瀑布溝水電站巖壁吊車(chē)梁施工期缺陷處理設(shè)計(jì)

李建華，譚可奇，胥世川

(中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 工程概況

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級(jí)規(guī)劃中的第17個(gè)梯級(jí)，壩址位于大渡河中游尼日河匯口上游覺(jué)托附近；電站采用壩式開(kāi)發(fā)，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。電站安裝6臺(tái)單機(jī)容量為600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量3600MW；電站最大水頭181.7m，最小水頭114.3m，額定水頭154.6/156.7m；地下廠房深埋于左岸山體內(nèi)，垂直埋深220～360m，水平埋深約400m；廠房縱軸線方位為N42°E。

地下廠房發(fā)電系統(tǒng)建筑物由主副廠房、主變室、尾水閘門(mén)室、兩條無(wú)壓尾水隧洞及附屬洞室和開(kāi)關(guān)站等組成。主廠房、主變室、尾水閘門(mén)室三大洞室平行布置，主廠房尺寸為294.10m×26.8m×70.175m(長(zhǎng)×寬×高)，廠內(nèi)裝有2臺(tái)420+420t/16t雙小車(chē)橋式起重機(jī)，廠內(nèi)吊車(chē)梁為巖壁吊車(chē)梁，主廠房吊車(chē)梁以上開(kāi)挖跨度為30.70m，以下開(kāi)挖跨度為26.80m；主變室尺寸為249.10m×18.3m×25.975m(長(zhǎng)×寬×高)；尾水閘門(mén)室尺寸為206.5m×17.4m×56.35m(長(zhǎng)×寬×高)。

2 巖壁吊車(chē)梁基本地質(zhì)條件

地下廠房上下游邊墻圍巖巖性為花崗巖，微新巖體，塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，為Ⅱ類圍巖，局部為Ⅲ類圍巖。巖體中主要發(fā)育四組節(jié)理：①近SN/E∠50°～70°,延伸長(zhǎng)3～5m，間距為一般40～60cm，新鮮，平直粗糙，閉合，部分見(jiàn)蝕變膜充填；②N30°～50°W/SW∠30°～40°，延伸長(zhǎng)4～6m，間距一般為60～80cm，新鮮，平直粗糙，閉合，多見(jiàn)蝕變膜充填；③N30°～50°W/NE∠70°～85°，延伸長(zhǎng)2～4m，間距一般為60～80cm，新鮮，平直粗糙，普遍充填蝕變膜；④N50°～60°E/SE∠65°～75°，延伸長(zhǎng)3～5m，間距一般為20～40cm，新鮮，平直粗糙，閉合；節(jié)理主要為兩組或兩組加隨機(jī)節(jié)理的組合。

開(kāi)挖揭示的軟弱結(jié)構(gòu)面為：

(1)f(1)(βμ)：輝綠巖脈斷層，產(chǎn)狀N45°～50°E/SE∠50°～70°，跨三壁，寬0.3～3.0m，由碎粒巖及壓碎巖組成，局部存在石英團(tuán)塊或石英細(xì)脈，結(jié)構(gòu)緊密，巖帶局部滲滴水或濕潤(rùn)。該斷層被斷層f(1)錯(cuò)斷，錯(cuò)距1.5～2.0m，并被f14(βμ)限制。

(2)f9(βμ)：輝綠巖脈斷層，產(chǎn)狀N80°～85°E/SE∠80°～85°，寬30～50 cm，由壓碎巖、巖屑及碎粒巖組成，結(jié)構(gòu)緊密，沿帶局部滲滴水或濕潤(rùn)。該斷層分別被斷層f1(βμ)、f(1)錯(cuò)斷，并被f14(βμ)限制。

(3)f9-1(βμ)：輝綠巖脈斷層，產(chǎn)狀N70°～80°E/SE∠80°～85°，寬10～30cm，由壓碎巖及碎粒巖組成，結(jié)構(gòu)緊密，干燥。

