鐘谷良，周 勇，潘 兵，褚衛(wèi)江，劉 寧

(1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051； 2.浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司，浙江 杭州 311122；3.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

我國(guó)西南地區(qū)許多水利工程，包括在壩基高邊坡或大型地下洞室群等開挖實(shí)踐中，常常會(huì)遇到相對(duì)突出的巖體蝕變問題。蝕變通過(guò)改變巖體內(nèi)部的礦物成分、結(jié)構(gòu)—構(gòu)造類型[1]，進(jìn)而改變?cè)鷰r體的力學(xué)特性，并由于蝕變的差異性易造成巖體性狀不均勻，形成局部軟弱帶，影響工程巖體特性并制約工程建設(shè)。蝕變巖體的工程地質(zhì)特性研究是解決相關(guān)工程問題的關(guān)鍵所在。

在巖體蝕變的地質(zhì)成因機(jī)制方面，目前主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查結(jié)合室內(nèi)巖樣分析的宏觀—微觀對(duì)比法開展研究。孫強(qiáng)等[2]針對(duì)西南地區(qū)工程遇到的蝕變巖問題，基于X射線衍射和熱分析技術(shù)深入分析了蝕變巖的發(fā)育地質(zhì)環(huán)境及成因演化過(guò)程，認(rèn)為蝕變巖對(duì)工程地質(zhì)特性的影響主要體現(xiàn)在力學(xué)強(qiáng)度的改變、變形特性和水文地質(zhì)條件的劣化。苗朝等[3]和魏志云等[4]調(diào)研大崗山高拱壩壩區(qū)花崗巖在多期次蝕變作用下形成的多種蝕變巖類，以查明區(qū)域復(fù)雜構(gòu)造環(huán)境造就了花崗巖不同種類和程度的蝕變。

在工程應(yīng)用方面，蝕變巖體作為典型的不良地質(zhì)體，可能會(huì)嚴(yán)重影響工程施工安全和圍巖穩(wěn)定。楊根蘭等[5-6]利用FLAC3D程序建立天池抽蓄地下廠房三維模型，研究了蝕變巖體對(duì)洞室圍巖變形及穩(wěn)定的影響機(jī)制，認(rèn)為蝕變巖體將導(dǎo)致洞室變形偏大及安全性降低。大崗山水電站地下廠房區(qū)輝綠巖脈群發(fā)育，巖脈巖體破碎、強(qiáng)度低，給廠房區(qū)開挖支護(hù)造成較大的困難和風(fēng)險(xiǎn)，魏志云等[4]基于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查對(duì)廠房區(qū)揭露的長(zhǎng)大巖脈穩(wěn)定性狀況進(jìn)行了較為合理的評(píng)估。

總體而言，工程上對(duì)巖體蝕變的地質(zhì)成因研究較成熟，但在具體實(shí)踐方面，如何快速有效獲取蝕變巖體的空間分布、物理力學(xué)參數(shù)、變形機(jī)制等均是亟待解決的難題，尤其大型地下廠房受巖體蝕變帶影響方面的研究很少，并缺乏系統(tǒng)性。本工程的巖體蝕變帶具有節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)度低、易軟化等特點(diǎn)，因其位處廠房高邊墻，設(shè)計(jì)施工難度大，加之緊鄰的巖壁吊車梁特殊運(yùn)行環(huán)境又帶來(lái)了其他不確定性，顯然其開挖支護(hù)設(shè)計(jì)需充分考慮圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)體系在施工及運(yùn)行階段的整體安全穩(wěn)定性。本文綜合采用現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、理論分析、試驗(yàn)研究、安全監(jiān)測(cè)、三維數(shù)值仿真等多種手段，對(duì)該不利地質(zhì)體的開挖變形機(jī)制、影響因素及控制技術(shù)等多方面展開深入研究，并基于此提出針對(duì)性的控制對(duì)策與開挖支護(hù)建議，為該工程的順利建設(shè)提供支撐依據(jù)。其中，針對(duì)巖體蝕變問題提出了基于聲波波速的巖體力學(xué)參數(shù)綜合評(píng)估方法，該方法可快速、動(dòng)態(tài)地將測(cè)試結(jié)果與數(shù)值模擬技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有一定的創(chuàng)新性和工程實(shí)用價(jià)值。

