白蓮河抽水蓄能電站地下廠房圍巖穩定性研究

甘孝清，譚 勇，李端有

（長江科學院a.工程安全與災害防治研究所；b.水利部水工程安全與病害防治工程技術研究中心；c.國家大壩安全工程技術研究中心，武漢 430010）

白蓮河抽水蓄能電站地下廠房圍巖穩定性研究

甘孝清a，b，c，譚 勇a，b，c，李端有a，b，c

（長江科學院a.工程安全與災害防治研究所；b.水利部水工程安全與病害防治工程技術研究中心；c.國家大壩安全工程技術研究中心，武漢 430010）

安全監測是保障大型地下廠房施工期和運行期圍巖穩定的重要技術手段，亦可用于反饋設計和指導施工。利用施工期和運行期安全監測成果，分析研究了白蓮河抽水蓄能電站地下廠房圍巖變形、支護錨桿應力、錨索錨固力、格構梁鋼筋應力等的變化過程和相互影響規律，并對地下廠房圍巖的穩定性進行了綜合評價。結果表明：電站地下廠房圍巖最大表面變形15.79 mm，最大錨桿應力150.5 MPa，最大鋼筋拉應力63.76 MPa，最大鋼筋壓應力75.56 MPa，且各項測值已趨于穩定，圍巖在經歷施工期快速變形和蠕動變形后已經趨于穩定。

地下廠房；圍巖；變形；穩定；白蓮河抽水蓄能電站

1 工程概況

1.1 地下廠房簡介

湖北白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉境內的白蓮河水庫右壩頭上游側山體內，采用尾部式布置。地下廠房內布置4臺單機容量為300 MW可逆混流式水泵水輪電動發電機組，開挖尺寸為146.40 m×21.85 m×50.883 m（長×寬×高）。地下廠房與上游球閥室和下游主變洞、尾水閘門室4大洞室平行排列，四者之間巖體厚度分別為30，32，15.6 m。地下廠房內設1臺額定起重量為2×3 000 kN的雙小車橋式起重機，為減小地下廠房開挖跨度，有利于廠房后期施工，橋機支承結構采用巖壁吊車梁形式［1］。

1.2 地質條件

地下廠房上部自然地面高程為250.00～307.00 m，頂拱鉛直埋深132.00～212.00 m。地下廠房圍巖主要為新鮮灰白色中細粒二長花崗巖，少量因鉀化蝕變成為肉紅色花崗巖。除F8斷層破碎及影響帶為Ⅳ類圍巖外，地下廠房大部分洞段圍巖完整，為Ⅱ類圍巖，約占整個洞段的70%。頂拱部位F8斷層產狀：350°～30°／SW（NW）∠40°～50°，破碎帶水平寬度約7 m（真厚度約5 m），上盤基本無影響帶，下盤影響帶水平寬度約10～15 m。

1.3 地下廠房開挖與支護

地下廠房開挖施工分Ⅷ層進行，見圖1。頂拱層開挖先掘進中導洞，然后兩側擴挖，保護層光面爆破；II、III層開挖采用中間抽槽、梯段爆破，兩側預留保護層；Ⅳ—Ⅷ層先中部抽槽梯段爆破，后兩側保護層擴挖、光爆成型。

地下廠房支護采用系統砂漿錨桿與噴射混凝土相結合的方法。F8斷層范圍開挖前對斷層破碎帶及影響帶進行固結灌漿，頂拱部位沿洞軸線方向按間距0.8 m布置鋼筋格構梁。鋼筋格構梁與系統錨桿可靠連接，頂拱噴250～300 mm厚CF25鋼纖維混凝土。此外，為加強F8斷層部位支護，在圍巖上、下游側墻布置1 500 kN端頭錨固預應力錨索［2］。

圖1 地下廠房分層開挖示意圖Fig.1 Schematic diagram of the layered excavation of underground powerhouse

2 圍巖監測布置

2.1 變形監測

地下廠房共布置4個圍巖變形監測斷面，每個監測斷面內設9個收斂變形測點對圍巖表面變形進行監測，設7～8套4點式多點位移計對圍巖內部變錨桿應力隨之增加，變形趨于穩定時，錨桿應力亦趨于穩定；當圍巖變形增加時，格構梁鋼筋應力增加，變形趨于穩定時，鋼筋應力亦趨于穩定。

