溪洛渡水电站左岸主厂房下游侧墙7#机变形问题探讨

刘懿辉，李思嘉，吴灌洲

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，成都610072)

0 引言

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，是我国第二大水电工程，布置有超大规模的地下洞室群。左岸地下主厂房尺寸为439.74 m×75.6 m×28.4 m，洞轴线方向N24°W，地下厂区基岩为二叠系上统峨眉山玄武岩(P2β)，水平埋深约370～400 m，垂直埋深约100～300 m，围岩类别以Ⅱ类围岩为主，最大主应力值在15～17 MPa，方向集中N47°W～N68°W，与洞轴线方向夹角23°～44°［1］。左岸地下主厂房开挖方式为由顶拱至底部自上而下分层开挖，在开挖过程中，主厂房围岩变形大多在10 mm范围内，但下游侧边墙2008年1—12月多点位移计M4089－CL(高程385 m)监测到累计变形超过40 mm，对于地质条件较好的地下洞室变形来说，已处于较大的变形状态。

本文结合地质条件、Vp资料对此部位变形特点进行了系统分析研究，提出了相应处理建议，最后基于监测数据对处理后的围岩稳定性进行了评价。

1 变形特点及原因分析

1.1 变形特点分析

变形最大的部位出现在7#机组下游侧墙，2008年12月M4089－CL的测值达到40.4 mm，累计变形12个月。

7#机组下游侧墙布置的主要监测仪器见图1，多点位移计M4089－CL(高程385m)位移历时曲线见图2，变形与邻近的锚杆应力和锚索吨位关系见图3和图4。

图1 左岸主厂房7号机组下游侧墙主要监测仪器布置图

从图1的监测仪器布置图及各高程位移计过程曲线可知，其顶拱变形均＜5 mm，下游拱肩变形均＜3 mm，下游拱脚变形在6～15 mm。EL.385 m高程的位移计累计变形超过40 mm;拱脚部位位移较小，边墙部位位移相对较大，由表到里位移量明显衰减。

图2 左岸主厂房7号机组下游385高程4点位移计M4089－CL过程线与开挖层位关系图

由图2可知:

1)在第Ⅳ层(EL 384.5 m～EL 377.5 m)开挖前，多点位移计各测点的测值均较小(＜5 mm)，且变形曲线与时间轴平行，说明在第Ⅳ层开挖前M4089－CL处没有发生明显变形。

2)在第Ⅳ层(EL 384.5 m～EL 377.5 m)开挖中，孔口点、3 m点发生明显的位移突变，孔口点位移量由4.26 mm增至20.86 mm，3m点处位移量由0 mm增至8.5 mm，6 m点、15 m点位移曲线无明显变化，孔口点的位移增量明显＞3 m点出的位移增量(差值12.36mm)，说明在第Ⅳ层开挖过程中，表部发生了较明显变形，3 m＜变形深度＜6 m，且边墙向里位移量逐渐减小。

3)在第Ⅳ层～Ⅴ层(EL 377.5 m～EL 369.5 m)开挖间歇期，各监测曲线平行于时间轴，说明在开挖间歇期位移量、变形深度基本没变。

4)在第Ⅴ层开挖过程中，孔口点、3 m点、6 m点均有增大，且3处曲线的斜率基本一致，三曲线的间距基本不变，而15 m点处位移保持不变，6 m、15 m点处监测曲线之间间距增大(约8 mm)，说明此时变形向深部扩展，深度在6～15 m，而6 m之外岩体之间没有相对位移(同步位移量约6 mm)。

5)在第Ⅴ层～Ⅵ层(EL 369.5 m～EL 361.5 m)开挖间歇期，位移略有增长，变形规律与第Ⅴ层开挖时大致相同，但增幅明显降低。

由图3可见:2008年2月开始，锚杆应力逐步增大，同时，边墙多点位移计数值也在增大，把边墙位移曲线与下游侧墙锚杆应力曲线对比，两者有较好的对应性，锚杆应力的增长趋势与变形趋势基本一致。侧墙变形与锚索应力对比曲线

图3 左岸主厂房7号机组下游侧墙变形与锚杆应力对比曲线

图4 左岸主厂房7号机组下游

根据多点位移计变形曲线分析，截止2008年4月孔口处实测位移为23.13 mm，在2007年12月31日—2008年1月7日间孔口处位移由5.28 mm增至11.87 mm，该段时间为主厂房第Ⅳ层(EL 384.5 m～EL 377.5 m)施工开挖阶段，增长速率快，其6 m处测值为2.97 mm，对应此部位锚索测力器(DP20－CL)386.8 m高程测值为2 227.2 kN(锚索设计值1 750 kN)，超过设计值27.3%，表明锚索拉力偏大。截至2010年2月，M4089—CL过程线表现已稳定，见图7。围岩稳定状况良好。