1 概 述

1.1 工程概況

楊房溝水電站總裝機(jī)容量1 500 MW，地下廠房位于左岸山體內(nèi)，其廠房縱軸線方位N5°E，開挖尺寸為230 m×30 m×75.57 m。圍巖為花崗閃長(zhǎng)巖，巖體完整性較好，除局部蝕變影響帶和斷層、節(jié)理密集帶影響區(qū)域外，整體以Ⅱ類和Ⅲ1類為主。廠區(qū)屬中等地應(yīng)力水平，最大主應(yīng)力在12～15 MPa，方向與洞室軸線大角度相交。地下洞室群整體穩(wěn)定條件較好，開挖揭示不存在大型塊體穩(wěn)定問題，整個(gè)洞室群共歷時(shí)約26個(gè)月順利開挖完成。

1.2 巖體蝕變地質(zhì)成因及特點(diǎn)

工程區(qū)大量鉆孔、平硐揭示[7]，花崗閃長(zhǎng)巖蝕變帶分布無(wú)明顯帶狀延伸規(guī)律性，但常伴隨著有擠壓或錯(cuò)動(dòng)的結(jié)構(gòu)面而產(chǎn)生，沿結(jié)構(gòu)面兩側(cè)分布厚度一般2～5 cm，部分5～20 cm，局部達(dá)30～200 cm，其蝕變帶往往伴隨著后期風(fēng)化蝕變作用。

通過(guò)詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查和采樣分析[7]，認(rèn)為壩址區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的巖體蝕變成因機(jī)制較復(fù)雜，主要是花崗閃長(zhǎng)巖侵入后受巖漿期后熱液作用和后期構(gòu)造動(dòng)力作用，在巖塊內(nèi)部和順裂隙面產(chǎn)生的一系列蝕變現(xiàn)象。另外，根據(jù)巖體蝕變的空間分布和分帶特征，從空間形態(tài)上可分為面蝕變和體蝕變兩類[8]。

顧名思義，面蝕變是指蝕變?cè)诳臻g上呈面狀分布，即在二維方向的延伸遠(yuǎn)大于其第三個(gè)方向的延伸，在斷面上往往呈帶狀延伸。其形態(tài)和延展主要受蝕變熱液的運(yùn)移通道控制，如綠簾石化蝕變和絹云母化蝕變都屬面蝕變型，另外部分順構(gòu)造裂隙發(fā)育的綠泥石化蝕變帶也屬面蝕變型。體蝕變是指蝕變作用在空間的分布和分帶在三個(gè)方向的延伸差別不大，且均具有一定的規(guī)模。

壩址區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖體的蝕變主要以面蝕變?yōu)橹?，且并無(wú)明顯的規(guī)律性，蝕變分布往往沿巖體中各種隨機(jī)的原生裂面和構(gòu)造斷裂及其兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)育。蝕變巖體的強(qiáng)度、變形特性一般受蝕變程度、風(fēng)化程度及巖石性質(zhì)共同影響，遇水易軟化，但不具膨脹性。不同蝕變程度的蝕變巖體，其力學(xué)指標(biāo)有較大差異，表現(xiàn)為隨蝕變程度的增強(qiáng)其綜合巖體質(zhì)量降低，且嚴(yán)重蝕變巖體的偏低巖體力學(xué)指標(biāo)對(duì)工程穩(wěn)定十分不利。

1.3 工程問題

在地下廠房第Ⅲ層開挖中，廠房廠右0+05～廠左0+35下游側(cè)邊墻開挖揭露斷層f83(N10°E～20°E NW∠75°～85°)及其影響帶，洞段節(jié)理裂隙密集發(fā)育，巖體存在不同程度蝕變現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)取芯的單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)揭示，斷層f83巖體蝕變帶(寬6～10 m，呈局部化)內(nèi)巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均值降至約40.4 MPa(正常的巖石抗壓強(qiáng)度80～100 MPa)。從現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露的巖體蝕變(圖1)分布范圍看，其主要分布在斷層影響帶及鄰近的節(jié)理密集帶等部位。由于巖體蝕變一般伴隨節(jié)理裂隙發(fā)育，其較差的物理力學(xué)性能往往控制著工程的安全與穩(wěn)定，尤其還涉及巖壁吊車梁等關(guān)鍵工程部位，因此有必要對(duì)此展開深入分析研究，為工程采取積極主動(dòng)的防護(hù)措施和合理的施工技術(shù)方案提供重要參考，以加快施工進(jìn)度、保障施工安全和確保工程永久運(yùn)行穩(wěn)定。

