā)育多條層面裂隙和陡傾裂隙，整體為III1～III2類圍巖，層狀且裂隙發(fā)育是圍巖產(chǎn)生差異變形的前提。

多點位移計結(jié)果顯示圍巖變形主要集中在0～7 m的深度；最大開合度監(jiān)測值在上游巖錨梁廠右0+096.30 m處，該剖面上部測縫計開合度測值大于下部測值，符合一般規(guī)律，與實際檢查到的上游巖錨梁縱向裂縫所處位置基本一致；該處7 m深度的錨桿應(yīng)力測值也超過500 MPa，下游錨桿應(yīng)力測值較大區(qū)域主要集中在2號和3號母線洞上方巖錨梁區(qū)域。

數(shù)值分析結(jié)果表明，巖錨梁上的差異變形是導(dǎo)致巖錨梁橫向和縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因。上游巖錨梁水平差異變形導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生，下游巖錨梁鉛直差異變形導(dǎo)致橫向裂縫的產(chǎn)生。

主廠房上游巖錨梁廠右0+107.00 m縱向裂縫區(qū)域和下游巖錨梁廠右0+49.00 m橫向裂縫區(qū)域需要作為重點監(jiān)測區(qū)域，定期進行監(jiān)測，必要時采用應(yīng)對措施。

5.2 應(yīng)對措施

加強上述重點區(qū)域的測量頻次，對于張大的裂隙，及時進行寬度和深度測量。目前，巖錨梁上裂縫寬度還較小，深度還無法測量，對巖錨梁的整體穩(wěn)定性影響不大。但是巖錨梁裂縫如不及時進行處理，會引起鋼筋的銹蝕，降低混凝土的耐久性和抗疲勞能力，對巖錨梁的整體穩(wěn)定性不利。因此，需要根據(jù)裂縫寬度的不同，分別對巖錨梁裂縫進行固結(jié)灌漿或化學(xué)灌漿處理，以滿足巖錨梁穩(wěn)定性和安全性的要求。