(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 概述

1.1 工程布置

楊房溝水電站尾水調(diào)壓室位于主變洞下游，與主廠房、主變洞平行布置，其與主變洞之間巖柱厚度42m。尾水系統(tǒng)采用“兩機(jī)一室一洞”的布置方式，調(diào)壓室下部由一道中隔墻分隔為兩室，兩機(jī)共用一室，中隔墻厚度14.6m，其頂高程2009.5m，中隔墻以上二室連通，調(diào)壓室頂拱高程2030.75m。尾水調(diào)壓室最大開(kāi)挖尺寸166.1m×24.0m×79.75m(長(zhǎng)×寬×高)，為圓拱直墻型斷面。

1.2 地質(zhì)條件

尾水調(diào)壓室軸線走向N5°E，地面高程約2370m～2470m，上覆巖體厚度340m～440m。圍巖巖性為淺灰色花崗閃長(zhǎng)巖(γδ52)，呈微風(fēng)化～新鮮狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖石的飽和單軸抗壓強(qiáng)度在80MPa～100MPa之間。尾調(diào)室總體位于地下水位之下，為基巖裂隙水，巖體透水性較弱，無(wú)大的出水點(diǎn)，僅局部滲水。尾調(diào)室共揭露85條Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面，包括43條小斷層和42條擠壓帶，Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面構(gòu)造走向以NWW、NEE為主，NNE向次之，傾角以中陡傾角為主，寬度主要為1cm～5cm；斷層延伸長(zhǎng)度一般60m～100m，其中27條為切洞向中陡傾角斷層，6條為切洞向緩傾角，9條為順洞向中陡傾角，1條為順洞向緩傾角；擠壓帶寬度一般1cm～3cm，延伸長(zhǎng)度10m～25m不等。

2 總體開(kāi)挖方案

2.1 傳統(tǒng)開(kāi)挖方案

傳統(tǒng)的尾調(diào)室開(kāi)挖，均是利用其頂部通風(fēng)洞、排水洞等作為施工通道，采用平洞開(kāi)挖方式先將頂部Ⅰ～Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖支護(hù)完成，待尾調(diào)室底部的尾水洞或尾水連接管貫通后，再采用豎井井挖的方式開(kāi)挖其下部結(jié)構(gòu)。此方案有幾大缺點(diǎn)：

(1)安全風(fēng)險(xiǎn)大。眾所周知，豎井開(kāi)挖大多采用人工作業(yè)，其施工通道、安全防護(hù)、通風(fēng)散煙等極難保證，安全隱患突出；

(2)施工效率低。由于尾調(diào)室開(kāi)挖斷面尺寸較大，采用井挖方式作業(yè)，需采用反井鉆機(jī)先形成導(dǎo)井，再擴(kuò)挖溜渣井尺寸，最后再進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖，且相鄰豎井之間還有爆破間距等要求，大型施工機(jī)械無(wú)法順暢地進(jìn)入作業(yè)面等，造成進(jìn)度緩慢；

(3)后期混凝土階段施工困難。采用井挖后，尾調(diào)室中部無(wú)施工通道，后期混凝土施工材料運(yùn)輸困難，中隔墻以下60.5m高混凝土澆筑全部需要采用搭設(shè)高排架施工，混凝土澆筑、模板、鋼筋、排架搭設(shè)等材料只能采取垂直吊運(yùn)，垂直運(yùn)輸量大、材料周轉(zhuǎn)慢，施工難度極大。

2.2 楊房溝優(yōu)化開(kāi)挖方案

為解決上述井挖方案的弊端，楊房溝尾調(diào)室開(kāi)挖采取平洞分層大開(kāi)挖方案，即利用周圍相鄰洞室空間關(guān)系，分高程增設(shè)施工支洞或通道，將尾調(diào)室井挖變?yōu)槠綄犹荻伍_(kāi)挖，大型機(jī)械設(shè)備直接利用通道進(jìn)入各工作面，隨層施工，確保施工安全與進(jìn)度。

圖1 楊房溝水電站尾水調(diào)壓室開(kāi)挖程序示意

3 主要施工方法

3.1 通道布置

除了尾調(diào)室上部本身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布置的排風(fēng)洞、通氣洞及匯水洞外，還增加了4條施工支洞(完工后進(jìn)行回填封堵及灌漿)作為通道：

(1)增加中支洞：利用主廠房進(jìn)廠交通洞，在尾調(diào)室中部高程增加中支洞，連接進(jìn)廠交通洞與尾調(diào)室右端墻，斷面6m×5m(寬×高)，城門洞型。

(2)增加1#、2#聯(lián)系洞：分別在尾調(diào)室中隔墻中部和下部高程各增加一條聯(lián)系洞，作為1#、2#尾調(diào)室之間的連接通道，斷面4.7m×5.5m(寬×高)，城門洞型。

(3)增加下支洞：利用尾水1#施工支洞，在尾調(diào)室阻抗板部位增加下支洞，連接尾水1#施工支洞與尾調(diào)室下游邊墻，斷面8m×7m(寬×高)，城門洞型。

