周銘鑠， 賀邵生

(湖南省有色地質(zhì)勘查局二四七隊(duì) 湖南有色工程勘察研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

人們的生活水平不斷提高，對(duì)水電的需求也在增加，水電工程隨之快速發(fā)展，在某些地區(qū)發(fā)展水電站會(huì)面臨很多問題，例如由于地形的特點(diǎn)，采用地下洞室群施工使得穩(wěn)定性出現(xiàn)問題。很多地下洞群施工過程圍巖發(fā)生變化和裂縫，造成施工環(huán)境的不穩(wěn)定，需要針對(duì)這些情況進(jìn)行分析，保證施工環(huán)境的穩(wěn)定和施工人員的安全。

1 地下洞室群的工程地質(zhì)條件

1.1 工程簡(jiǎn)介

本文以某水電站為例分析了大型地下洞室群施工期圍巖穩(wěn)定問題，此水電站位于雅礱江大河灣干流河段，采用砼雙曲拱壩，最大壩高305 m。大壩下游350 m山體內(nèi)為水電站地下廠房，水平、垂直埋深分別為170 m、180～350 m，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查顯示，此區(qū)域節(jié)理裂隙發(fā)育、地應(yīng)力高，受斷層影響，存在較為嚴(yán)重的圍巖施工穩(wěn)定性問題。

1.2 地應(yīng)力

由于受地形和環(huán)境的影響，地下洞室群的地應(yīng)力分布不均勻，不同范圍內(nèi)的圍巖值代表不同的地應(yīng)力，一般圍巖強(qiáng)度在2～4就屬于高應(yīng)力區(qū)。地下洞室群施工廠房設(shè)計(jì)位置不合理也會(huì)影響圍巖的穩(wěn)定。當(dāng)?shù)貞?yīng)力較大時(shí)，嚴(yán)重破壞圍巖穩(wěn)定性，甚至造成廠房周圍施工環(huán)境大的變化，使得洞室群會(huì)發(fā)生裂縫、變形等，這些情況都會(huì)影響施工圍巖的穩(wěn)定情況。

為了地下洞室群施工圍巖穩(wěn)定性，要分析施工場(chǎng)地的情況，采用有效改善措施。由于廠房建設(shè)位于復(fù)雜地帶，問題突出，要針對(duì)圍巖不穩(wěn)定性分析施工環(huán)境。

1.3 圍巖情況

地向洞室群的地層分布情況特殊，施工廠房由不同的圍巖組成，不同的巖層分布不同區(qū)域，飽和壓力為65～80 MPa。

該水電站圍巖種類很多，具有斷層、局部破碎類型，有的斷層是平行發(fā)展，在樞紐區(qū)右岸有很多短程地帶，跨度很大，可能穿越主廠房、主變室，而且范圍很廣，這些地區(qū)由于風(fēng)化情況明顯，導(dǎo)致巖體的顏色呈現(xiàn)黃色。某水電站地區(qū)地應(yīng)力普遍很高，該地區(qū)存在很嚴(yán)重的巖爆現(xiàn)象。由于自重應(yīng)力，地應(yīng)力還與坡度有關(guān)。

通過不斷地研究地下洞室群的情況，剖析每個(gè)分期階段的特點(diǎn)，對(duì)地下洞室群的認(rèn)識(shí)會(huì)不斷加深。綜合分析各方面的信息，了解影響圍巖穩(wěn)定性的因素，再通過實(shí)驗(yàn)和模型分析，可針對(duì)分析結(jié)果采取有效的開挖措施，避免影響圍巖穩(wěn)定性。

1.4 巖性

通過分析施工作業(yè)環(huán)境，研究地下洞室群的地應(yīng)力條件穩(wěn)定性，采取相應(yīng)措施，表1為地下洞室群分期施工巖性。

表1 地下洞室群分期施工巖性

施工預(yù)測(cè)階段是分析實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷那闆r，對(duì)施工廠房各個(gè)組成部分進(jìn)行分析，可以看出前期的地下洞室群施工圍巖情況，實(shí)驗(yàn)和實(shí)際的情況存在出入，需要結(jié)合實(shí)際的圍巖情況分析對(duì)比，得到準(zhǔn)確結(jié)果，得出新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和參數(shù)模型。通過分析研究每個(gè)時(shí)期的地下洞室群的數(shù)據(jù)，確定圍巖穩(wěn)定情況，根據(jù)實(shí)際情況施工，提高施工安全系數(shù)，不對(duì)圍巖造成影響。

2 圍巖的穩(wěn)定特性的研究

2.1 圍巖的應(yīng)力分析

本工程地質(zhì)條件以及地下洞室群體型復(fù)雜，開挖支護(hù)施工也會(huì)對(duì)圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，因此圍巖存在著較為復(fù)雜的應(yīng)力變化。相鄰洞室開挖會(huì)對(duì)洞室圍巖產(chǎn)生明顯影響，隨著開挖施工的持續(xù)進(jìn)行，圍巖應(yīng)力不斷增加，整個(gè)開挖過程中，洞室群絕大部分洞室圍巖應(yīng)力分布狀態(tài)為不斷變化的態(tài)勢(shì)。

