支 旭，呂風(fēng)英，劉占海

（1.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024；2.河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北 豐寧 068350）

1 工程概況

豐寧抽水蓄能電站位于河北豐寧境內(nèi)灤河干流上，電站一、二期工程同步建設(shè)，總裝機(jī)容量3600 MW（12×300MW），年平均發(fā)電量66.12 億kW·h。主廠房開挖尺寸414 m×25 m×54.5 m（長×寬×高）。一期主機(jī)間開挖尺寸149.5 m，位于河北豐寧境內(nèi)灤河，目前主廠房第五層開挖施工完成。

地下廠房區(qū)巖性為微新中粗粒花崗巖，屬堅(jiān)硬巖。主廠房洞軸線方向?yàn)镾N，埋深為245 m～315 m，巖性為微風(fēng)化中粗?；◢弾r，廠房四周均有斷層發(fā)育，上游為f363，下游為f347、f348，左側(cè)為f375，右側(cè)為f350，主廠房洞位于上述斷層所圍地塊中，但上述斷層均未切割主體建筑物。廠房區(qū)中小規(guī)模斷層較發(fā)育，走向以NWW 向?yàn)橹?，部分為NEE 向，破碎帶寬5 cm～2 m不等，與廠房軸線大角度相交；廠房區(qū)NW 和NE 向裂隙發(fā)育，與廠房軸線斜交。廠房區(qū)地下水總體不豐富。地應(yīng)力量值中等，最大主應(yīng)力可達(dá)18 MPa，傾角約11°，方向約NE79.5°，與廠房及主變洞軸線大角度相交。地下廠房區(qū)巖體結(jié)構(gòu)類型以次塊狀結(jié)構(gòu)為主。巖體完整性較差，圍巖類別總體以Ⅲ類為主。

地下廠房分9 層開挖，每層開挖控制深度5 m～10 m。根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度的安排，本工程采用“先墻后洞”方案開挖。

2 監(jiān)測儀器布置

一期主廠房布置4 個主監(jiān)測斷面：編號Ⅰ-Ⅰ（廠左0+0）、Ⅱ-Ⅱ（廠左 0+48）、Ⅲ-Ⅲ（廠左 0+96）、Ⅳ-Ⅳ（廠左 0+156），每個斷面布置圍巖內(nèi)部位移監(jiān)測、錨桿應(yīng)力監(jiān)測、預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測；主廠房另設(shè)5 個輔助監(jiān)測斷面為a-a（廠右0+26）、b-b（廠左 0+24）、c-c（廠左 0+72）、d-d（廠左 0+120）、A-A(沿主變中心線剖面頂拱)，其中 a-a、b-b、c-c、d-d 斷面布置的監(jiān)測項(xiàng)目為圍巖內(nèi)部位移觀測、錨桿應(yīng)力監(jiān)測、預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測，A-A、監(jiān)測項(xiàng)目為圍巖內(nèi)部位移觀測、錨桿應(yīng)力監(jiān)測。監(jiān)測儀器斷面布置統(tǒng)計(jì)見表1，典型斷面布置圖見圖1。

圖1 典型監(jiān)測斷布置圖

表1 （一期）地下廠房系統(tǒng)監(jiān)測儀器布置斷面統(tǒng)計(jì)表

本工程地下廠房自2016 年開始施工，至2019 年1 月2日，主廠房已開挖至第6 層。

3 （一期）主副廠房監(jiān)測成果分析

表2 顯示，目前一期工程主副廠房較大變形主要出現(xiàn)在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ斷面上下游邊墻，其它輔助斷面變形量相對較?。槐? 顯示，目前一期主副廠房錨桿應(yīng)力較大部位主要發(fā)生在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ頂拱，邊墻相對較??；表4 顯示，目前錨索測力計(jì)超設(shè)計(jì)荷載部位主要發(fā)生在Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ斷面（錨索設(shè)計(jì)噸位為1000 kN,鎖定值為設(shè)計(jì)值的90%）

表2 （一期）主副廠房位移監(jiān)測成果表 單位：mm

表3 （一期）主副廠房錨桿應(yīng)力監(jiān)測成果表 單位：MPa

表4 （一期）主副廠房錨索測計(jì)力監(jiān)測成果表

（1）Ⅰ-Ⅰ斷面最大變形分布為上游邊墻＞下游邊墻＞頂拱，其中最大變形部位發(fā)生在上游邊墻979 m 高程，孔口位移57.84 mm，受廠房Ⅵ上游半幅開挖影響明顯，主要表現(xiàn)為空間效應(yīng)，現(xiàn)呈緩慢收斂趨勢；對應(yīng)錨索測力計(jì)較鎖定噸位增加32.04%，較設(shè)計(jì)噸位增加10.76%，錨索應(yīng)力與位移變化相關(guān)性良好，呈緩慢收斂趨勢。多點(diǎn)位移計(jì)和錨索測力計(jì)過程線見圖 2～ 圖 3。

