毛振凱，張西鋒

（中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065）

烏弄龍水電站地下廠房、主變洞、尾水調(diào)壓室三大洞室平行布置，軸線方向均為NE50°，間距分別為41.5 m和35.5 m；地下廠房輪廓尺寸189 m×26.7 m×70.25 m（長(zhǎng)×寬×高），廠房垂直方向最小埋深約129 m，最大埋深約331 m，側(cè)向埋深124 m～154 m。

主廠房開挖支護(hù)到尾水管層時(shí)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上下游巖錨梁頂部平臺(tái)表面上均有不同規(guī)模的與梁體垂直的橫向裂縫以及巖錨梁頂部平臺(tái)與巖壁之間的縱向裂縫。為了研究巖錨梁的穩(wěn)定性，本文采用多種監(jiān)測(cè)儀器的監(jiān)測(cè)資料對(duì)裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

1 裂縫和地質(zhì)概況

主廠房開挖至第八層時(shí)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上下游巖錨梁頂部平臺(tái)表面上均有不同規(guī)模的與梁體垂直的橫向裂縫以及巖錨梁頂部平臺(tái)與巖壁之間的縱向裂縫，具體情況為：

主廠房上游巖錨梁頂部平臺(tái)表面局部出現(xiàn)橫向裂縫，共計(jì)14條，主要分布在1#機(jī)和2#機(jī)組段，裂隙寬度較小，為混凝土表面裂縫；安裝間上游側(cè)巖錨梁頂部平臺(tái)與巖壁之間出現(xiàn)3條縱向裂縫，長(zhǎng)度1.1 m～4.0 m，寬度約為0.1 m～0.5 mm。

主廠房下游側(cè)橫向裂縫共計(jì)13條，多為表面局部裂縫。在3#機(jī)組區(qū)域內(nèi)有3條裂縫基本貫穿于表面，且有一條裂縫延伸到巖錨梁之上巖壁的混凝土噴層范圍，在巖壁混凝土噴層上面的裂縫延伸長(zhǎng)度約3 m，如圖1～2所示。

圖1 主廠房上游巖錨梁頂部平臺(tái)與巖壁之間裂縫圖

圖2 主廠房下游巖錨梁頂部平臺(tái)表面橫向裂縫圖

主廠房巖錨梁高程在1837.83～1835.23之間，揭露圍巖巖性為砂質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖互層，巖體完整新鮮、微風(fēng)化，洞壁干燥。發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要為層面裂隙，總體為Ⅲ1類圍巖；其次發(fā)育一組與洞向近平行的陡傾裂隙，開挖形成光面，圍巖完整性相對(duì)較差，為Ⅲ2類圍巖；由于地下廠房圍巖為層狀巖體，同一巖性帶結(jié)構(gòu)面和風(fēng)化程度相近，因此上游壁圍巖完整性與下游壁對(duì)應(yīng)段基本相同。主廠房整體側(cè)壁干燥，但頂拱仍有少量滲、滴水現(xiàn)象。

地下廠房巖錨梁區(qū)域總體仍以Ⅲ1～Ⅲ2類圍巖為主，其中上游壁1號(hào)機(jī)組至副廠房段多發(fā)于一組與洞壁小角度相交的陡傾裂隙，與層面切割后巖壁開挖后形成缺口；下游壁1號(hào)機(jī)組至副廠房段則發(fā)育一組中陡緩傾洞內(nèi)的裂隙，該組裂隙延伸長(zhǎng)度大，走向與洞壁近平行，與層面切割對(duì)洞壁穩(wěn)定不利。

2 巖錨梁裂隙成因分析

在巖錨梁附近圍巖布置的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：變形監(jiān)測(cè)、錨固受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)和錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)布置方式如圖3所示；巖錨梁上布置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：裂縫監(jiān)測(cè)、開合度監(jiān)測(cè)、錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)布置方式如圖4所示。

圖3 主廠房巖錨梁附近圍巖監(jiān)測(cè)布置圖

圖4 主廠房巖錨梁監(jiān)測(cè)布置圖

3 變形監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.1 多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁附近多點(diǎn)位移計(jì)圍巖孔口軸向位移在-0.47 mm～23.13 mm之間。多點(diǎn)位移計(jì)的位移過程曲線如圖5～6，由圖可以發(fā)現(xiàn)巖錨梁附近圍巖變形主要集中在0～7 m深度之間；多數(shù)多點(diǎn)位移計(jì)在第Ⅳ層開挖之后進(jìn)行安裝監(jiān)測(cè)，第Ⅴ層開挖對(duì)巖錨梁附近圍巖影響最大，隨著主廠房下臥開挖，巖錨梁附近圍巖在0～7 m深度依然有持續(xù)的變形，變形速率較第Ⅴ層有所減緩；三個(gè)監(jiān)測(cè)剖面上的多點(diǎn)位移計(jì)變形規(guī)律基本相似，變形量值差別不大。

