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        楊房溝水電站尾水調(diào)壓室中隔墻變形及裂縫處理

        2021-09-02 10:26:54徐江濤趙鵬周勇
        四川水利 2021年4期
        關鍵詞:調(diào)壓室隔墻尾水

        徐江濤,趙鵬,周勇

        (1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,杭州,311122;2.浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司,杭州,311122)

        1 引言

        1.1 工程概況

        楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi),是雅礱江中游河段“一庫七級”開發(fā)的第六級,工程的開發(fā)任務為發(fā)電,電站裝機容量1500MW,安裝4臺375MW的混流式水輪發(fā)電機組。楊房溝水電站為Ⅰ等大(1)型工程,工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成,主要水工建筑物級別為1級。

        引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸,采用地下廠房首部開發(fā)方式。引水系統(tǒng)單機單洞布置,尾水系統(tǒng)二機合一洞布置,主副廠房洞、主變洞、尾水調(diào)壓室三大洞室平行布置。尾水調(diào)壓室(以下簡稱“尾調(diào)室”)采用長廊形,結(jié)合尾水管檢修閘門布置,底部布置尾水岔管(見圖1)。尾調(diào)室與主變洞凈距42.0m,總長度166.1m,中間采用14.6m厚中隔墻分為兩室,1#尾調(diào)室開挖尺寸82m×24m×61.75m(長×寬×高),2#尾調(diào)室開挖尺寸69.5m×24m×61.75m(長×寬×高)。

        圖1 尾水調(diào)壓室布置

        1.2 尾調(diào)室工程地質(zhì)條件

        尾調(diào)室開挖揭露85條Ⅳ級結(jié)構面,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。主要發(fā)育四組優(yōu)勢節(jié)理:①順洞向陡傾角:N10°~25°E、NW∠75°~90°;②切洞向陡傾角:N75°~85°W、SW∠65°~75°;③切洞向中傾角:N60°~85°W、SW∠40°~55°;④切洞向中傾角:N70°~80°E、NW/SE∠40°~50°。其中節(jié)理①對上、下游邊墻穩(wěn)定不利。中隔墻厚14.6m,巖性為新鮮花崗閃長巖,巖質(zhì)堅硬,為次塊狀~塊狀結(jié)構。主要發(fā)育四組優(yōu)勢節(jié)理:①N15°~25°E、NW∠65°~75°;②N65°~75°E、SE∠35°~50°;③N70°~80°W、SW/NE∠80°~85°;④N80°~85°W、SW/NE∠35°~45°。其中節(jié)理③④對中隔墻穩(wěn)定不利。

        尾調(diào)室開挖期開展了圍巖松弛深度聲波測試,第Ⅲ層開挖完成后測試邊墻松弛深度0.8m~1.4m,平均1.25m,中隔墻松弛深度2.2m。

        1.3 尾調(diào)室開挖支護方案

        尾水調(diào)壓室開挖共分8層,開挖分區(qū)見圖2,為方便施工,在中隔墻上布置了1#、2#兩條聯(lián)系洞,作為施工通道。尾調(diào)室于2016年6月25日開始開挖,至2018年5月18日基本開挖完畢,支護隨層跟進。

        圖2 尾水調(diào)壓室開挖分層

        尾水調(diào)壓室開挖期采取噴錨支護,上、下游邊墻長短間隔布置系統(tǒng)錨桿28、L=6m/32、L=9m@1.5m×1.5m;掛網(wǎng)φ8@20cm×20cm,噴混凝土厚15cm;2022.50m~1988.75m高程上下游分別長短間隔布置7排T=2000kN、L=20m/25m@4.5m×4.5m系統(tǒng)預應力錨索。中隔墻布置錨桿28、L=6m@1.5m×1.5m;掛網(wǎng)φ8@20cm×20cm,噴混凝土厚15cm;2005.25m~1973.75m共布置8排T=1000kN/1500kN、L=14.6m@4.5m×4.5m系統(tǒng)預應力對穿錨索(中隔墻第I層開挖后,根據(jù)數(shù)值反饋分析成果,將中間三列對穿錨索噸位由1000kN調(diào)整為1500kN)。中隔墻支護見圖3。

