敖慧斌,李 揚

（1.二灘水電開發(fā)有限責任公司，四川 鹽源縣 615704;2.成都勘測設計研究院，四川 成都610000）

目前，水電工程中的地下洞室的規(guī)模越來越大，地下洞室群的布局和所處的地質環(huán)境也越來越復雜。地下工程實踐已經揭示了工程圍巖破壞可以概括地分為兩大類，一類是應力控制型破壞；另一類是塊體控制型破壞(也稱結構面控制型破壞或重力型破壞)。地下洞室（尤其大跨度地下洞室）圍巖的變形與破壞大多受結構面控制，結構面的分布、特征及組合關系是巖體穩(wěn)定的內在因素，它決定巖體的穩(wěn)定程度、可能變形破壞的邊界條件、方式、規(guī)模和特征等。因此，對于不穩(wěn)定塊體影響下地下洞室圍巖變形與破壞的重點研究，對地下工程具有重要意義。前人圍繞這一問題從塊體的定性調查、定性分析預報以及圍巖穩(wěn)定性計算分析進行了許多研究工作。紫坪鋪工程1號、2號泄洪洞龍?zhí)ь^段的塌方調查結果 (宋戰(zhàn)平等，2003)也同樣說明了這一點。調查結果還表明，在所有塌落塊體中受優(yōu)勢結構面和層面切割的結構體占絕大多數。

1 工程地質概況

某電站樞紐主要建筑物由碾壓混凝土重力壩，右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)、壩身泄洪系統(tǒng)組成。主廠房、主變室、尾調室三大洞室平行布置，軸線方向N5°E，主廠房與主變室間巖柱厚49.2 m，尾調室與主變室間巖柱厚48.8 m。引水洞采用一機一洞布置，尾水調壓室采用“兩機一室”布置型式，設置兩個條型調壓室，下室寬度20.00 m，上室寬21.50 m，洞高76.00 m。尾調室及部分主變室置于P2β15-1層灰綠色斑狀玄武巖中?？讖椒y試表明，廠房區(qū)最大主應力σ1方向為N27.3°～53°W，平均值N35.4°W，最大主應力量級 25.0～35.17 MPa。廠房軸線與廠區(qū)孔徑法實測最大主應力（σ1）方向平均值的夾角40.4°。

2 尾調室開挖揭示的地質條件

尾調室圍巖,巖性主要為P2β15-1輝斑玄武巖，為灰綠色，巖石堅硬。巖體較完整、較破碎，以塊、次塊狀、塊裂狀結構為主，局部裂隙密集帶為鑲嵌、碎裂結構。巖體呈微—新鮮狀態(tài)，節(jié)理面偶見銹染。局部受錯動帶影響，錯動帶及影響帶圍巖呈弱風化。地下水較豐富。主要發(fā)育5組裂隙，N30°～50°W/NE∠75°～85°，對上游邊墻的穩(wěn)定不利；N5°～15°E/SE∠10°～20°對洞室頂拱、上游側邊墻穩(wěn)定不利；EW/S（N）∠60°～75°；近 SN/W∠55°～60°與其他裂隙組合在頂拱、下游側邊墻可形成不穩(wěn)定塊體，對洞室的穩(wěn)定不利；N30°～55°W/SW∠35°～50°。共發(fā)育9條錯動帶，平行軸向開裂縫范圍發(fā)育5條。