圖1 地下廠房巖體蝕變現(xiàn)象

2 巖體蝕變帶聲波物探檢測(cè)及分析

2.1 聲波檢測(cè)孔布置

針對(duì)廠房邊墻巖體蝕變、節(jié)理密集發(fā)育問題，對(duì)該區(qū)域先后布置了22個(gè)補(bǔ)充地勘鉆孔進(jìn)行聲波測(cè)試和孔內(nèi)攝像，圖2為廠房下游側(cè)邊墻聲波測(cè)試典型斷面鉆孔布置與勘探覆蓋范圍示意情況。一方面期望通過(guò)單孔聲波測(cè)試，確定鉆孔巖體聲波速度，評(píng)價(jià)孔壁巖體的完整性；另一方面，借助鉆孔電視攝像技術(shù)，用以描述孔壁巖體地質(zhì)現(xiàn)象，確定主要節(jié)理、蝕變帶位置和性狀。

圖2 廠房邊墻典型斷面蝕變帶聲波測(cè)試孔布置

2.2 聲波檢測(cè)成果分析

典型聲波物探檢測(cè)成果(水平孔9)見圖3，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大量聲波檢測(cè)成果，可繪制廠右0+05～廠左0+35洞段巖體蝕變帶的空間波速分布圖，圖4即為下游邊墻2 000 m高程圍巖波速分布情況。綜合現(xiàn)場(chǎng)開挖揭露情況和物探成果，該蝕變巖體的工程地質(zhì)特征如下：

圖3 廠房下游邊墻聲波測(cè)試典型波速分布及鉆孔圖像

圖4 下游邊墻2 000 m高程圍巖波速分布特征

a.洞段節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體蝕變現(xiàn)象較明顯，影響范圍相對(duì)較廣。蝕變巖分布具有較大的隨機(jī)性和不均勻性，一般沿巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育。

b.水平檢測(cè)孔的聲波測(cè)試和鉆孔攝像成果表明，①下游側(cè)永久邊墻2 014～2 006 m高程，斷層f83下盤圍巖存在波速在2 500～3 000 m/s的低波速帶，分布深度在1～2 m。邊墻圍巖波速vp<4 500 m/s的深度一般小于4 m。②邊墻2 004 m高程圍巖波速基本在3 000 m/s以上，永久邊墻圍巖(巖錨梁設(shè)計(jì)邊線)波速基本在3 500 m/s以上，較深部的巖體波速普遍可達(dá)4 500 m/s以上。波速低于4 500 m/s分布深度一般在3～5 m，深入永久邊墻約2～4 m。③邊墻2 000 m高程圍巖存在2 800～3 000 m/s的低波速帶，分布深度一般在1.8～2.5 m，波速低于4 500 m/s分布深度一般在4～5 m。④水平鉆孔內(nèi)揭示的結(jié)構(gòu)面多為NW向中傾角節(jié)理，局部存在破碎帶，是造成鉆孔深部巖體波速偏低的主要原因。

c.垂直檢測(cè)孔成果表明，邊墻1 999.8 m高程以下巖體質(zhì)量整體較差，蝕變帶在豎直方向可達(dá)到1 994 m高程。

d.鉆孔聲波測(cè)試波速隨孔深的變化趨勢(shì)具有一定的規(guī)律，①靠近洞室邊墻處波速一般最低，往里聲波波速曲線呈波狀上升趨勢(shì)。②在部分測(cè)試段節(jié)理裂隙較發(fā)育，會(huì)造成該段波速起伏較多、穩(wěn)定性差，平均聲波值一般也會(huì)有較大幅度下降。③聲波檢測(cè)曲線在臨近孔口測(cè)試段表現(xiàn)為波速低、衰減快、降幅大的特點(diǎn)，相關(guān)檢測(cè)成果實(shí)際上為巖體蝕變、節(jié)理發(fā)育及開挖松弛損傷等不利因素的綜合效應(yīng)表現(xiàn)。