其中2#聯(lián)系洞與下支洞底板高程為阻抗板頂高程，以方便后期混凝土施工。

(4)在開(kāi)挖至第Ⅵ層過(guò)程中，底部利用尾水施工支洞，先開(kāi)挖形成尾水洞上層先導(dǎo)洞，在尾調(diào)室正下方，尾水連接管與尾水洞二合一“Y”字型交叉點(diǎn)部位，可形成溜渣井，第Ⅵ層可通過(guò)溜渣井出渣。

3.2 通風(fēng)散煙

為了解決開(kāi)挖階段的通風(fēng)散煙問(wèn)題，在尾調(diào)室正式開(kāi)挖前，提前形成上部排風(fēng)洞、通氣洞及匯水洞，同時(shí)，結(jié)合主廠房通風(fēng)排煙系統(tǒng)，在其頂部提前形成排煙平洞，在排煙平洞與匯水洞之間，利用反井鉆機(jī)施工一條直徑φ2m的排煙豎井，豎井上部井口安裝一臺(tái)1×75kW風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)，在排風(fēng)洞外部洞口處安裝一臺(tái)1×132kW風(fēng)機(jī)，或在進(jìn)廠交通洞外部洞口處安裝一臺(tái)2×160kW風(fēng)機(jī)進(jìn)行送風(fēng)(風(fēng)筒均為直徑φ2m的定制帆布風(fēng)袋)，以形成完整的風(fēng)流系統(tǒng)，改善作業(yè)環(huán)境。

3.3 主要施工方法

楊房溝水電站尾水調(diào)壓室總體共分Ⅷ層進(jìn)行開(kāi)挖，支護(hù)緊跟開(kāi)挖工作面。具體開(kāi)挖情況詳見(jiàn)表1。

表1 尾水調(diào)壓室開(kāi)挖特性

注：手風(fēng)鉆為YT28型手風(fēng)鉆，液壓鉆為D7或D9液壓鉆機(jī)，潛孔鉆為KQD-100B或100Y潛孔鉆機(jī)。

4 過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題及處理

尾水調(diào)壓室第Ⅰ層于2016年6月25日開(kāi)始，第Ⅶ、Ⅷ層于2018年5月18日基本完工，比原合同工期提前近半年開(kāi)挖完成。

4.1 上游邊墻變形偏大

2017年9月以來(lái)，隨著尾調(diào)室第Ⅴ層和第Ⅵ層的開(kāi)挖，尾調(diào)室上游邊墻位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Mwt-0+000-5(廠右0+000、上游側(cè)2010m高程)、錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)DPwt-0+000-1(廠右0+000、上游側(cè)2022.5m高程)的測(cè)值持續(xù)增長(zhǎng)，截止2017年12月25日，該部位位移測(cè)值已超安全預(yù)警值，累計(jì)變形為45.11mm，錨索應(yīng)力測(cè)值已超設(shè)計(jì)噸位值，達(dá)到2044.77kN。

引起尾調(diào)室廠右0+000上游邊墻快速變形增長(zhǎng)的主要原因是：①尾調(diào)室高邊墻形成后的應(yīng)力調(diào)整；②順洞向陡傾角反傾優(yōu)勢(shì)節(jié)理發(fā)育，在尾調(diào)室高邊墻形成后，在該陡傾角節(jié)理切割和圍巖應(yīng)力調(diào)整的雙重作用下，圍巖易發(fā)生松弛變形；③尾調(diào)室第Ⅴ層和Ⅵ層的快速開(kāi)挖和卸荷是該部位圍巖變形持續(xù)增長(zhǎng)和巖體松弛損傷的主要誘因。

考慮到該部位部分圍巖松弛深度達(dá)5m～6m，為約束圍巖進(jìn)一步快速變形和持續(xù)松弛，提高系統(tǒng)支護(hù)的有效支護(hù)力，有必要對(duì)該部位邊墻進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。根據(jù)分析成果及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)決定在1#尾水調(diào)壓室上游邊墻樁號(hào)廠左0+21m～廠右0+21m、高程2015.75m增加9根預(yù)應(yīng)力錨索加強(qiáng)支護(hù)，在PS1-3排水廊道內(nèi)對(duì)穿布置。

截止2018年8月5日，尾調(diào)室上游邊墻位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)Mwt-0+000-5測(cè)值最大變形位移為62.75mm，近7d平均變形速率為0mm/d，變形已收斂；錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)DPwt-0+000-1的錨索荷載值為2282.9kN，近7d平均變化速率為0kN/d，錨索荷載增長(zhǎng)速率也已收斂。變形監(jiān)測(cè)成果和錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)成果均表明，目前該部位圍巖變形已穩(wěn)定，圍巖整體是穩(wěn)定的。

4.2 中隔墻頂部基巖局部變形開(kāi)裂

2018年6月20日，巡視發(fā)現(xiàn)尾調(diào)室中隔墻頂部基巖有開(kāi)裂現(xiàn)象，隨后對(duì)中隔墻頂基巖進(jìn)行了清理和裂縫排查工作，根據(jù)基巖清理后的地質(zhì)素描資料，中隔墻頂基巖共出現(xiàn)5條裂縫，均沿NW向(順發(fā)電水流方向)陡傾角節(jié)理張裂，長(zhǎng)度1.2m～3.5m，寬度1mm～15mm。