圖2 多點(diǎn)位移計(jì)M1-6 位移- 時間過程線

圖3 錨索測力計(jì)Dpcf1-6 荷載- 時間過程線

（2）Ⅱ-Ⅱ斷面最大變形分布為下游邊墻＞上游邊墻＞頂拱；地質(zhì)編錄資料顯示，上游邊墻共有5 條長大裂隙穿過，以中陡傾角內(nèi)傾為主，對邊墻穩(wěn)定有利，下游拱腰及拱角部位L183與L17、L18 組合切割形成塊體，厚度5 m～15 m。從監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，圍巖變形主要發(fā)生在距臨空面0 m～10 m 范圍內(nèi)。變形最大區(qū)域?yàn)橄掠芜厜?000.00 m 高程，孔口位移74.10 mm，現(xiàn)已呈收斂狀態(tài)；對應(yīng)錨索當(dāng)前噸位823.12 kN，相對鎖定噸位（-3.27%），相對設(shè)計(jì)噸位（-17.69%），錨索應(yīng)力略有震蕩，未見與變形明顯相關(guān)性。多點(diǎn)位移計(jì)位移過程線見圖4。

圖4 多點(diǎn)位移計(jì)M2-8 位移- 時間過程線

（3）Ⅲ-Ⅲ斷面最大變形分布為下游邊墻＞上游邊墻＞頂拱；該斷面頂拱部位發(fā)育斷層f371，規(guī)模較小，且只在頂拱發(fā)育，并未向上下游邊墻延伸。受 L248、L261、L262、L591、L593、L802 等裂隙組合切割影響，上游邊墻巖體相對破碎，可能形成諸多大小不一的塊體，塊體厚度約10 m，由于裂隙多外傾，塊體在外力影響下可能沿裂隙面產(chǎn)生變形。下游拱腳部位L41 和L205 裂隙組合形成塊體，厚度約4 m。下游邊墻985 m～992 m高程段，L802 和L609 組合切割形成不穩(wěn)定塊體，塊體最厚約3.5 m。多點(diǎn)位移計(jì)M3-9(廠左0+96，EL991 m，下游邊墻)目前累計(jì)位移為86.47 mm（接近傳感器量程100 mm），該處為主廠房變形最大部位，從位移過程線可以看出，變形主要發(fā)生在2018 年3 月～8 月中旬5#母線洞和廠房Ⅴ層開挖期間，由于5#母線洞頂拱距多點(diǎn)位移計(jì)M3-9 距離僅5 mm，5#母洞開挖過程中頂拱圍巖向徑空變形會對M3-9 產(chǎn)生擾動，致使變形增加，2018 年8 月18 日后變形呈收斂趨勢；由于該部位變形量較大，在附近增加1 套多點(diǎn)位移計(jì)M3-9*(廠左0+96，EL986m，下游邊墻)，該套多點(diǎn)位移計(jì)于2018 年6 月20 日安裝完成，自安裝完成變形呈緩慢增長趨勢，至9 月15 日變形量共增加11.55 mm，2018 年9 月30 日隨4#母洞開挖，測值產(chǎn)生小幅突變，至2019 年1 月2 日位移共增加9.51 mm，達(dá)到21.37 mm,變形主要發(fā)生在2 m～19.5 m 范圍內(nèi)，目前M3-9*還有增長趨勢。多點(diǎn)位移計(jì)M3-9（廠左0+96，EL991 m，下游邊墻）從2018年11 月17 日后變形量相對前期有小幅減小，分析認(rèn)為，變形趨勢減緩是由于廠房護(hù)壁墻上排錨索張拉，限制了裂隙的繼續(xù)發(fā)育，隨著護(hù)壁墻下排錨索的張拉完成，將抑制多點(diǎn)位移計(jì)M3-9*繼續(xù)變形。多點(diǎn)位移計(jì)位移過程線圖5 和圖6。

