雷 英 成， 何 剛

(四川中水成勘院工程物探檢測有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

近年來，西南地區(qū)一大批超大型水電工程正在或即將開工建設(shè)，由于樞紐布置、施工等方面的需要，這些水電站大都采用地下廠房，因此必須開挖、修建、運(yùn)行大型地下洞室群。然而，由于西南地區(qū)處于青藏高原東緣橫斷山系高山峽谷地區(qū)，河谷深切，天然地應(yīng)力高且分布不均勻，同時(shí)巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體質(zhì)量、施工周期及安全標(biāo)準(zhǔn)要求高，施工程序復(fù)雜、難度大，如二灘、錦屏、大崗山、長河壩、猴子巖等[1～4]，迫切需要解決大型地下洞室圍巖穩(wěn)定性及其控制等一系列問題，為工程建設(shè)和運(yùn)行的安全提供保障。

猴子巖水電站地下廠房洞室群圍巖質(zhì)量較好，圍巖類別以Ⅲ1，Ⅲ2類為主，局部為IV類，完整(較完整)巖體聲波波速一般分布在5 000～6 200 m/s，實(shí)測最大主應(yīng)力值36.43 MPa，圍巖強(qiáng)度應(yīng)力比Rb/m= 2～4，屬于高地應(yīng)力區(qū)。在開挖過程中，圍巖變形出現(xiàn)了位移量級(jí)偏大、局部變形不收斂、錨頭內(nèi)陷、巖錨梁錯(cuò)位、混凝土噴層開裂以及巖體劈裂等圍巖變形特征[5]。根據(jù)該地下廠房4個(gè)高程共32個(gè)孔的長觀聲波監(jiān)測成果分析地下廠房開挖期圍巖變形特征。研究成果表明：(1)未開挖時(shí)間段內(nèi)圍巖聲波波速和卸荷松弛深度以沒有明顯變化為主；(2)開挖時(shí)間段內(nèi)圍巖巖體卸荷松弛深度多隨逐層開挖由表及里增加、圍巖聲波波速多隨逐層開挖由表及里衰減，表明猴子巖水電站地下廠房巖體變形以開挖后應(yīng)力釋放致巖體損傷以為主。

1 工程概況

猴子巖水電站地下廠房系統(tǒng)布置在右岸280 m～510 m山體內(nèi)，房區(qū)巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，巖體中巖溶不發(fā)育，僅見個(gè)別溶隙，除斷層帶具較強(qiáng)透水性外，中陡傾裂隙一般透水性較弱。地下廠房區(qū)無區(qū)域斷裂通過，據(jù)勘探平洞揭示，廠區(qū)上游側(cè)發(fā)育一條規(guī)模較大的斷層F1-1，產(chǎn)狀N60°E / NW∠85°，主要由碎粒巖、碎粉巖組成，主錯(cuò)帶寬1.0 m～1.5 m，碎粉巖帶寬30 cm，斷層影響帶寬約20 m，斷層處洞壁垮塌，地下水沿?cái)鄬庸蔂盍鞒?。其它結(jié)構(gòu)面主要有次級(jí)小斷層23條、擠壓破碎帶42條和節(jié)理裂隙6組。廠房部位巖體完整性總體為較完整～完整。

2 施工期圍巖變形特征

長觀聲波是觀測洞室圍巖聲波速度與圍巖松弛深度隨地下廠房開挖而變化發(fā)展情況。在猴子巖水電站地下廠房主機(jī)間共布置4個(gè)長觀聲波檢測斷面，其樁號(hào)分別為廠橫0+008.80、廠橫0+041.30、廠橫0+073.80、廠橫0+106.30(為避免長觀聲波檢測孔與母線洞、壓力管道等交叉，在地下廠房主機(jī)間每臺(tái)機(jī)組中心線向山里側(cè)平移10米)，每斷面布置12個(gè)長觀聲波檢測孔，上、下游邊墻各6孔，自上而下分別位于1 718 m、1 711 m、1 704 m、1 697 m、1 690 m、1 683 m等高程，共計(jì)48個(gè)長觀聲波檢測孔，其中巖壁吊車梁高程附近1 718 m、1 711 m高程4孔孔深20 m，其余孔深均15 m，方向水平下斜，如圖1所示。

圖1 地下廠房主機(jī)間長觀聲波檢測孔位布置示意圖

2.1 未開挖時(shí)段圍巖變形特征

猴子巖水電站地下廠房圍巖質(zhì)量較好，圍巖類別以Ⅲ1，Ⅲ2類為主，完整(較完整)巖體聲波波速一般5 000 m/s～6 200 m/s不等。在未開挖時(shí)段，該水電站地下廠房1 718 m、1 711 m、1 704 m、1 697 m等4個(gè)高程共計(jì)32個(gè)長觀聲波孔在7天～60天時(shí)間段內(nèi)共有26個(gè)長觀聲波孔圍巖波速和松弛深度沒有明顯變化，所占比例為81.2%，其典型聲波曲線如圖2所示。其余6個(gè)長觀聲波孔圍巖波速和松弛深度變化較小，圍巖聲波波速衰減一般小于10%，圍巖松弛深度一般增加0.2～0.6 m不等，所占比例為18.8%。