(4)f14(βμ)：輝綠巖脈斷層，產(chǎn)狀N80°～85°W/SW∠80°～85°，寬1.5～4.0m，局部達(dá)6.0m，最窄處僅10～20cm，由壓碎巖、巖屑及碎粒巖組成，局部存在石英團(tuán)塊或石英細(xì)脈，結(jié)構(gòu)緊密，巖帶局部滲滴水或濕潤(rùn)。

(5)f(1)：產(chǎn)狀N40°W/SW∠45°，跨三壁，寬3～10cm，由碎粒巖、角礫和巖屑組成，結(jié)構(gòu)緊密，沿帶局部滲滴水或濕潤(rùn)，帶內(nèi)物質(zhì)遇水軟化。該斷層延伸長(zhǎng)，將斷層f14(βμ)、f(1)(βμ)錯(cuò)斷。

施工期間洞壁干燥，僅個(gè)別軟弱結(jié)構(gòu)面滲、滴水。

3 巖壁吊車(chē)梁的設(shè)計(jì)

吊車(chē)梁截面尺寸為2.75m×2.85m(高×寬)，壁座角36.347°，布置見(jiàn)圖1。根據(jù)通風(fēng)及電氣專業(yè)的要求，吊車(chē)梁體內(nèi)埋有通風(fēng)鋼管及電氣的預(yù)埋線管。

主要支護(hù)參數(shù)：2排受拉錨桿Ф40@70，長(zhǎng)度分別為13.1m和12.7m(入巖長(zhǎng)度10m)，1排受壓錨桿Ф32@100，L= 9.19m(入巖長(zhǎng)度8m)，1排水平支護(hù)錨桿Ф28@100，L=8.38m(入巖長(zhǎng)度7m)。混凝土標(biāo)號(hào)C25。

圖1 巖壁吊車(chē)梁結(jié)構(gòu)布置示意

4 巖壁吊車(chē)梁施工缺陷(見(jiàn)表1)

表1 巖壁吊車(chē)梁施工缺陷

5 巖壁吊車(chē)梁施工缺陷處理

5.1 巖壁開(kāi)挖

(1)巖壁面局部超欠挖的處理措施(見(jiàn)圖2)。

①與設(shè)計(jì)開(kāi)挖面超挖小于20cm 的部位不進(jìn)行處理，直接澆筑巖壁吊車(chē)梁混凝土；

②與設(shè)計(jì)開(kāi)挖面超挖大于20cm 的部位采用混凝土填補(bǔ)巖臺(tái)，同時(shí)在回填的混凝土中布置Φ22@20cm層面筋，修補(bǔ)的鋼筋混凝土塊用Φ25@100cm、L=5m錨桿拉錨，錨桿與面層鋼筋焊接連接；

③局部欠挖采用人工或機(jī)械清理至設(shè)計(jì)開(kāi)挖面。

(2)斷層部位巖壁垮塌處理措施(見(jiàn)圖3、4)。

①清除巖壁梁上拐點(diǎn)、下拐點(diǎn)及巖壁欠挖面碎巖塊；

②與設(shè)計(jì)開(kāi)挖面超挖大于20cm 的部位采用混凝土填補(bǔ)巖臺(tái)，同時(shí)在回填的混凝土中布置Φ22@20cm層面筋，修補(bǔ)的鋼筋混凝土塊用Φ25@100cm、L=5m錨桿拉錨；

③在上游邊墻巖壁吊車(chē)梁的巖壁面及下拐點(diǎn)分別設(shè)置3排Ф40@150cm×150cm加強(qiáng)錨桿，錨桿角度76°；

④對(duì)主廠房上下游邊墻出露的巖脈斷層f14(βμ)范圍設(shè)置掛網(wǎng)鋼筋Ф8@20cm×20cm，寬度超出巖脈斷層及巖脈兩側(cè)各1m，高度方向下至高程666.20m，掛網(wǎng)鋼筋與外露系統(tǒng)錨桿焊接；