1.2 变形原因分析

1.2.1 地质分析

左岸主厂房7#机(厂横0+204 m)下游侧边墙385.5高程M4089—CL监测点处于P2β6层中下部，断面上部至398.0 m高程发育2条错动带Lc1和Lc2，见图5，产状N30°E/SE∠20°，主错带厚度3～5 cm，充填石英绿帘石条带和少量岩屑，无影响带。下部至363 m高程。发育4条层内错动带Lc3～Lc6，产状N30°E/SE∠10°～20°，倾向洞内，主错带厚度1～3 cm，带内物质以角砾岩屑为主，局部充填绿帘石条带，无影响带。0+198～0+205 m段岩锚梁下拐点下方0.5～1.5 m附近发育1条长裂隙L1，产状N25°W/SW∠75°，裂面起伏粗糙，新鲜，局部微张(张开约5 mm)。该裂隙走向与洞轴向近于平行，且倾向洞内，局部已贯通至岩锚梁斜面。7#母线洞上部柱状节理较发育。岩体总体较完整，呈块状～次块状结构。围岩类别以Ⅱ类为主，裂隙L1及Lc1、Lc2和Lc3包围部位围岩类别为Ⅲ1类［2］。

图5 监测点附近地质素描图

左岸主厂房7#机监测点都处于P2β6层中下部，层内错动带较发育。监测点位于三条层内错动带之间，根据结构面产状空间组合分析，监测点处无明显面向边墙临空面的不利组合块体。主厂房、主变室间岩柱厚度较大，目前无证据表明它们有整体变形和联系的现象。

1.2.2 声波资料分析

该处声波测试孔利用在该段加强支护的12 m预应力锚杆所造孔。在EL 383 m、EL 385 m和EL 387 m高程共布置9孔。测试日期为2008年6月，当时左岸主厂房开挖到Ⅴ～Ⅵ层。各深度范围内声波平均值见表1。

表1 左岸主厂房7#机下游侧边墙EL383～387m声波平均值

该处为Ⅲ1类围岩，根据前期及施工详图设计阶段工程区岩体声波波速综合分析成果，取无卸荷松弛Ⅲ1类围岩声波平均值5 200 m/s，该部位9～12 m、6～9 m、3～6 m和0～3 m深度范围内分别较之衰减10.5%、27.5%、37.0%和47.0%。

随着深度增大，围岩声波值衰减幅度也相应减小，表示松弛卸荷是由外及内，浅表松弛较深部松弛大，符合一般规律。该处部位松弛卸荷深度较大，9～12 m深度仍有10.5m%的衰减。

声波测试曲线图揭示，各孔声波值随深度变化无明显拐点，多呈锯齿状。一般认为是随着围岩松弛卸荷后，节理裂隙面张开，声波通过裂隙面时速度衰减。由表1可知:

1)9～12 m深度段声波平均值4 657 m/s，基本与Ⅲ1类围岩开挖卸荷前声波平均值相近。

2)6～9 m、3～6 m和0～3 m各深度段平均值3 768 m/s、3 268 m/s和2 744 m/s与Ⅲ1类未扰动岩体Vp值相差较大，据此推理，可将围岩松弛深度范围确定为0～9 m。

1.3 小结

根据监测资料分析，多点位移计的数值变化、锚杆锚索的应力变化与主厂房下层开挖存在密切关系。根据声波资料分析，围岩松弛范围为0～9m。因此，有必要对局部松弛岩体进行加强支护。

2 处理措施

综合以上资料分析，确定如下处理措施:

1)实测位移值较大位置主要分布在洞壁表层＞6 m范围内，根据声波资料显示围岩松弛深度在0～9 m，且位移变化速率较快时段恰处于主厂房进行第Ⅳ层开挖。

2)考虑到锚索拉力值偏大，已超过设计值27%，随着边墙的下挖，锚索应力可能进一步增加，为了避免锚索拉力超过极限突然断裂，引发边墙突发变位，经研究决定需对该部位采取局部加强支护措施［3］。

3)在左岸主厂房(厂横)0+195.1～(厂横)0+217.5 m段，高程383.00～386.50 m范围内，在已实施的系统锚杆之间内插增设预应力锚杆，参数为:PBФ32，L=12 m，T=120 kN。

4)在2008年7月，锚杆实施之后，位移及锚杆、锚索应力值基本不再增加，呈收敛趋势，位移曲线见图7。

图7 左岸主厂房7号机下游385高程4点位移计M4089－CL过程线

3 结论

从各监测部位整体情况分析，大部分岩体变形接近弹性变形，大部分属于浅表层变形，个别部位变形深度在10 m以上。变形主要发生在开挖施工期间，随着开挖工作的结束，系统支护的跟进，主厂房部位变形量级较小，测点的变形基本收敛。左岸地下厂房的稳定性良好。

［1］中华人民共和国建设部，国家质量监督检验检疫总局.GB50287—2006水力发电工程地质勘察规范［S］.北京:中国计划出版社，2008.

［2］郑颖人，朱合华.地下工程围岩稳定分析与设计理论［M］.北京:人民交通出版社，2012.

［3］马莎.地下洞室围岩稳定非线性理论和方法［M］.北京:水利水电出版社，2011.