圖5 多點(diǎn)位移計(jì)M3-9 位移- 時間過程線

圖6 多點(diǎn)位移計(jì)M3-9*位移- 時間過程線

（4）安裝間Ⅳ-Ⅳ斷面多點(diǎn)位移計(jì)觀測結(jié)果顯示，目前安裝于該斷面拱頂、上游拱腰、上游拱肩、上游邊墻的多點(diǎn)位移計(jì)測值為分別為 18.53 mm、22.87 mm、41.82 mm、42.12 mm，下游拱腰、下游拱肩、下游邊墻測值分別為5.72 mm、-0.04 mm、5.35 mm，變形主要發(fā)生在2018 年3 月至4 月廠房Ⅳ層和工具間及機(jī)修間開挖期間。從變形分布看，上游側(cè)變形明顯大于下游側(cè)變形，上下游兩側(cè)位移的嚴(yán)重不對稱表明該區(qū)域存在不均勻變形，導(dǎo)致該區(qū)域存在指向上游的偏壓，偏壓使該區(qū)域應(yīng)力高度集中，產(chǎn)生彈性或塑性變形。由于噴混凝土強(qiáng)度高，巖層強(qiáng)度較低且圍巖構(gòu)造弱面容許應(yīng)變大于噴混凝土，從而導(dǎo)致2018年4 月24 日安裝間上游側(cè)頂拱出現(xiàn)噴混凝土開裂、掉塊和空鼓現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)安裝間廠左0+140～廠左0+200 產(chǎn)生的13 條裂縫有11 條發(fā)生在頂拱上游側(cè)。產(chǎn)生不對稱變形的原因主要是下游側(cè)廠房和主變間交通洞采用“先洞后墻”的開挖順序。上游側(cè)工具間、機(jī)修間及排水廊道采用“先墻后洞”的開挖順序，從該斷面監(jiān)測成果可以明顯看出，采用“先洞后墻”的開挖順序可以有效控制圍巖變形。工具間及機(jī)修間開挖襯砌安成后，變形速率明顯減，目前該斷面處于穩(wěn)定狀態(tài)。典型過程線見圖7。

圖7 多點(diǎn)位移計(jì)M4-5 位移- 時間過程線

4 圍巖變形特征綜合分析

（1）從位移變化特征看，廠房下游邊墻最大變形大于上游邊墻，廠房下游邊墻中下部局部變形較大，應(yīng)引起關(guān)注，加強(qiáng)開挖過程控制和監(jiān)測，必要時及時進(jìn)行加強(qiáng)處理。

（2）從應(yīng)力變化規(guī)律看，拱角、巖柱厚度中部、洞室交叉口等部位附近發(fā)生不同程度的應(yīng)力集中現(xiàn)象，可能存在結(jié)構(gòu)面控制的潛在大變形和塊體穩(wěn)定問題，需要進(jìn)一步深化研究局部加強(qiáng)措施。

（3）一期主副廠房共安裝錨索測力計(jì)38 臺，設(shè)計(jì)荷載為1000 kN 的有27 臺，設(shè)計(jì)荷載為1500 kN 的有11 臺。錨索測力計(jì)荷載與設(shè)計(jì)值相比，小于設(shè)計(jì)值的有25 臺，占65.79%，超過設(shè)計(jì)荷載0～10%的有6 臺，占15.79%，超過設(shè)計(jì)荷載10%～20%的有5 臺，占13.16%，超過設(shè)計(jì)荷載20%～30%的有1 臺，占2.63%，超過鎖定荷載30%～40%的有1 臺，占2.63%，總計(jì)有13 臺測力計(jì)荷載超過設(shè)計(jì)鎖定值，占34.21%。錨索測力計(jì)觀測荷載超過設(shè)計(jì)荷載占比相對較大，主要是由于錨索設(shè)計(jì)噸位偏小，同時張拉值較大，預(yù)留值較小造成?？傮w認(rèn)為，目前主廠房系統(tǒng)支護(hù)錨索有效運(yùn)行。

5 結(jié)論

（1）豐寧抽水蓄能電站地下廠房洞室群圍巖開挖響應(yīng)特征符合一般規(guī)律，洞周變位、應(yīng)力、錨索受力等量值均在可控范圍，且相互對應(yīng)，地下廠房整體穩(wěn)定，監(jiān)測資料真實(shí)反應(yīng)了地下廠房開挖期間的客觀變形。

（2）受斷層、裂隙、蝕變帶等不良地質(zhì)構(gòu)造影響，系統(tǒng)支護(hù)后局部邊墻變形較大。考慮到地下廠房規(guī)模大，洞室縱橫交錯，交叉口多，局部體型復(fù)雜，加上受多條斷層、裂隙及蝕變帶等的影響，應(yīng)重點(diǎn)做好岔口部位的精細(xì)化施工，加強(qiáng)開挖過程控制和監(jiān)測，盡量減少因爆破因素而引起的邊墻位移異常增大或變形速率過快，及時實(shí)施鎖口和支護(hù)。

（3）地下廠房變形產(chǎn)生的空間效應(yīng)和時間效應(yīng)非常明顯，建議后續(xù)開挖采用“短進(jìn)尺弱爆破”的開挖工序，能有效控制圍巖變形。