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        白鶴灘水電站左岸地下廠房監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及圍巖穩(wěn)定分析

        2019-10-29 06:34:50洪佳敏萬祥兵陳建林
        中國(guó)水利 2019年18期
        關(guān)鍵詞:錯(cuò)動(dòng)邊墻層間

        洪佳敏,萬祥兵,陳建林,方 丹

        (中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,311122,杭州)

        一、工程概況及地質(zhì)條件

        白鶴灘水電站地下廠房采用首部式開發(fā)方案,左右岸呈基本對(duì)稱布置。左岸地下廠房的平面布置(見圖1),其中主副廠房長(zhǎng)438 m,高88.7 m,巖梁以下寬31.0 m、以上寬34.0 m。

        左岸地下廠房垂直埋深260~330 m,實(shí)測(cè)最大水平主應(yīng)力30.99 MPa。區(qū)域地層為單斜構(gòu)造,總體產(chǎn)狀為 N42°E,SE∠15°, 其走向與廠房軸線的交角為 20°。 巖性主要為 P2β23~P2β31層角礫熔巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質(zhì)玄武巖、柱狀節(jié)理玄武巖、夾薄層凝灰?guī)r。其中層間錯(cuò)動(dòng)帶C2發(fā)育于P2β24層凝灰?guī)r中部,厚度為10~30 cm,遇水易軟化,出露于廠房邊墻中下部、南側(cè)端墻底部、北側(cè)端墻中上部以及#1~#3機(jī)坑中上部。層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶 LS3152發(fā)育于 P2β31層頂部,帶寬2 cm,帶內(nèi)為角礫化構(gòu)造巖。此外,地下廠房區(qū)域還發(fā)育有斷層f717、f718、f719、f720、f721、f722、f723等,其斷層帶內(nèi)主要以節(jié)理化構(gòu)造巖、構(gòu)造角礫巖為主。

        二、開挖與支護(hù)設(shè)計(jì)

        1.地下廠房開挖

        根據(jù)工程地質(zhì)條件及周邊洞室布置,左岸地下廠房分十層開挖。廠頂?shù)谝粚佑?014年5月開始開挖,2018年6月底全部開挖完成。

        2.地下廠房支護(hù)設(shè)計(jì)

        白鶴灘水電站地下廠房規(guī)模巨大,地質(zhì)條件復(fù)雜,緩傾角層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育,地應(yīng)力較高。在上述特征基礎(chǔ)上選擇適合高地應(yīng)力環(huán)境下脆性巖體破壞特征的系統(tǒng)支護(hù)設(shè)計(jì)方案。

        (1)頂拱

        噴層:初噴鋼纖維混凝土5 cm,掛網(wǎng)直徑為 8 mm@15 cm×15 cm,雙向龍骨筋直徑為16 mm+復(fù)噴混凝土15 cm。

        錨桿:Ⅱ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為6 m,預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為 32 mm、長(zhǎng)為 9 m、100 kN,間距1.5 m×1.5 m間隔布置;Ⅲ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為9 m,預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為9 m、100 kN, 間距 1.2 m×1.2/1.5 m 間隔布置。

        錨索:層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶LS3152在頂拱上方影響范圍內(nèi)采用4排對(duì)穿預(yù)應(yīng)力錨索;頂拱緩傾角節(jié)理密集帶布置2排對(duì)穿錨索;上下游拱腳各布置3排系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨索,縱向間距3.6~4.8 m。

        (2)邊墻

        噴層:初噴納米鋼纖維混凝土12cm,掛網(wǎng)直徑為8mm@15cm×15cm,雙向龍骨筋直徑為16 mm+復(fù)噴納米混凝土8 cm。

        錨桿:Ⅱ類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為6 m,普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為9 m,間距1.2 m×1.2 m間隔布置;Ⅲ1類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32mm、長(zhǎng)為9 m,間距 1.2m×1.2 m;Ⅲ2類圍巖采用普通砂漿錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為9 m,預(yù)應(yīng)力錨桿直徑為32 mm、長(zhǎng)為9 m、100 kN,間距1.2 m×1.2 m間隔布置。

