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      瀑布溝水電站尾水閘門室上游邊墻開裂原因分析

      2011-04-25 10:45:58王能峰周云金尹顯科
      水電站設(shè)計 2011年2期
      關(guān)鍵詞:粒巖邊墻尾水

      王能峰,周云金,尹顯科,吳 強

      (中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川 成都 610072)

      1 前 言

      瀑布溝水電站地下廠房洞室群位于大壩左岸花崗巖山體中,埋深大于200m。其中尾水閘門室位于主變室下游,并與之平行布置,與主變室之間的巖墻厚32.7m,上游邊墻與6條尾水管及其連接洞相接,下游邊墻連接2條尾水洞,其上覆巖體240~300m,洞室全長206.5m,洞軸線N42°E,開挖斷面為城門洞形,斷面尺寸(寬×高)=17.4×55.15m,底板高程655.4m。

      2 基本情況調(diào)查

      從尾水閘門室上游邊墻0+00~0+64m段裂縫的現(xiàn)場調(diào)查情況看,裂縫分布范圍右側(cè)以 f19(βμ)輝綠巖脈斷層為界,在樁號0+64m處由拱座高程706m一直延伸至下部高程683m,上部基本沿拱座(高程706m)分布,左側(cè)邊界不明顯;在樁號0+00~0+64m,上部高程701~706m之間分布多條豎向裂縫。上部裂縫基本沿噴層開裂,其余上游側(cè)頂拱主要是噴層開裂,掛網(wǎng)鋼筋外露。樁號0+64m處沿f19(βμ)裂縫,上部寬7~8cm,深40cm,下部寬2~3cm,深20cm。

      3 基本地質(zhì)情況

      尾水閘門室上游邊墻樁號0+00~0+64m段巖性為花崗巖,微新巖體,塊狀~次塊狀結(jié)構(gòu),為Ⅱ類圍巖;樁號0+20~0+50m段頂拱巖體微風(fēng)化~新鮮,鑲嵌~次塊狀結(jié)構(gòu),為Ⅲ類圍巖。巖體中主要發(fā)育兩組節(jié)理:① 近 SN/E∠50°~55°,延伸3~6m,部分大于7m,新鮮,平直粗糙,閉合 ,間距40~70cm,局部20~30cm;② N55°~60°W/SW∠30°~40°,延伸4~7m,少數(shù)大于10m,新鮮,平直粗糙,閉合,間距 50~80cm,局部 30~40cm;③N20°~30°W/SW∠55°~65°,延伸4~7m,新鮮,平直粗糙,閉合,間距20~50cm。節(jié)理主要為兩組或兩組加隨機節(jié)理的組合。

      開挖揭示的軟弱結(jié)構(gòu)面為:

      (1)f19(βμ):輝綠巖脈斷層,產(chǎn)狀 N55°~65°W/SW∠75°~80°,跨三壁,寬 10~40cm,由碎裂巖、片狀巖及少量碎粒巖組成,帶內(nèi)可見條帶狀石英,結(jié)構(gòu)緊密,沿帶局部滲、滴水。

      (2)f(6):產(chǎn)狀 N30°W/SW∠40°,跨三壁,上游側(cè)逐漸尖滅,下游側(cè)被f19(βμ)限制,寬5~15cm,由碎裂巖及少量碎粒巖組成,結(jié)構(gòu)緊密,干燥。

      (3)f(7):產(chǎn)狀 N70°W/SW∠45°,跨三壁,上游側(cè)逐漸尖滅,下游側(cè)被f19(βμ)限制,寬3~10cm,由碎裂巖及少量碎粒巖組成,結(jié)構(gòu)緊密,干燥。

      (4)βμ(3):輝綠巖脈,產(chǎn)狀 N55°E/NW∠60°~75°,寬15~25cm,由碎裂巖、碎塊巖及少量碎粒巖組成,碎粒巖斷續(xù)分布于上盤面,厚2~3cm,結(jié)構(gòu)緊密,濕潤,在上游邊墻與f28(βμ)和g(13)相交,并被f(8)錯斷,錯距約3m,下游側(cè)出露于交通洞連接洞左端墻。

      (5)βμ(4):輝綠巖脈,N60°~70°W/SW∠75°~85°,僅出露于上游邊墻,寬度變化大,寬10~300cm,由碎裂巖、碎塊巖及少量碎粒巖組成,帶內(nèi)可見脈狀、團(tuán)塊狀石英,結(jié)構(gòu)緊密,濕潤,上部逐漸尖滅。

      此段地下水不豐,洞壁干燥,僅沿個別軟弱結(jié)構(gòu)面滲、滴水。

      上游側(cè)頂拱廠(橫)0+25~0+45m段有弱巖爆發(fā)生,主要表現(xiàn)為片、板狀剝落。

      此段開挖后成型基本規(guī)則,僅頂拱由于開挖爆破控制差,洞室成型不好,施工過程中,多處發(fā)生掉塊、垮塌。

      4 巖體物理力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計支護(hù)參數(shù)