圖5 主廠房廠右0+075.00上游邊墻高程1834.67 m的位移過程線圖

圖6 主廠房廠右0+066.00下游邊墻高程1834.67 m的位移過程線圖

3.2 測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

多數(shù)測(cè)縫計(jì)開合度在-0.37 mm～1.80 mm之間，變化基本穩(wěn)定，最大開合度出現(xiàn)在上游巖錨梁廠右0+96.30 m的J04-YML4監(jiān)測(cè)點(diǎn)。上游巖錨梁剖面4的3個(gè)測(cè)縫計(jì)位移過程曲線見圖7，結(jié)果顯示該剖面上部測(cè)縫計(jì)開合度測(cè)值大于下部測(cè)值，符合一般規(guī)律，且隨著主廠房下臥開挖，該剖面測(cè)縫計(jì)開合度有持續(xù)增加的趨勢(shì)。其他多數(shù)剖面測(cè)縫計(jì)開合度相對(duì)較小，且同一剖面上的測(cè)縫計(jì)開合度不滿足上部開合度大于下部開合度的一般規(guī)律。類比其他同類水電站地下廠房工程，烏弄龍主廠房巖錨梁測(cè)縫計(jì)開合度測(cè)值相對(duì)偏小。

圖7 主廠房上游巖錨梁廠右0+096.30 m剖面4測(cè)縫計(jì)開合度過程線圖

3.3 錨固受力狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁錨索測(cè)力計(jì)錨索鎖定荷載在1574.3 kN～1666.9 kN之間；錨索鎖定后48小時(shí)預(yù)應(yīng)力測(cè)值在1475.6 kN～1640.4 kN之間；錨索當(dāng)前荷載在353.0 kN～1898.5 kN之間。其中剖面A1-A1上下游邊墻的錨索受力有所增加（增幅13.9%～17.5%）；剖面A3-A3上游邊墻的錨索受力有所增加（增幅5.9%），下游邊墻的錨索受力有所減?。ń捣?2.7%）；剖面A2-A2上下游邊墻的錨索受力大幅減?。ń捣?2.8%～77.8%）。受力增加的錨索測(cè)力計(jì)過程曲線見圖8～10，可以發(fā)現(xiàn)錨索受力在第IV層開挖幅度較大，隨著開挖下臥，錨索受力持續(xù)增加，增加幅度有所減緩。

圖8 主廠房廠右0+020.25上游1833.92 m錨索測(cè)力計(jì)PR409-CFB1過程線圖

圖9 主廠房廠右0+11.25下游1832.42 m錨索測(cè)力計(jì)PR410-CFB1過程線圖

圖10 主廠房廠右0+146.25上游1833.92 m錨索測(cè)力計(jì)PR403-CFB3過程線圖

3.4 錨固應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

主廠房巖錨梁附近錨桿應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，A1-A1剖面上下游錨桿應(yīng)力計(jì)測(cè)值較小，在-9.6 MPa～74.0 MPa之間，A3-A3剖面上游錨桿應(yīng)力計(jì)測(cè)值居中，在18.2 MPa～88.6 MPa之間，A2-A2剖面上游錨桿應(yīng)力計(jì)測(cè)值最大，在57.0 MPa～469.4 MPa之間。其中主廠房廠右0+074.25 m上游邊墻1836.17 m高程的錨桿應(yīng)力計(jì)R401-CFB2出現(xiàn)的錨桿應(yīng)力超過量程的現(xiàn)象（量程300 MPa），主要受第Ⅳ和Ⅴ層爆破開挖影響，該區(qū)域多點(diǎn)位移計(jì)0～7 m深度發(fā)生大量變形，因此，布置在深度為7.0 m錨桿應(yīng)力計(jì)出現(xiàn)較大局部應(yīng)力，應(yīng)力測(cè)值陡增，如圖11所示。

圖11 主廠房廠右0+74.25上游邊墻高程1836.17錨桿應(yīng)力過程線圖

主廠房巖錨梁錨桿應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，上游巖錨梁廠右0+096.30 m深度7.0 m的錨桿應(yīng)力為558.5 MPa，下游巖錨梁廠右0+049.80 m深度7.0 m和廠右0+077.30 m深度5.0 m的錨桿應(yīng)力分別為575.5 MPa和501.3 MPa。廠右0+049.80 m和廠右0+077.30 m下部5.63 m即為2號(hào)和3號(hào)母線洞頂拱，母線洞開挖造成圍巖應(yīng)力調(diào)整，導(dǎo)致巖錨梁和母線洞區(qū)域應(yīng)力集中，促使巖錨梁部位巖體產(chǎn)生不均勻變形，從而使得錨桿應(yīng)力急劇增大。