3 圍巖開挖響應(yīng)及穩(wěn)定性數(shù)值分析

3.1 基于縱波波速的巖體參數(shù)評(píng)估與數(shù)值模型概化

目前水電工程實(shí)踐中，普遍采用的巖體參數(shù)取值思路或方法是綜合室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、同類工程經(jīng)驗(yàn)并參考規(guī)程規(guī)范展開。巖體縱波波速vp作為能夠反映巖體質(zhì)量的綜合指標(biāo)之一[9]，既能較客觀地反映地質(zhì)條件多樣性對(duì)巖體強(qiáng)度的影響，也能較好的體現(xiàn)巖體力學(xué)特性空間差異性特征，其與巖體完整性系數(shù)Kv[10]、巖體質(zhì)量指標(biāo)Q[11]、地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI[12]、巖體地質(zhì)力學(xué)分類RMR[13]值等均具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，在一定程度上也可用于圍巖巖體質(zhì)量分區(qū)或分類。

圖5中梳理了巖體縱波波速與巖體質(zhì)量、巖體參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，針對(duì)廠房邊墻巖體蝕變帶，依托現(xiàn)場(chǎng)采集的大量聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以動(dòng)態(tài)開展施工期圍巖力學(xué)參數(shù)的定量分析研究。借助于巖體聲波波速作為巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)具有的全面表征性和全過(guò)程可測(cè)性，現(xiàn)場(chǎng)可快速、多期次的對(duì)施工期洞室圍巖質(zhì)量進(jìn)行精細(xì)化描述，并對(duì)巖體力學(xué)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行定量化評(píng)估和數(shù)值反饋分析校核。

圖5 巖體縱波波速與巖體質(zhì)量、巖體參數(shù)相關(guān)性分析方法

根據(jù)廠房邊墻巖體蝕變洞段的大量聲波檢測(cè)成果和開挖揭露地質(zhì)情況，表明不利斷層、巖體蝕變及節(jié)理裂隙發(fā)育等影響因素作為圍巖本身特性，是巖體波速偏低的根本原因，而開挖松弛損傷則主要由開挖爆破損傷和卸荷應(yīng)力松弛所致，也一定程度上降低了圍巖波速。因此，結(jié)合巖體的蝕變程度、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度、松弛損傷程度等典型圍巖特征，表1給出了基于縱波波速vp的巖體質(zhì)量分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，以及相應(yīng)的巖體完整性指標(biāo)、Hoek-Brown模型重要相關(guān)參數(shù)(包括：巖石單軸抗壓強(qiáng)度UCS；地質(zhì)強(qiáng)度指標(biāo)GSI，與巖體結(jié)構(gòu)、巖塊的嵌鎖狀態(tài)及結(jié)構(gòu)面表面特征有關(guān)；完整巖塊的H-B準(zhǔn)則常數(shù)mi，反映巖石的軟硬程度的巖性指標(biāo)；相關(guān)取值參考文獻(xiàn)[14-16])、巖體特征描述等。其中，為便于后續(xù)開展定量化計(jì)算分析，僅選取了諸如平均波速5 000 m/s、4 500 m/s、4 000 m/s、3 500 m/s、2 500 m/s等為代表值，必要時(shí)可開展參數(shù)敏感性分析或監(jiān)測(cè)反饋分析。

表1 廠房邊墻圍巖的縱波波速與巖體質(zhì)量分區(qū)