⑤上游邊墻巖壁吊車(chē)梁樁號(hào)廠(橫)0+146.00～0+152.00m段巖壁面及下拐點(diǎn)范圍設(shè)置灌漿管，間排距1.0m，灌漿管深入巖石0.5m，灌漿孔深入巖石6.0m。

圖2 巖壁吊車(chē)梁超挖處理典型示意

圖3 巖壁吊車(chē)梁巖體垮塌處理

圖4 巖壁吊車(chē)梁巖脈處理

(3)母線洞開(kāi)挖滯后塑性區(qū)處理措施。主廠房下游邊墻6條母線洞范圍樁號(hào)廠(橫)0+006.70～0+190.60m段上部巖壁吊車(chē)梁上的2排受拉錨桿長(zhǎng)度加長(zhǎng)，原Ф40@70，L=13.1m的錨桿調(diào)整為Ф40@70，L=15.1m，伸入巖石12m；原Ф40@70，L=12.7m的錨桿調(diào)整為Ф40@70，L=14.7m，伸入巖石12m。

5.2 巖壁吊車(chē)梁混凝土澆注后

廠房下游邊墻廠(橫)0+109.00～0+119.00m巖壁吊車(chē)梁與巖壁間出現(xiàn)一條開(kāi)裂縫，采取了以下措施對(duì)該段范圍的圍巖進(jìn)行了加固：

(1)在系統(tǒng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，在吊車(chē)梁高程以下三排系統(tǒng)錨索之間內(nèi)插A型(5根、1 500kN、L=28m)、B型(7根、1 500kN、L=20m)、C型(2根對(duì)穿、1 500kN、L=30m)三種類型錨索。在出露的f9巖脈斷層兩側(cè)，吊車(chē)梁下緣至主機(jī)間下游墻開(kāi)挖底面，在原系統(tǒng)支護(hù)錨桿之間，內(nèi)插布置3Φ32錨筋樁、L=15m、間排距約1.5m；且母線洞頂部高程683.85m以上母線洞開(kāi)挖輪廓以外部分布置3Φ32錨筋樁、L=15m，錨筋樁向上傾角9°。

(2)對(duì)吊車(chē)梁結(jié)構(gòu)采取如下措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)裂縫用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填充封閉；在該段巖壁吊車(chē)梁兩排拉桿之間增加布置一排拉桿Φ40@70cm、L=15m；將4號(hào)母線洞鎖口框架結(jié)構(gòu)向上抬升，與吊車(chē)梁下緣連接。

6 巖壁吊車(chē)梁監(jiān)測(cè)分析

6.1 變形、錨桿及錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)值

廠房開(kāi)挖從2004年開(kāi)始，2007年底全部開(kāi)挖完成，監(jiān)測(cè)資料截止到2013年3月。巖壁吊車(chē)梁上下游墻變形的最大測(cè)值分別為65.12mm和76.99mm，其余監(jiān)測(cè)斷面各部位的變形測(cè)值在40～60mm之間；上下游墻錨索的最大測(cè)值分別為2 394.83kN和2 460.67kN；上下游墻錨桿應(yīng)力實(shí)測(cè)最大值為284.88MPa和226.61MPa，目前變形、錨桿及錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)值均處于收斂狀態(tài)。(廠橫)0+115.6m監(jiān)測(cè)斷面特征點(diǎn)監(jiān)測(cè)值見(jiàn)表2、位移過(guò)程線見(jiàn)圖5、錨桿、錨索應(yīng)力過(guò)程線見(jiàn)圖6、7。