        錨索:上游邊墻錨索預(yù)應(yīng)力為2500kN、長(zhǎng)為 25/30m,間距 3.6~6.0m;下游邊墻錨索預(yù)應(yīng)力為2500 kN、長(zhǎng)為 25 m或30 m,間距3.6~6.0 m。

        層間錯(cuò)動(dòng)帶C2在圍巖內(nèi)采用預(yù)置換方式,廠房邊墻采用錨筋束+錨索的鎖口加強(qiáng)支護(hù)。

        圖1 左岸地下廠房平面布置圖

        三、圍巖穩(wěn)定分析

        1.變形監(jiān)測(cè)

        為了監(jiān)測(cè)開挖過程中的圍巖穩(wěn)定情況,左岸主廠房共布置了8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面,其樁號(hào)分別為左廠0-052 m、左廠0-012 m、左廠0+018 m、左廠 0+077 m、左廠 0+152 m、左廠0+228 m、左廠0+267 m、左廠0+328 m。各監(jiān)測(cè)斷面均布置有多點(diǎn)位移計(jì),能夠?qū)ψ蟀兜叵聫S房頂拱、上下游拱肩與邊墻的位移進(jìn)行持續(xù)、全面的監(jiān)測(cè)。典型斷面的多點(diǎn)位移計(jì)布置見圖2。

        圖2 左岸地下廠房多點(diǎn)變位計(jì)布置典型斷面(該斷面位于左廠0+077m樁號(hào))

        此外,為了監(jiān)測(cè)層間錯(cuò)動(dòng)帶C2在開挖過程中的錯(cuò)動(dòng)變形情況,在#3母線洞和#4母線洞內(nèi)還埋設(shè)了穿過層間錯(cuò)動(dòng)帶C2的測(cè)斜管。#4母線洞內(nèi)測(cè)斜管的布置如圖3所示。

        圖3 左岸地下廠房針對(duì)層間錯(cuò)動(dòng)帶C2的測(cè)斜管布置

        2.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

        (1)頂拱圍巖變形監(jiān)測(cè)

        主廠房頂拱的多點(diǎn)位移計(jì)大多在廠房頂拱中導(dǎo)洞開挖前由廠頂錨固觀測(cè)洞預(yù)埋,其測(cè)值顯示了主廠房自開挖以來頂拱圍巖的變形情況。總體上主廠房頂拱圍巖淺層變形大于深部變形,位移監(jiān)測(cè)量由表及里逐漸減小。

        截至2019年8月1日,左岸主廠房頂拱表層圍巖的累計(jì)位移量沿廠房軸線的分布見圖4。由圖4可見,頂拱的累計(jì)位移量在1.76~41.70 mm之間,頂拱變形受緩傾角結(jié)構(gòu)面LS3152影響較明顯,其中最大累計(jì)位移量位于左廠0+76 m斷面,其各測(cè)點(diǎn)的變形時(shí)序過程線見圖5。由圖5可見,該支多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房頂部開挖施工期間(開挖高程為580~610 m),其位移監(jiān)測(cè)量隨測(cè)點(diǎn)深度的增大而逐步減小。

        (2)上游邊墻圍巖變形監(jiān)測(cè)

        主廠房上游邊墻的多點(diǎn)位移計(jì)主要在地下廠房開挖至相應(yīng)高程附近埋設(shè),其測(cè)值顯示了主廠房上游邊墻的變形情況??傮w上主廠房上游邊墻圍巖淺層變形大于深部變形,位移監(jiān)測(cè)量由表及里逐漸減小。

        截至2019年8月1日,左岸主廠房上游邊墻表層圍巖的累計(jì)位移量分布見圖6。由圖6可見,主廠房高程592~600 m范圍內(nèi)上游邊墻的累計(jì)位移量在29.81~78.83 mm之間。其中最大累計(jì)位移量位于左廠0+77 m斷面,由多點(diǎn)位移計(jì)Mzc0+77-2距離開挖面1.5 m處的測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)得到。該支多點(diǎn)位移計(jì)的安裝高程為592 m,其各測(cè)點(diǎn)的變形時(shí)序過程線見圖7。由圖7可見,該支多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房上部開挖施工期間(開挖高程為568~592 m),其位移監(jiān)測(cè)量隨測(cè)點(diǎn)深度的增大而逐步減小,廠房開挖完成后,其變形仍呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì),持續(xù)時(shí)間較頂拱更長(zhǎng)。