4 數(shù)值計(jì)算結(jié)果分析

選取了主廠房上下游巖錨梁若干關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析分層開挖支護(hù)的巖錨梁沿洞軸方向位移變化，各關(guān)鍵點(diǎn)位置與編號(hào)見圖12?，F(xiàn)著重對(duì)上游巖錨梁關(guān)鍵點(diǎn)2和下游巖錨梁關(guān)鍵6進(jìn)行分析。

圖12 主廠房上下游巖錨梁關(guān)鍵點(diǎn)布置圖

合位移方面，上游巖錨梁整體合位移略大于下游側(cè)；水平位移方面，上游巖錨梁最大水平位移在第VIII層開挖時(shí)接近14 mm，而下游巖錨梁最大水平位移在第VIII層開挖時(shí)接近9 mm，上游巖錨梁的水平位移明顯大于下游巖錨梁水平位移，這也是上游巖錨梁頂部平臺(tái)與巖壁之間出現(xiàn)多條縱向裂縫的可能原因，縱向裂縫產(chǎn)生的區(qū)域，巖錨梁水平位移量值較大（14 mm左右）。

鉛直位移方面，上游巖錨梁最大鉛直位移在第VIII層開挖時(shí)接近5.5 mm，而下游巖錨梁最大鉛直位移在第VIII層開挖時(shí)接近11 mm，下游巖錨梁的鉛直位移明顯大于上游巖錨梁鉛直位移，其主要原因是下游巖錨梁下部5.63 m即為母線洞頂拱，母線洞開挖使得巖錨梁和母線洞之間圍巖向著母線洞臨空面方向發(fā)生變形，這是下游側(cè)巖錨梁頂部平臺(tái)表面出現(xiàn)多條橫向裂隙可能的原因。

5 結(jié)論及應(yīng)對(duì)措施

5.1 結(jié)論

對(duì)于檢查發(fā)現(xiàn)的主廠房上下游巖錨梁橫向和縱向裂縫，從開挖地質(zhì)條件、最新的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及數(shù)值分析等不同角度進(jìn)行了裂縫成因分析，分析結(jié)果表明：

上下游巖錨梁附近圍巖巖性為砂質(zhì)板巖和變質(zhì)砂巖互層，發(fā)育多條層面裂隙和陡傾裂隙，整體為III1～I(xiàn)II2類圍巖，層狀且裂隙發(fā)育是圍巖產(chǎn)生差異變形的前提。

多點(diǎn)位移計(jì)結(jié)果顯示圍巖變形主要集中在0～7 m的深度；最大開合度監(jiān)測(cè)值在上游巖錨梁廠右0+096.30 m處，該剖面上部測(cè)縫計(jì)開合度測(cè)值大于下部測(cè)值，符合一般規(guī)律，與實(shí)際檢查到的上游巖錨梁縱向裂縫所處位置基本一致；該處7 m深度的錨桿應(yīng)力測(cè)值也超過500 MPa，下游錨桿應(yīng)力測(cè)值較大區(qū)域主要集中在2號(hào)和3號(hào)母線洞上方巖錨梁區(qū)域。

數(shù)值分析結(jié)果表明，巖錨梁上的差異變形是導(dǎo)致巖錨梁橫向和縱向裂縫產(chǎn)生的主要原因。上游巖錨梁水平差異變形導(dǎo)致縱向裂縫的產(chǎn)生，下游巖錨梁鉛直差異變形導(dǎo)致橫向裂縫的產(chǎn)生。

主廠房上游巖錨梁廠右0+107.00 m縱向裂縫區(qū)域和下游巖錨梁廠右0+49.00 m橫向裂縫區(qū)域需要作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，必要時(shí)采用應(yīng)對(duì)措施。

5.2 應(yīng)對(duì)措施

加強(qiáng)上述重點(diǎn)區(qū)域的測(cè)量頻次，對(duì)于張大的裂隙，及時(shí)進(jìn)行寬度和深度測(cè)量。目前，巖錨梁上裂縫寬度還較小，深度還無法測(cè)量，對(duì)巖錨梁的整體穩(wěn)定性影響不大。但是巖錨梁裂縫如不及時(shí)進(jìn)行處理，會(huì)引起鋼筋的銹蝕，降低混凝土的耐久性和抗疲勞能力，對(duì)巖錨梁的整體穩(wěn)定性不利。因此，需要根據(jù)裂縫寬度的不同，分別對(duì)巖錨梁裂縫進(jìn)行固結(jié)灌漿或化學(xué)灌漿處理，以滿足巖錨梁穩(wěn)定性和安全性的要求。