由各項監測指標的最大值及變化趨勢，可判斷出地下廠房圍巖已趨于穩定，處于安全工作狀態。

4 反饋設計與指導施工

安全監測成果除可對地下廠房圍巖穩定進行評價外，還可以用于反饋設計和指導施工。白蓮河抽水蓄能電站地下廠房Ⅴ—Ⅶ層開挖施工期間，球閥室與主廠房之間的高邊墻圍巖曾出現變形量增大、變形速率加快、錨桿應力增幅較快和錨索荷載增加的情況。將監測成果及時反饋給設計單位，經專題研究后，決定采取暫停開挖，完成支護后再開挖的施工措施，同時增加支護錨桿的數量和長度，提出支護與開挖掌子面最大距離不能超過10 m的要求，并建立準爆制度，在監理單位確認初期支護按要求完成后，才允許下一步開挖爆破。通過采取上述各項措施，圍巖變形和錨桿應力增幅過快的趨勢得到緩解，最終安全、順利、按期地完成了地下廠房的開挖與支護施工。

5 結 語

通過對白蓮河抽水蓄能電站地下廠房圍巖變形、錨桿應力、錨索錨固力和格構梁鋼筋應力的監測成果進行分析研究［3－4］，得出如下結論：

（1）地下廠房開挖期間圍巖變形符合地下洞室圍巖變形一般規律，開挖完成且電站進入試運行期后圍巖變形趨于穩定。

（2）圍巖變形對錨桿應力和格構梁鋼筋應力產生一定的影響，變形增加時，錨桿應力與鋼筋應力隨之增加，當變形趨于穩定后，二者亦趨于穩定。

（3）變形、錨桿應力、鋼筋應力及錨索錨固力等各項測值已趨于穩定，表明地下廠房圍巖在經歷施工期快速變形和蠕動變形后已經趨于穩定。

［1］ 李小進.白蓮河抽水蓄能電站輸水發電系統布置［J］.中南水力發電，2005，（4）：21－24.（LIXiao-jin.Water Conveyance and Power Generation System of Bailianhe Pumped Storage Station［J］.Zhongnan Shuili Fadian，2005，（4）：21－24.（in Chinese））

［2］ 陳 彬，安 萍，劉忠明.白蓮河抽水蓄能電站地下廠房開挖技術［J］.水電與新能源，2010，（1）：64－67.（CHEN Bin，AN Ping，LIU Zhong-ming.Excavating Processes of Bailianhe Pumped Storage Underground Powerhouse［J］.Hydropower and New Energy，2010，（1）：64－67.（in Chinese））

［3］ DL／T5209—2005，混凝土壩安全監測資料整編規程［S］.北京：中國水利水電出版社，2005.（DL／T5209—2005，Regulations of Data Compilation for Concrete Dam Safety Monitoring［S］.Beijing：China Water Power Press，2005.（in Chinese））

［4］ SL169—96，土石壩安全監測資料整編規程［S］.北京：中國水利水電出版社，1996.（SL169—96，Regulations of Data Compilation for Earth-Rock Fill Dam Safety Monitoring［S］.Beijing：China Water Power Press，1996.（in Chinese） ）

（編輯：陳 敏）

Stability of Surrounding Rockmass in the Underground Powerhouse of Bailianhe Pum ped Storage Station

GAN Xiao-qing，TAN Yong，LIDuan-you
（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Safetymonitoring is an important technical approach of safeguarding the stability of surrounding rockmass in large underground powerhouse during construction and operation，and can also be adopted in feedback design and construction guidance.Based on safetymonitoring data of Bailianhe underground powerhouse during construction and operation，the authors analyzed the variation and the regularity ofmutual impact of rock deformation，anchor bar stress，anchor force，steel-bar stress in the surrounding rockmass and evaluated its stability.Results showed that themaximum surface deformation of the underground powerhouse reached 15.79mm，themaximum anchor bar stress150.5MPa，themaximum steel-bar tensile stress63.76MPa and themaximum steel-bar compressive stress 75.56 MPa.All of them were stabilized.It’s concluded that the surrounding rockmass has tended to be stable in the subsequence of rapid deformation and creep deformation caused by construction.

underground powerhouse；surrounding rockmass；deformation；stability；Bailianhe pumped storage power station

TU457

A

1001－5485（2012）09－0107－04

10.3969／j.issn.1001－5485.2012.09.025

2012－07－01

甘孝清（1972－），男，湖北潛江人，高級工程師，從事水工建筑物安全監測與安全管理技術研究工作，（電話）027－82829879（電子信箱）gxqxf＠sina.com。