        圖3 尾調(diào)室中隔墻支護

        2 尾調(diào)室中隔墻變形及裂縫情況

        尾調(diào)室中隔墻開挖期間變形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,隨著開挖下臥,中隔墻變形及錨索應力穩(wěn)步增長,至2018年5月尾調(diào)室基本開挖完畢。2018年6月8日-16日第Ⅷ層岔管底板保護層開挖期間,中隔墻1991m高程多點位移計數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變,周變形量達8.42mm。過程曲線見圖4。

        圖4 尾調(diào)室中隔墻1991m高程圍巖變形時序過程線

        現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)中隔墻頂部2008.5m高程平臺巖面有開裂現(xiàn)象。隨后對巖面進行了清理和裂縫排查,共發(fā)現(xiàn)5條裂縫,均沿NW向陡傾角節(jié)理張開,長度1.2m~3.5m,寬度1mm~15mm,裂縫L1:沿N70°W、SW∠70°節(jié)理,張開8mm~13mm;裂縫L2:沿N80°W、SW∠60°節(jié)理,張開3mm~5mm;裂縫L3:沿N80°~90°E、SE∠80°節(jié)理,張開3mm~6mm、局部15mm;裂縫L4:沿N85°W、SW∠85°節(jié)理,微張2mm~3mm,局部張開5mm;裂縫L5:沿N85°W、SW∠85°節(jié)理,微張1mm~3mm。裂縫展布情況見圖5。

        平臺地質(zhì)素描圖 平臺裂縫照片

        同時,在尾調(diào)室第Ⅵ-Ⅷ層開挖期間,中隔墻下部2#聯(lián)系洞內(nèi)環(huán)向裂縫不斷增多,寬度加寬,最寬達到2cm,說明中隔墻裂縫存在上下連通性。

        3 變形及裂縫原因分析

        3.1 數(shù)值反饋分析

        尾調(diào)室第Ⅶ層開挖完畢后開展了圍巖穩(wěn)定數(shù)值反饋分析,成果見圖6。中隔墻圍巖變形一般在35mm~50mm,局部結(jié)構面影響區(qū)域達到50mm~60mm;受多向卸荷以及兩端高邊墻擠壓作用,中隔墻上部巖體松弛變形問題比較突出;巖柱塑性區(qū)基本處于貫通狀態(tài);中部錨索荷載較高,一般在1300kN~1600kN左右,與錨索測力計測值也比較接近。

        中隔墻變形特征 中隔墻變形矢量

        中隔墻塑性區(qū)分布特征 中隔墻對穿錨索受力特征

        3.2 裂縫原因分析

        通過分析尾調(diào)室地質(zhì)條件及分層開挖期間變形響應,總結(jié)中隔墻變形及頂部巖面開裂的主要原因如下:

        (1)不利受力條件:尾調(diào)室在開挖卸荷過程中,中隔墻處于三面卸荷、兩端受高邊墻擠壓的不利受力狀態(tài)。中隔墻對限制上下游邊墻大變形作用顯著,對開挖卸荷響應較為敏感。

        (2)地質(zhì)條件影響:廠區(qū)地應力雖然量級不高,但最大主應力方向與尾調(diào)室軸線呈大角度相交,對上下游邊墻穩(wěn)定不利,加劇了中隔墻的承載壓力。中隔墻開挖揭露NW向陡傾角節(jié)理較為發(fā)育,在卸荷松弛及高邊墻擠壓作用下,易沿NW向陡傾角節(jié)理發(fā)生開裂,與2008.5m平臺裂縫展布情況、2#聯(lián)系洞噴混凝土環(huán)向裂縫吻合。

        (3)施工通道影響:為方便施工,在中隔墻上布置了1#、2#兩條聯(lián)系洞,一定程度上削弱了中隔墻的剛度。開挖期2#聯(lián)系洞環(huán)向裂縫非常明顯,證明中隔墻內(nèi)部裂縫呈現(xiàn)上下連通性。