為研究尾調(diào)室中隔墻頂部基巖裂縫成因，展開(kāi)了詳細(xì)分析和研究。分析認(rèn)為尾調(diào)室中隔墻頂部基巖開(kāi)裂的主要成因是：①受力條件：中隔墻巖柱處于三面卸荷，兩端受上下游邊墻擠壓的不利受力狀態(tài)；②地質(zhì)原因：開(kāi)挖揭露中隔墻NW向(順發(fā)電水流方向)陡傾角節(jié)理較為發(fā)育，在卸荷松弛及擠壓作用下，易沿NW向陡傾角節(jié)理發(fā)生開(kāi)裂；③施工原因：中隔墻頂部開(kāi)挖成形較差，兩側(cè)端墻局部超挖較嚴(yán)重，爆破震動(dòng)加劇了圍巖松弛。

鑒于尾調(diào)室開(kāi)挖已全部結(jié)束，中隔墻監(jiān)測(cè)成果表明，尾調(diào)室中隔墻上部圍巖變化速率逐步減小，趨于平穩(wěn)，說(shuō)明中隔墻的支護(hù)強(qiáng)度是足夠能保證中隔墻安全穩(wěn)定的，但為了進(jìn)一步控制中隔墻變形及提供圍壓，提高中隔墻圍巖整體穩(wěn)定安全裕度，一是在中隔墻1969.5m高程以下增設(shè)3排200t預(yù)應(yīng)力對(duì)穿錨索；二是在尾調(diào)中隔墩頂部2008.5m平臺(tái)沿裂縫方向增設(shè)左右交叉插筋。截止2018年8月，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，中隔墻上部近15d平均變形速率為0.01mm/d，已基本收斂。

5 圍巖穩(wěn)定反饋分析

(1)尾調(diào)室開(kāi)挖完成后，尾調(diào)室頂拱圍巖累計(jì)變形一般在15mm～25mm，上游側(cè)拱肩累計(jì)變形一般在15mm～25mm，下游側(cè)拱肩累計(jì)變形一般在20mm～35mm。上游側(cè)邊墻累計(jì)變形一般在35mm～55mm，其中廠右0+00區(qū)域(2002m～2018m高程附近)累計(jì)變形較大，可達(dá)到約55mm～65mm；下游側(cè)邊墻累計(jì)變形一般在45mm～65mm，其中f3-36斷層下盤淺部巖體最大變形可達(dá)60mm～75mm，該部位邊墻淺層圍巖松弛問(wèn)題相對(duì)突出。

(2)尾調(diào)室的應(yīng)力場(chǎng)分布特征與主廠房相似，最大主應(yīng)力一般在20MPa～26MPa。高邊墻應(yīng)力松弛深度一般在4m～8m，在不利結(jié)構(gòu)面影響部位表現(xiàn)相對(duì)突出，邊墻應(yīng)力松弛深度一般在6m～10m。

(3)尾調(diào)室頂拱圍巖塑性區(qū)深度約1.5m～3m，邊墻中部區(qū)域塑性區(qū)深度一般7m～10m，局部受不利結(jié)構(gòu)面影響洞段可達(dá)到10m～12m。

尾調(diào)室中隔墻部位存在塑性區(qū)貫通現(xiàn)象，其安全裕度相對(duì)偏低。為此，設(shè)計(jì)復(fù)核了中隔墻運(yùn)行期邊墻襯砌安全穩(wěn)定性，數(shù)值計(jì)算成果表明，運(yùn)行期在各種工況下，尾調(diào)室邊墻或中隔墻襯砌均能保持整體穩(wěn)定，在外水壓力作用下，襯砌錨筋應(yīng)力最大增長(zhǎng)幅度約30MPa～40MPa，增長(zhǎng)幅度較小，錨桿仍是安全可靠的。但是，為了進(jìn)一步提高其整體穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)決定對(duì)中隔墻1985.75m～1997.75m高程之間增加5排對(duì)穿錨筋束(3φ32)，間排距3m×3m，矩形布置；同時(shí)，在中隔墻1981.25m～1999.25m高程之間增加裸巖固結(jié)灌漿，垂直入巖13m，間距1.5m，排距3m，0～4.5m段、10m～13m段灌漿壓力0.5MPa～0.6MPa，4.5m～10m段灌漿壓力1MPa～1.2MPa。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)目前楊房溝水電站尾水調(diào)壓室開(kāi)挖支護(hù)已全部施工完畢，施工質(zhì)量?jī)?yōu)良，且未發(fā)生安全事故，其施工方法是合適的。

(2)尾調(diào)室采用增加施工支洞，將井挖方式改為平洞分層開(kāi)挖，不但節(jié)約了施工成本，而且有效降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了施工效率，改善了后期混凝土施工條件，其施工方式值得進(jìn)一步推廣。

(3)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算分析成果表明，楊房溝水電站尾水調(diào)壓室圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，工程是安全可靠的。