根據(jù)表1中所列的H-B模型相關(guān)參數(shù)，可獲得：vp=4 500 m/s時(shí)的摩擦系數(shù)為1.20～1.32，黏聚力為1.30～1.51 MPa；vp=4 000 m/s時(shí)的摩擦系數(shù)為0.99～1.10，黏聚力為0.98～1.17 MPa；vp=3 500 m/s時(shí)的摩擦系數(shù)為0.76～0.86，黏聚力為0.68～0.84 MPa；vp=2 500 m/s時(shí)的巖體摩擦系數(shù)為0.52～0.62，黏聚力為0.40～0.54 MPa。與在可研階段依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與規(guī)范[10]的建議值對(duì)比，二者差異不大?？梢姡槍?duì)廠房下游側(cè)邊墻蝕變巖體影響區(qū)段，在工程試驗(yàn)資料相對(duì)有限的情況下，采用上述經(jīng)驗(yàn)巖體力學(xué)參數(shù)快速評(píng)價(jià)方法是可行有效的手段。綜合現(xiàn)場(chǎng)或室內(nèi)大量試驗(yàn)成果、實(shí)際揭露地質(zhì)條件、聲波波速巖體質(zhì)量分類情況，表2給出了相應(yīng)的巖體力學(xué)參數(shù)綜合建議取值，可以作為后續(xù)三維數(shù)值模型中的主要初始參數(shù)。另外，表2也根據(jù)NB/T 35072—2016《地下廠房巖壁吊車梁設(shè)計(jì)規(guī)范》和同類工程經(jīng)驗(yàn)[17]給出了作為巖壁吊車梁承載基礎(chǔ)的適宜性條件，對(duì)巖臺(tái)部位巖體質(zhì)量較差的情況應(yīng)進(jìn)行針對(duì)性加固處理。

表2 巖體分類、綜合建議參數(shù)及其工程屬性

依托三維離散元程序3DEC[18]，建立地下廠房巖體蝕變洞段的數(shù)值概化模型(圖6)。在計(jì)算中考慮了圍巖爆破開挖損傷和卸荷松弛對(duì)綜合巖體質(zhì)量的不利影響，相應(yīng)的巖體參數(shù)將隨著洞室的逐步下挖進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整的主要依據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)大量聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)的橫縱向?qū)Ρ冉Y(jié)果。

圖6 廠房巖體蝕變洞段邊墻圍巖開挖損傷演化特征概化模型

3.2 巖體參數(shù)的監(jiān)測(cè)反饋復(fù)核

大型地下廠房開挖圍巖條件和施工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，準(zhǔn)確把握圍巖參數(shù)困難，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)圍巖開挖響應(yīng)特征和安全監(jiān)測(cè)，開展反饋分析與復(fù)核工作是通行的定量化分析方法。一般來(lái)說(shuō)監(jiān)測(cè)儀器的埋設(shè)都有一定滯后性，因而無(wú)法獲得整個(gè)洞室開挖過(guò)程中圍巖變形特征，但可以對(duì)比某開挖階段圍巖的變形增量，對(duì)圍巖參數(shù)進(jìn)行復(fù)核?；跀?shù)值反饋分析模型和表2中的巖體參數(shù)，經(jīng)計(jì)算可得到該洞段廠房第Ⅲ層開挖過(guò)程中的變形響應(yīng)特征，與實(shí)際監(jiān)測(cè)點(diǎn)(邊墻2 006 m高程多點(diǎn)位移計(jì))數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比(表3)，二者基本具有一致性，說(shuō)明該數(shù)值模型的巖體力學(xué)參數(shù)取值較可靠。

表3 廠房邊墻巖體蝕變洞段第Ⅲ層開挖變形對(duì)比

3.3 計(jì)算分析結(jié)果

數(shù)值分析結(jié)果表明(圖7)，廠房下游邊墻巖體蝕變洞段的整體變形較大，2 008～2 014 m高程區(qū)域淺層巖體累計(jì)變形可達(dá)50 mm，第Ⅲ層開挖完成后，巖錨梁區(qū)域圍巖累計(jì)變形達(dá)到40 mm；下游側(cè)拱座和下游邊墻的圍巖均表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)力松弛特征，下游邊墻應(yīng)力松弛深度一般在5～6 m，邊墻圍巖應(yīng)力松弛深度整體偏大。

圖7 廠房第Ⅲ層開挖完成圍巖變形與最小主應(yīng)力分布

總體上，邊墻巖體蝕變洞段圍巖條件較差，巖錨梁部位的淺層巖體存在較明顯的不良變形和松弛特征，圍巖承載能力偏低，淺層巖體存在一定的變形失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，為保證該部位圍巖及巖錨梁的整體穩(wěn)定性，需針對(duì)性采取精細(xì)化爆破開挖技術(shù)和補(bǔ)強(qiáng)加固措施。