      4.1 巖體物理力學(xué)指標(biāo)

      工程區(qū)新鮮~微風(fēng)化花崗巖濕抗壓強度Rw=100~150MPa,巖體多發(fā)育1~2組裂隙,結(jié)構(gòu)面間距大于0.5m,巖體聲波速度大于4.5km/s,結(jié)構(gòu)面新鮮粗糙,地下水活動微弱,巖體變形模量E0=15~30GPa,巖體為整體塊狀~塊狀結(jié)構(gòu),圍巖屬穩(wěn)定、基本穩(wěn)定的Ⅱ類,成洞條件較好。巖體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

      4.2 設(shè)計參數(shù)

      尾閘室支護(hù)參數(shù)為:

      (1)頂拱:φ28@120,L=6m,頂拱掛鋼筋網(wǎng) φ8@20×20。

      (2)上游邊墻:高程681.8m 以上 φ28@150,L=7m;681.8m 以下 φ32@150,L=7.5m,入巖7m。高程691m錨索2000kN@400,均長20m;高程687、683m錨索2000kN@400,均長33m,與主變室對穿;高程 679、675、671m 錨索 2000kN@400,均長20m;687m以上噴鋼纖維混凝土12cm,687m以下噴混凝土8cm。

      (3)下游邊墻:φ28@150,L=7m,下部 φ28@150,L=7.5m,入巖7m;高程691、687、683、679m 錨索2000kN@400,均長20m,上部噴鋼纖維混凝土12cm,下部噴混凝土8cm。

      表1 巖體物理力學(xué)性指標(biāo)建議值

      5 監(jiān)測分析

      對布置在尾水閘門室樁號0+5m和0+49.6m處的監(jiān)測斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析表明,0+5m處上游邊墻總變形量和變形速率均較小,而0+49.6m處上游邊墻總變形量較大,達(dá)60~80cm,同時對比主變室此樁號處的多點位移計的監(jiān)測數(shù)據(jù),分析得出如下結(jié)果(見圖1~5):

      (1)變形開始較快發(fā)展的時間在2007年9月下旬,尾水閘門室Ⅴ層1號井在2007年7月開挖完成,主變室在2007年5月開挖完成,2號尾水管及其連接洞開挖時段為2007年3月~2008年3月,說明變形與2號尾水管及其連接洞的開挖密切相關(guān)。

      圖1 主變室0+49.6m下游邊墻(高程686m)M 3 13多點位移計絕對位移—時間曲線

      圖2 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程700m)M 4 12多點位移計絕對位移—時間曲線

      圖3 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程691m)M 4 11多點位移計絕對位移—時間曲線

      圖4 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程679m)M 4 10多點位移計絕對位移—時間曲線

      (2)變形深度由上往下逐漸加深,與0+49.6m處橫剖面上βμ(3)輝綠巖脈位置相符,表明變形深度主要由βμ(3)控制。

      6 開裂原因分析

      依據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果,結(jié)合施工時段和地質(zhì)情況,分別模擬了不同開挖階段尾閘室上游邊墻附近的總體位移變化情況(見圖6)。分析表明,0+00~0+64m段的開裂主要受βμ(3)和f19(βμ)控制,同時由于2號尾水管及其連接洞開挖和尾水閘門室高邊墻引起的應(yīng)力調(diào)整,特別是2號尾水管及其連接洞的開挖,引起了此段尾閘室上游邊墻產(chǎn)生較大變形,最終導(dǎo)致變形開裂。

      7 處理方案及結(jié)論

      由于尾閘室上游邊墻中部有錨索支護(hù),對變形體進(jìn)行了有效的支護(hù),保證了上游邊墻此段沒有發(fā)生變形破壞直至垮塌。為了尾水閘門室洞室的長期穩(wěn)定,對此段采取了加強支護(hù),在樁號0+00~0+65m段的高程702~705m之間,在原有系統(tǒng)支護(hù)基礎(chǔ)上,內(nèi)插兩排φ28@250,L=12m的錨筋束。直至目前,此段變形監(jiān)測已經(jīng)收斂,穩(wěn)定。

      綜合以上表明:

      (1)尾閘室上游邊墻0+00~0+64m段的開裂主要受βμ(3)和f19(βμ)控制,同時由于2號尾水管及其連接洞開挖和尾水閘門室高邊墻引起的應(yīng)力調(diào)整,導(dǎo)致了開裂;

      (2)施工期應(yīng)注意洞室交叉洞段因存在潛在的軟弱結(jié)構(gòu)面組合快速開挖所導(dǎo)致較大的變形;

      (3)設(shè)計系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)以及后期的加強支護(hù)是有效的;

      (4)施工期的監(jiān)測尤為重要,并應(yīng)能及時分析反饋,同時應(yīng)重點關(guān)注薄弱部位的長期變形問題。

      圖5 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻(高程690m)錨索測力計PR5應(yīng)力值曲線

      圖6 尾水閘門室0+49.6m上游邊墻斷面不同開挖階段的總位移變化

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