3 尾調室頂拱噴層裂縫的概況

在尾調室開挖過程中頂拱部位出現(xiàn)了多次混凝土噴層開裂，其中第一次開裂出現(xiàn)時間為2008年7月份，中導洞上游拱肩部位樁號0+080—0+095 m噴錨混凝土出現(xiàn)與洞軸線近于平行波狀裂縫；第二次開裂出現(xiàn)時間為2008年10月份，中導洞頂拱偏下游側樁號0+095—0+135 m噴錨混凝土出現(xiàn)與洞軸線近于平行波狀裂縫，呈斷續(xù)發(fā)展，裂縫開度約3～5 cm，同時出現(xiàn)一條裂縫橫穿頂拱，與第一次開裂出現(xiàn)的裂縫基本相連接；第三次開裂出現(xiàn)時間為2008年11月份，S端墻附近樁號0+147—0+165.5 m噴錨混凝土出現(xiàn)橫穿頂拱的裂縫，長度約25 m，縫寬1～3 cm，裂縫基本沿錯動帶（fxt05）出露線展布。從裂縫形態(tài)上來看，尾調室頂拱噴層裂縫既有張拉型裂縫，又有剪切型裂縫，或者兩者復合型。而這種裂縫形態(tài)多樣性的同時呈現(xiàn)，預示著尾調室頂拱噴層開裂機制的復雜性。

4 頂拱噴層開裂的影響因素

4.1 施工因素

頂拱噴層第一次開裂出現(xiàn)在第一層上游側擴挖到樁號0+080—0+095區(qū)域，開挖放炮引起的強振動導致圍巖強烈的擾動，該區(qū)域的監(jiān)測斷面0+095的頂拱監(jiān)測數據顯示了這一擾動后果—孔口位移顯著增加，量值達到15 mm左右，位移速率增加到0.36 mm/d，錨桿應力計失效，無任何讀數。第二次裂縫出現(xiàn)的時段發(fā)生在第二層下臥即中間拉槽爆破的時期，該區(qū)域的監(jiān)測斷面0+095的頂拱監(jiān)測數據顯示，孔口位移顯著增加，量值達到27 mm左右，位移速率增加到0.3 mm/d，監(jiān)測斷面0+090的頂拱錨桿應力計持續(xù)增加到約300 MPa，將超標，預示著實際施加的支護作用已無法承受這種擾動，圍巖持續(xù)的變形和錨桿應力持續(xù)增加將導致應力計失效。從開裂縫的發(fā)生、發(fā)展及開挖支護的過程來看，這些裂縫開始出現(xiàn)的時段與開裂區(qū)施工開挖基本相對應。洞室開挖后破壞了原始應力狀態(tài)，在應力調整釋放的過程中，若沒有有效及時的補強支護，洞室周圍松弛圈的深度以及塑性區(qū)的深度有可能較深，洞室的收斂變形穩(wěn)定也將是緩慢的。另外明顯可見開挖爆破的振動擾動對開裂縫的參數有著非常大的影響，支護不及時也是造成開裂縫很重要的誘因。

4.2 地質因素

尾調室裂隙及錯動帶發(fā)育，錯動帶出露范圍巖體完整性較差，易沿結構面發(fā)生掉塊。錯動帶與陡緩傾角節(jié)理相交、組合可形成不穩(wěn)定塊體而發(fā)生塌方。如錯動帶fxt06，fxt09與節(jié)理③在拱肩及邊墻部位相交組合，形成不利洞室穩(wěn)定的塊體；靠S端墻段緩傾節(jié)理②、⑤組在頂拱及邊墻較為發(fā)育，其與陡傾角節(jié)理切割易形成不穩(wěn)定塊體。尤其在尾調室上下游側與洞軸線相交銳角的裂隙、錯動帶與其余結構面的組合塊體。

上下游側頂拱，由于緩傾角錯動帶fxt01，fxt05，fxt06在頂拱上方1～3 m內發(fā)育，與其它陡傾角錯動帶、裂隙組合構成塊體，開挖后頂拱部位沿錯動帶結構面大部分已塌落，兩側拱角至拱肩未塌落部分構成不穩(wěn)定三角塊體。隨著開挖揭示，針對不同錯動帶及裂隙組合進行了塊體穩(wěn)定分析，并進行了預應力錨桿和錨索加強支護處理。下游側廠橫0+30—0+124 m，高程1244.5～1241 m由于發(fā)育錯動帶fxt01與裂隙相互擠壓構成起伏，厚度變化較大（50～200 cm）的破碎影響帶，該帶巖體破碎，部分夾有不連續(xù)1 cm左右的泥條，性狀較差，條帶范圍內含水較高，呈濕潤—浸水，圍巖類別為IV類。對拱肩及邊墻穩(wěn)定性不利。該條帶第Ⅰ層開挖過程中已大部分揭露。為了適應下臥開挖引起的應力場再次的調整，確保洞室穩(wěn)定，進行了加強支護處理。