4 工程對(duì)策及效果評(píng)價(jià)

4.1 工程對(duì)策

針對(duì)巖體蝕變帶節(jié)理裂隙發(fā)育、強(qiáng)度低、易軟化等特點(diǎn)，從確保工程安全角度，現(xiàn)場(chǎng)采取合理的控制爆破開挖技術(shù)和系統(tǒng)性加強(qiáng)支護(hù)措施非常關(guān)鍵。針對(duì)巖體蝕變影響洞段，具體措施如下：

a.鑒于巖壁吊車梁部位對(duì)開挖控制要求高，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格控制爆破施工(超前支護(hù)、弱爆破、短進(jìn)尺、加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)等)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整爆破及支護(hù)參數(shù)[19]，做到“開挖一區(qū)支護(hù)一區(qū)”精細(xì)化施工，充分保證支護(hù)的層次性、系統(tǒng)性、及時(shí)性和支護(hù)質(zhì)量，盡量減少施工爆破對(duì)保留巖體擾動(dòng)和松弛損傷，確保邊墻和吊車梁巖壁開挖成型質(zhì)量，以充分維持和發(fā)揮圍巖的自承能力。

b.在巖壁吊車梁的上部(2 006～2 014 m高程)采取“鋼筋肋+預(yù)應(yīng)力錨桿”和“鋼筋混凝土板+錨索”的聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)措施，以控制表層蝕變巖體松弛破裂的進(jìn)一步發(fā)展，相關(guān)加強(qiáng)支護(hù)措施應(yīng)及時(shí)施作完成。

c.巖壁吊車梁巖臺(tái)部位的整體承載能力偏低，需多方位增強(qiáng)該部位的系統(tǒng)支護(hù)強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)綜合采用系統(tǒng)預(yù)應(yīng)力錨桿加強(qiáng)支護(hù)(對(duì)巖梁下拐點(diǎn)以下邊墻采取預(yù)應(yīng)力錨桿和錨索加強(qiáng)支護(hù))、局部混凝土置換及增設(shè)扶壁墻等措施，以有效改善巖臺(tái)基座的巖體受力狀態(tài)，降低圍巖開挖變形松弛問題風(fēng)險(xiǎn)，提高其承載力和安全裕度。

其中，增設(shè)扶壁墻方案的具體措施包括：①巖壁吊車梁下方增加扶壁墻結(jié)構(gòu)；②墻體與巖壁之間布置3排插筋32@1.4 m×1.4 m，長(zhǎng)度L=9 m，外露0.9 m；③2 004.35 m高程增設(shè)1排普通砂漿錨桿32@0.7 m(L=9 m，外露1.4 m)，上仰15°；④將原設(shè)計(jì)高程為1 997 m的預(yù)應(yīng)力錨索調(diào)整至1 998.5 m，與2001.5 m的錨索共同將扶壁墻固定在巖壁上，錨索長(zhǎng)度均采用20 m。

4.2 加固效果評(píng)價(jià)

4.2.1巖壁開挖成型效果

研究洞段受巖體蝕變、順洞向優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面等影響，巖體質(zhì)量整體較差，廠房第Ⅲ層中間抽槽開挖后，預(yù)留保護(hù)層的松弛破裂現(xiàn)象較普遍。之后，隨著預(yù)留保護(hù)層的開挖完成，該洞段永久邊墻的半孔率不高，局部巖臺(tái)開挖成型相對(duì)偏差，開挖成型總體一般，但巖壁吊車梁的斜巖臺(tái)基本保留完整，下拐點(diǎn)未見明顯缺失，通過(guò)適當(dāng)加固后可以作為巖錨梁的承載基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)開挖情況見圖8。