表2 主廠房巖壁吊車(chē)梁(廠橫)0+115.6m監(jiān)測(cè)斷面特征點(diǎn)監(jiān)測(cè)值

在開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)于主廠房邊墻超出設(shè)計(jì)應(yīng)力值1.1～1.2倍、1.2～1.5倍、大于1.5倍的錨索，在其錨索四周分別補(bǔ)設(shè)4根、8根、16根3Φ32，L=15m的錨筋樁。在錨索附近或之間的邊墻上發(fā)現(xiàn)已噴混凝土出現(xiàn)裂縫，在縫兩側(cè)100cm范圍，實(shí)施掛Φ8鋼筋網(wǎng)、噴C20、厚6cm混凝土。對(duì)于主廠房邊墻超出設(shè)計(jì)應(yīng)力值1.1～1.2倍、1.2～1.5倍、大于1.5倍的錨桿，在其錨桿四周分別補(bǔ)設(shè)4根、8根、16根Φ32，L=9m的錨桿。

6.2 測(cè)縫計(jì)測(cè)值(見(jiàn)表3)

圖5 主廠房廠(橫)0+115.60m斷面位移過(guò)程線

圖6 主廠房廠(橫)0+115.60m斷面錨桿應(yīng)力過(guò)程線

圖7 主廠房廠(橫)0+115.60m斷面錨索應(yīng)力過(guò)程線

表3主廠房巖壁吊車(chē)梁各監(jiān)測(cè)斷面特征點(diǎn)測(cè)縫計(jì)監(jiān)測(cè)值mm

特征點(diǎn)部位監(jiān)測(cè)斷面位置(廠橫)0+16.6m0+49.6m0+82.6m0+115.6m0+148.6m0+181.6m上游吊車(chē)梁0.15(J5)0.26 (J7)0.38(J9)0.63(J11) 2.81(J13)0.32(J15)下游吊車(chē)梁0.21(J6)0.89 (J8)0.14(J10)22.57 (J12)1.97(J14)3.26 (J16)

主廠房上游吊車(chē)巖錨梁處測(cè)縫計(jì)測(cè)值均較小，在1mm的范圍內(nèi)，最大測(cè)值為2.8mm，且測(cè)值已趨于穩(wěn)定；下游吊車(chē)巖錨梁處測(cè)縫計(jì)測(cè)值基本上均在5mm的范圍內(nèi)，最大測(cè)值為22.57mm，出現(xiàn)在下游邊墻0+109～0+119m段，經(jīng)處理后測(cè)值已趨于穩(wěn)定(見(jiàn)圖8)。

圖8 主廠房廠(橫)0+115.60m斷面縫寬過(guò)程線

6.3 結(jié) 論

綜合監(jiān)測(cè)資料分析，廠房圍巖變形主要為洞室開(kāi)挖引起，開(kāi)挖結(jié)束后即趨于停止。巖壁吊車(chē)梁圍巖變形和支護(hù)應(yīng)力趨于收斂,洞室圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，目前巖壁吊車(chē)梁運(yùn)行安全。

7 結(jié)束語(yǔ)

(1)巖壁面開(kāi)挖施工受地質(zhì)條件或施工水平限制，或多或少會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，應(yīng)根據(jù)缺陷成因及影響分別采取不同措施進(jìn)行處理；

(2)巖壁吊車(chē)梁部位開(kāi)挖時(shí)，尤其是在斷層和節(jié)理等不利地質(zhì)條件處，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破技術(shù)，以保證巖壁吊車(chē)梁成型質(zhì)量。并且開(kāi)挖后加強(qiáng)圍巖的及時(shí)支護(hù)以保證巖壁吊車(chē)梁穩(wěn)定；

(3)巖壁吊車(chē)梁混凝土澆筑后，受廠房下部開(kāi)挖影響，往往會(huì)出現(xiàn)較大變形，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理；

(4)監(jiān)測(cè)資料表明，廠房洞室圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，巖壁吊車(chē)梁圍巖變形和支護(hù)應(yīng)力趨于收斂，巖壁吊車(chē)梁處理措施是合理的。