        (3)下游邊墻圍巖變形監(jiān)測(cè)

        主廠房下游邊墻的多點(diǎn)位移計(jì)主要在地下廠房開挖至相應(yīng)高程附近時(shí)埋設(shè),其測(cè)值顯示了主廠房下游邊墻的變形情況??傮w上主廠房下游邊墻圍巖淺層變形大于深部變形,位移監(jiān)測(cè)量由表及里逐漸減小。

        截至2019年8月1日,左岸主廠房下游邊墻表層圍巖的累計(jì)位移量分布見圖8。由圖8可見,主廠房高程592~600 m范圍內(nèi)下游邊墻的累計(jì)位移量在23.95~64.45 mm之間。其中最大累計(jì)位移量位于左廠0+17 m斷面,由多點(diǎn)位移計(jì)Mzc0+017-4位于開挖表面的測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)得到。該支多點(diǎn)位移計(jì)的安裝高程為592 m,其各測(cè)點(diǎn)的變形時(shí)序過程線見圖9,由圖9可見,該支多點(diǎn)位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的變形主要發(fā)生在主廠房上部開挖施工期間 (開挖高程為592~563 m),其位移監(jiān)測(cè)量隨測(cè)點(diǎn)深度的增大而逐步減小。廠房開挖完成后,其變形仍呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì),持續(xù)時(shí)間較頂拱更長(zhǎng)。

        (4)層間錯(cuò)動(dòng)帶C2錯(cuò)動(dòng)變形監(jiān)測(cè)

        測(cè)斜管INzmd4-0+054-1埋設(shè)于#4母線洞內(nèi),對(duì)層間錯(cuò)動(dòng)帶C2的錯(cuò)動(dòng)變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè),其位移—深度曲線隨時(shí)間的變化過程見圖10,層間錯(cuò)動(dòng)帶C2上下盤剪切變形過程見圖10。由于該測(cè)斜管以深度16 m處的測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn),因此其測(cè)值始終為零。由圖10可知,在主廠房開挖過程中,層間錯(cuò)動(dòng)帶C2上下盤圍巖存在不協(xié)調(diào)變形,數(shù)值由小變大再趨于平穩(wěn)。

        圖4 左岸地下廠房頂拱圍巖變形分布圖(2019-3-27)

        圖5 樁號(hào)0+076 m斷面多點(diǎn)位移計(jì)Mzc0+076-2測(cè)值的時(shí)序過程線

        圖6 左岸地下廠房上游邊墻圍巖變形分布圖(2019-3-27)

        圖7 樁號(hào)0+077 m斷面多點(diǎn)位移計(jì)Mzc0+077-2測(cè)值的時(shí)序過程線

        圖8 左岸地下廠房下游邊墻圍巖變形分布圖(2019-3-27)

        3.穩(wěn)定性分析

        可行性研究階段,對(duì)左岸地下廠房進(jìn)行了大量的三維數(shù)值模擬計(jì)算,廠房邊墻最大變形為50~60 mm,塑性區(qū)為5~7 m,層間錯(cuò)動(dòng)帶C2的不協(xié)調(diào)變形約35 m。上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,邊墻的最大變形為73.83 mm,主要發(fā)生在6.5 m范圍以內(nèi),層間錯(cuò)動(dòng)帶C2的不協(xié)調(diào)變形為26.47 mm,實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與前期計(jì)算值較接近。

        圖9 樁號(hào)0+077 m斷面多點(diǎn)位移計(jì)Mzc0+017-4測(cè)值的時(shí)序過程線

        圖10 #4母線洞INzmd4-0+025-1測(cè)斜管C2上下盤剪切變形過程線

        目前,左岸廠房圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。變形主要發(fā)生在開挖階段,其圍巖變形符合一般規(guī)律,圍巖淺層位移測(cè)值最大,由表及里逐漸減小。隨著廠房往下部開挖,變形呈臺(tái)階狀增長(zhǎng)。頂拱變形主要發(fā)生在上部開挖階段,下部開挖對(duì)頂拱變形影響??;受高地應(yīng)力二次調(diào)整影響,邊墻變形持續(xù)時(shí)間較頂拱更長(zhǎng)。

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