圖8 巖體蝕變洞段的巖壁開挖成型情況

4.2.2增設(shè)扶壁墻效果

圖9為運(yùn)行期僅考慮輪壓荷載(700 t和150 t兩臺(tái)單小車橋機(jī))下引起的巖壁吊車梁變形增量。相比無(wú)扶壁墻方案，增設(shè)扶壁墻后巖壁吊車梁最大變形增量由1.4 mm降低到0.8 mm左右，降低了約40%，可見，增設(shè)扶壁墻對(duì)輪壓荷載作用下巖壁吊車梁變形有較好的控制作用。另外，分析巖壁吊車梁錨桿受力特征，在運(yùn)行荷載作用下，無(wú)扶壁墻方案的受拉錨桿應(yīng)力增量可達(dá)到90 MPa，而增設(shè)扶壁墻方案的受拉錨桿應(yīng)力增量一般在40 MPa左右，扶壁墻可以提高巖壁吊車梁錨桿的安全裕度。進(jìn)一步分析巖壁吊車梁應(yīng)力特征，現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)施上述針對(duì)性加強(qiáng)處理措施后，考慮運(yùn)行荷載時(shí)巖臺(tái)的最大壓應(yīng)力小于0.5 MPa(不增設(shè)扶壁墻方案下的巖臺(tái)最大壓應(yīng)力為1.4 MPa)，未超過(guò)蝕變巖體的允許承載力?？梢姡g變巖體影響區(qū)域巖壁吊車梁在采用增設(shè)扶壁墻的補(bǔ)強(qiáng)加固方案后具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體安全穩(wěn)定較有利。

圖9 巖壁吊車梁輪壓荷載作用下變形增量對(duì)比

4.2.3安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警

地下廠房開挖完成后，巖壁吊車梁部位的圍巖最大累計(jì)變形達(dá)70 mm(預(yù)埋式多點(diǎn)位移計(jì)，廠左0+19下游側(cè)1 998 m高程)，圍巖變形可趨于穩(wěn)定，見圖10；另一方面，在整個(gè)廠房后續(xù)開挖(第Ⅳ～Ⅸ層)中，該部位各分層的開挖變形增長(zhǎng)和累計(jì)變形增量均基本控制在安全預(yù)警指標(biāo)以內(nèi)，見表4。表4中預(yù)警指標(biāo)根據(jù)開挖揭示地質(zhì)條件、工程類比、數(shù)值反饋分析與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等綜合擬定，并在施工中動(dòng)態(tài)修正?？梢姴扇∩鲜黾訌?qiáng)支護(hù)措施后，該洞段的圍巖變形及松弛問題得到了有效控制，表明以上針對(duì)性開挖支護(hù)方案取得了較好的工程效果。

圖10 廠房廠左0+19下游邊墻實(shí)測(cè)變形時(shí)程曲線

表4 廠房巖體蝕變帶2 006 m和2 009 m高程分層開挖實(shí)測(cè)變形增量與安全預(yù)警

5 結(jié) 論

a.通過(guò)系統(tǒng)分析巖體蝕變洞段圍巖的宏觀地質(zhì)條件、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、聲波檢測(cè)資料及巖石力學(xué)試驗(yàn)，提出了基于巖體縱波波速的巖體質(zhì)量分區(qū)、力學(xué)參數(shù)綜合評(píng)估方法，查明了該不良地質(zhì)體的圍巖質(zhì)量空間分區(qū)及演化特征，該方法可以快速、動(dòng)態(tài)、定量地將檢測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

b.施工期開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)反饋分析，建立了可靠的數(shù)值模型，對(duì)巖體蝕變帶的不利影響開展定量分析評(píng)價(jià)，并提出了施工期安全預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)評(píng)估各開挖階段圍巖穩(wěn)定性和潛在工程風(fēng)險(xiǎn)，為工程設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了技術(shù)支撐。

c.針對(duì)巖體蝕變帶對(duì)廠房高邊墻及巖錨梁穩(wěn)定性的不利影響，綜合采取了控制爆破開挖技術(shù)和系統(tǒng)性加強(qiáng)支護(hù)措施，其中“增設(shè)扶壁墻+預(yù)應(yīng)力錨索”的聯(lián)合加固措施較好解決了局部洞段巖臺(tái)松弛及承載力偏低的問題，相關(guān)數(shù)值分析及安全監(jiān)測(cè)均表明上述工程對(duì)策合理可靠。

d.地下廠房巖體蝕變帶的工程特性及影響機(jī)制復(fù)雜，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、試驗(yàn)研究、物探檢測(cè)及安全監(jiān)測(cè)，開展數(shù)值反饋分析與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，對(duì)保障工程安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。