4.3 地應力因素

根據計算以及實際開挖可以看出，目前尾調室開挖中地應力造成的影響應屬于無巖爆—弱巖爆。根據實際開挖情況來看：尾調室節(jié)理、錯動帶發(fā)育，巖體較完整、較破碎，以塊、次塊狀、塊裂狀結構為主，局部裂隙密集帶為鑲嵌—碎裂結構。地下水較豐富，廠橫0+125—廠橫0+165 m全洞濕潤頂拱多處滴水，其余洞室濕潤，局部浸、滴水。上述不良地質現(xiàn)象有利于釋放地應力。同時開挖過程中、開挖后及支護后也很少發(fā)生地應力過大產生的不良現(xiàn)象。加上根據巖爆分級局部可能發(fā)生低—中等巖爆以及裂縫的類型來看，也不是巖爆現(xiàn)象。但顯而易見，地應力對裂縫肯定存在一定的影響，由于三維狀況下的地下巖體，開挖破壞后至平衡的過程中，肯定會發(fā)生應力的釋放及松弛現(xiàn)象，在這一初始地應力條件上的開挖引起圍巖應力調整為頂拱噴層開裂提供了較強的應力基礎。另外地應力荷載水平方向較大，且最大荷載方向與洞室軸線斜角約40°，洞室圍巖就有可能產生環(huán)帶狀分層變形現(xiàn)象，造成開裂縫的發(fā)生。根據上述因素分析，地應力雖然沒發(fā)生巖爆等破壞現(xiàn)象，但對裂縫的產生仍然起到很重要的原因。

4.4 噴護接縫

從施工支護來看，第一層中導洞開挖噴錨支護與第一層下游側擴挖噴錨支護，這兩次支護存在先后，它們之間的接觸部位為噴層的薄弱環(huán)節(jié)。從開裂縫的發(fā)育部位以及現(xiàn)場來看，對于噴護接縫開裂基本可以排除。

4.5 受力不均

另外數值計算表明，上、下游拱肩部位壓應力水平差異較大，且下游拱肩壓應力明顯大于上游拱肩，這種不均勻的壓應力狀態(tài)，并不利于巖拱的荷載傳遞，對頂拱巖拱的形成產生不利影響；最小主應力顯示頂拱部位松弛范圍較大且松弛深度在圍巖內部影響較深，最大深度可以達到8 m左右，而在頂拱靠近臨空面的部位最小主應力接近為零且存在拉應力；從塑性區(qū)分布來看，拱座及其以上部位且距頂拱臨空面3 m左右范圍內存在錯動帶時，頂拱范圍均存在張拉破壞、拉剪破壞或者剪切破壞，這與頂拱噴層裂縫表現(xiàn)形態(tài)基本一致；而且還可以發(fā)現(xiàn)，當錯動帶在頂拱或拱肩時，錯動帶本身也產生了較大范圍的塑性區(qū)，而由此也會引起沿錯動帶的滑移變形。

5 結論

根據實際開挖揭露地質情況，對尾調室工程地質概況、開挖揭示的地質條件及尾調室頂拱噴層裂縫的概況進行介紹，從施工因素、地質因素、地應力因素、噴護接縫、受力不均等因素進行了分析探討，認為頂拱平行軸向開裂縫原因以結構面因素、地應力因素所致。

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