從調(diào)查資料中得出，最大主應(yīng)力均為沿著主廠房軸向方向的壓應(yīng)力，不同部位的圍巖應(yīng)力分布情況不同，斷層間圍巖應(yīng)力的變化較小，斷層出露處應(yīng)力偏大，與頂拱處相比，拱腳處應(yīng)力偏大。本工程上游側(cè)存在斷層，因此上游側(cè)頂拱應(yīng)力更大，下游稍小。

2.2 圍巖的變形分析

根據(jù)洞室開挖情況來看，開挖初期，圍巖主要為豎直變形，水平變形小，且變形最大處與斷層出露、地應(yīng)力方向密切相關(guān)；在進(jìn)行頂拱層開挖時(shí)，變形嚴(yán)重，必須高度重視，及時(shí)采取有效的支護(hù)加固措施，以保證后續(xù)施工的安全性。

在開挖過程中，圍巖有以下幾種變形：

(1)洞室邊墻上部開挖時(shí)，變形較小，但是隨著開挖的深入，洞室邊墻圍巖變形較大。

(2)開挖后期，受連接洞室開挖影響下，主變室上游側(cè)邊墻、主廠房下游側(cè)邊墻圍巖均出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的變形問題，尤其是洞室連接處變形最大；廠房-尾調(diào)連接洞開挖時(shí)，主廠房下游側(cè)中部巖柱下部圍巖以及邊墻下部的圍巖都有比較突出的豎直沉降變形。

(3)圍巖的變形隨著開挖進(jìn)行而不斷增大(特別是邊墻的變形)，為解決此問題，必須合理選擇支護(hù)、加固方法，及時(shí)施作，限制圍巖變形，保證洞室群開挖施工安全。

2.3 圍巖的塑性區(qū)分析

根據(jù)圍巖的塑性區(qū)分布情況可以得出：

(1)斷層會(huì)對(duì)洞室圍巖塑性區(qū)產(chǎn)生明顯影響，一旦洞室斷層穿越，則塑性區(qū)深度、范圍均會(huì)更大；

(2)在地下洞室群開挖結(jié)束后，巖體要是處在主廠房機(jī)窩處的話，基本上都是處在塑性狀態(tài)，圍巖破壞嚴(yán)重，危險(xiǎn)性極大；尾調(diào)室邊墻塑性區(qū)通常沿邊墻分布，深度可達(dá)到8 ～10 m。

(3)廠變連接洞圍巖和主廠房主變室兩側(cè)邊墻具有較差的穩(wěn)定性，在施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)圍巖破裂的現(xiàn)象。

2.4 加固和支護(hù)措施

地下洞室群主要支護(hù)方法包括：框格梁及襯砌混凝土、預(yù)應(yīng)力錨索、噴錨支護(hù)等。本地下廠房洞室群的開挖支護(hù)過程中，存在著局部涌水、極高地應(yīng)力、巖體強(qiáng)度及變模較低、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等地質(zhì)問題，對(duì)此必須嚴(yán)格按照以下原則進(jìn)行開挖支護(hù)設(shè)計(jì)：

(1)實(shí)施工程類比工作，充分借鑒已建工程經(jīng)驗(yàn)，落實(shí)巖體力學(xué)數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)向?qū)＜艺?qǐng)教；(2)堅(jiān)持“以柔性支護(hù)為主、以剛性支護(hù)為輔”“以系統(tǒng)支護(hù)為主、以局部加強(qiáng)支護(hù)為輔”，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力，提高支護(hù)設(shè)計(jì)靈活性；(3)堅(jiān)持“動(dòng)態(tài)的支護(hù)設(shè)計(jì)”和“特殊部位特殊支護(hù)”的基本原則。

此外，在開挖施工作業(yè)時(shí)，地下廠房下游拱部位噴層砼開裂，經(jīng)分析顯示其主要原因在于開挖卸荷受高地應(yīng)力影響，從而導(dǎo)致了上、下游出現(xiàn)不對(duì)稱變形，下游拱部位應(yīng)力集中。此外，基于主應(yīng)力方向和巖層產(chǎn)狀的不利組合，下游拱部位出現(xiàn)局部壓碎、劈裂破壞情況。因此，加強(qiáng)支護(hù)措施主要從提高圍巖的整體穩(wěn)定性，增強(qiáng)圍巖松動(dòng)區(qū)整體巖石的強(qiáng)度，阻止圍巖松弛深度向深部發(fā)展，限制表面巖體的側(cè)向變形等方面來進(jìn)行強(qiáng)化。

3 結(jié)語

該水電站地下洞室群施工情況比較復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造不穩(wěn)定，施工中的操作可能會(huì)導(dǎo)致圍巖不穩(wěn)定，需要分析具體情況來采取有效措施。認(rèn)為可以采用數(shù)值模型和施工結(jié)合，分析出地應(yīng)力、圍巖的情況，針對(duì)出現(xiàn)的情況采取防護(hù)措施，維持地下洞室群施工圍巖穩(wěn)定，保證施工正常進(jìn)行。