        4 中隔墻加固處理措施

        尾調(diào)室中隔墻發(fā)現(xiàn)較大變形和裂縫后,為進一步控制中隔墻變形和提供圍壓,提高中隔墻整體穩(wěn)定安全余度,設計采取了如下加固處理措施。

        4.1 中隔墻下部增設預應力對穿錨索

        1#、2#尾調(diào)室底部分別槽挖形成兩個“Y”形岔管,底板高程1951m,高18m,緊鄰中隔墻兩側(cè),增加了中隔墻高度。中隔墻1951m~2008.5m高達57.5m,原設計下部1951m~1973.75m共22.75m高邊墻無對穿錨索,不利于中隔墻變形控制。為進一步限制松弛變形,決定在中隔墻下部1960.5m~1969.5m增設3排(共9根)2000kN預應力對穿錨索(布置見圖7)。2018年6月-7月已施工完成。

        圖7 中隔墻下部新增對穿錨索布置

        4.2 中隔墻頂部平臺巖面開裂部位增設插筋

        為進一步限制中隔墻頂2008.5m平臺巖面裂縫擴展,決定在2008.5m平臺沿裂縫展布方向左右交叉布置插筋28、L=5m,入巖4.85m,傾角45°,間距1.5m,布置見圖8。2018年6月已施工完成。

        圖8 中隔墻頂2008.5m高程平臺新增插筋布置

        4.3 中隔墻中上部布置固結(jié)灌漿+對穿錨筋束

        考慮到電站投運后,尾調(diào)室?guī)r體在長期泡水作用下,中隔墻的穩(wěn)定條件將進一步惡化,有必要進一步提高中隔墻的剛度,提高耐久性。決定采用重點固結(jié)灌漿+對穿錨筋束的加固措施。

        在中隔墻中上部1981.25m~1999.25m布置6排無蓋重固結(jié)灌漿孔,孔深13m,排距3m,間距1.5m。無蓋重固結(jié)灌漿在2#調(diào)壓室側(cè)實施,孔深0~4.5m和10m~13m灌漿壓力0.5MPa~0.6MPa;孔深4.5m~10m灌漿壓力1.0MPa~1.2MPa。2019年8月-9月施工完成,I序孔平均單位注灰量51.44kg/m,Ⅱ序孔平均單位注灰量7.98kg/m;灌前平均透水率29.74L,灌后平均透水率為0.75L;灌前巖體聲波平均波速3796m/s,灌后巖體聲波平均波速為4395m/s。灌漿過程中2#聯(lián)系洞環(huán)向裂縫漏漿嚴重,說明巖體內(nèi)部裂縫有串通。

        在中隔墻中上部1985.75m~1997.75m布置5排對穿錨筋束332、L=14.6m@3m×3m。2019年8月-9月與無蓋重固結(jié)灌漿同步施工完畢。

        4.4 加固處理效果

        截至2020年3月尾調(diào)室安全監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,中隔墻變形已收斂(過程曲線見圖9),以上加固處理措施實施效果良好。

        圖9 截至2020年1月尾調(diào)室中隔墻1991m高程變形過程線

        5 總結(jié)

        楊房溝水電站尾調(diào)室采用長廊形布置,中間設置中隔墻,厚14.6m,高達57.5m。尾調(diào)室開挖支護過程中,中隔墻處于三面卸荷、兩端擠壓的不利受力狀態(tài),開挖揭露NW向陡傾角節(jié)理較為發(fā)育,1#、2#聯(lián)系洞一定程度上削弱了中隔墻剛度。以上綜合因素導致中隔墻在中部發(fā)生了較大變形,在頂部和2#聯(lián)系洞內(nèi)出現(xiàn)沿NW向的裂縫。針對以上情況,設計了中隔墻下部新增對穿錨索、頂部平臺增設插筋、中上部布置固結(jié)灌漿+對穿錨筋束的聯(lián)合加固措施。根據(jù)實施完畢的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看,較好地抑制了中隔墻進一步松弛和裂縫,提高了中隔墻剛度和耐久性。

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