圖1為1 718 m、1 711 m、1 704 m、1 697 m四個(gè)高程典型長觀孔未開挖時(shí)段內(nèi)聲波曲線成果圖。其中圖2(1)～(4)的曲線1和曲線2為造孔后第1次、第2次或第3次觀測結(jié)果(1 d，14 d或28 d)，期間地下廠房未下挖，由曲線1和曲線2可以對比發(fā)現(xiàn)地下廠房未下挖時(shí)長觀聲波曲線變化幅度?。粓D2(1)的曲線3和曲線4是1 702 m～1 698 m高程段(第IV-1層)開挖后和1 698 m～1 694 m高程段(第IV-2層)開挖前長觀聲波曲線圖，由曲線3和曲線4可以對比發(fā)現(xiàn)地下廠房未下挖時(shí)長觀聲波曲線變化幅度小。

2.2 開挖時(shí)段圍巖變形特征

猴子巖水電站地下廠房在1 710 m～1 702 m高程段(第III層)、1 702 m～1 698 m高程段(第IV-1層)、1 698 m～1 694 m高程段(第IV-2層)等開挖時(shí)段內(nèi)，完成1 718 m、1 711 m、1 704 m等3個(gè)高程共計(jì)18個(gè)長觀聲波孔(其中1 718 m高程8孔，1 711 m高程8孔，1 704 m高程2孔)觀測工作，每個(gè)觀測孔一般觀測6～11次不等，一般每層開挖均進(jìn)行了長觀聲波測試，為分析該水電站地下廠房圍巖波速和松弛深度隨開挖變形提供了第一手資料。依據(jù)長觀聲波成果，該水電站地下廠房在開挖階段圍巖變形主要分為急變型(所占比例78%)、緩變型(所占比例11%)、穩(wěn)定型(所占比例11%)。

2.2.1 急變型

該水電站地下廠房開挖階段急變型聲波曲線如圖3所示，其聲波曲線典型特征為：1)巖體卸荷松弛深度隨開挖成階梯狀由表及里增加；2)聲波波速隨開挖逐層由表及里衰減。在開挖階段18個(gè)長觀聲波觀測資料中，有14個(gè)觀測孔具上述兩個(gè)典型特征，所占比例為78%，主要集中在巖體條件稍差部位，如下游邊墻廠橫0+008、廠橫0+041等。由圖3可知，開挖后在1.85m處置處新增加一條張性裂隙，裂隙張開度約1.0 mm。

2.2.2 緩變型

猴子巖水電站地下廠房開挖階段緩變型聲波曲線如圖4所示，其聲波曲線典型特征為：1)開挖前、后巖體聲波波形曲線形態(tài)上總體一致；2)個(gè)別孔段聲波波速隨開挖由表及里有一定衰減，衰減率一般小于15%(相對于初次測試)。在開挖階段18個(gè)長觀聲波觀測資料中，有2個(gè)觀測孔具上述兩個(gè)典型特征，所占比例為11%。

圖2 未開挖時(shí)段圍巖典型聲波曲線

圖3 開挖階段急變型聲波曲線

圖4 開挖階段緩變型聲波曲線

圖5 開挖階段穩(wěn)定型聲波曲線

2.2.3 穩(wěn)定型

該水電站地下廠房開挖階段緩變型聲波曲線如圖5所示，其聲波曲線典型特征為：1)開挖前、后巖體聲波波形曲線形態(tài)上總體一致；2)聲波波速隨開挖衰減較少，衰減率一般小于5%。在開挖階段18個(gè)長觀聲波觀測資料中，有2個(gè)觀測孔具上述兩個(gè)典型特征，所占比例為11%。

2.3 監(jiān)測資料驗(yàn)證

2.3.1 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測

圖6為該水電站地下廠房多點(diǎn)位移計(jì)典型曲線圖。從圖6可知：該水電站地下廠房多點(diǎn)位移計(jì)變化過程曲線多隨開挖成層階梯狀變形，開挖時(shí)段內(nèi)位移一般有突變，而未開挖期位移曲線一般平穩(wěn)發(fā)展。根據(jù)王俤剴[5]統(tǒng)計(jì)，該水電站地下廠房洞室群絕大部分圍巖變形過程呈現(xiàn)階梯狀發(fā)展，約占監(jiān)測總量的83%，與長觀聲波統(tǒng)計(jì)結(jié)果基本一致。

圖6 該水電站地下廠房多點(diǎn)位移計(jì)典型曲線圖

圖7 該水電站地下廠房微震事件柱狀圖

2.3.2 微震監(jiān)測

圖7是該水電站地下廠房微震監(jiān)測微震日事件數(shù)量柱狀圖。由圖7可知，1 702 m～1 698 m高程段(第IV-1層)、1 698 m～1 694 m高程段(第IV-2層)等開挖時(shí)段內(nèi)巖體微震事件數(shù)量明顯多余未開挖時(shí)間段內(nèi)，微震事件數(shù)量多說明巖體損傷嚴(yán)重[6-7]。

3 結(jié) 論

猴子巖水電站地下廠房具有地應(yīng)力高、強(qiáng)度應(yīng)力比低的特點(diǎn)，在施工過程中出現(xiàn)片幫、錨頭內(nèi)陷、混凝土噴層開裂等變形破壞現(xiàn)象。根據(jù)該地下廠房4個(gè)高程共32個(gè)孔的長觀聲波監(jiān)測成果分析地下廠房開挖期圍巖變形特征。研究成果表明：未開挖時(shí)間段內(nèi)圍巖聲波波速和卸荷松弛深度以沒有明顯變化為主；開挖時(shí)間段內(nèi)圍巖巖體

卸荷松弛深度多隨逐層開挖由表及里增加、圍巖聲波波速多隨逐層開挖由表及里衰減，表明猴子巖水電站地下廠房巖體變形以開挖后應(yīng)力釋放致巖體損傷以為主。這一結(jié)論可為同類高地應(yīng)力條件下大型地下洞室群設(shè)計(jì)、開挖、支護(hù)等提供參考。