前坪水庫泄洪洞施工期監測及圍巖穩定分析

劉武斌，郭乙霏，雷銀拴，皇甫澤華，陳紅如，馬 莉

（1.南京南瑞集團公司，江蘇南京210003；2.東北農業大學水利與土木工程學院，黑龍江 哈爾濱150030；3.河南省水利勘測設計研究有限公司，河南 鄭州450016；4.河南省前坪水庫建設管理局，河南 鄭州450003；5.酒泉潤博建設工程有限責任公司，甘肅 酒泉735000；6.河南省豫東水利工程管理局，河南開封475000）

1 工程概況

前坪水庫位于淮河流域沙潁河支流北汝河上游、河南省洛陽市汝陽縣縣城以西9 km的前坪村，是以防洪功能為主，結合灌溉、供水，兼顧發電效益的大（2）型水庫，總庫容5.84億m3，最大壩高90.3 m，控制流域面積1 325 km2。水庫可灌溉農田3.39萬hm2，每年向下游城鎮提供生活及工業用水約6 300萬m3，水電站裝機容量6 000 kW，多年平均發電量約1 881萬kW·h。

泄洪洞于2016年2月24日開始施工，2016年8月20日上層開挖全線貫通，2016年10月11日下層開挖全線貫通，洞體襯砌于2016年7月25日開始施工，2016年12月19日全線完成。

洞身段巖性：第⑦層安山玢巖，暗紫色、紫紅色，具斑狀結構，塊狀構造，斑晶為斜長石，大部分已經風化成乳白色，少量為肉紅色正長石。基質為隱晶質或玻璃質，并有輝石、角閃石等暗色礦物，裂隙發育，裂隙面有黃色鐵錳質浸染及少量的鈣質、錳質薄膜，質堅性脆，巖芯破碎，多呈碎塊狀，取芯率低，呈弱風化狀。洞身頂部分布厚2.0～7.7 m強風化帶：輝綠巖脈，灰綠色，礦物成分以輝石和斜長石為主，具有輝綠結構，裂隙發育，巖芯至碎塊狀，上部為全-強風化，下部呈弱風化。

2 圍巖變形分析

泄洪洞監測設計布置4個監測斷面，樁號分別為泄0+065、泄0+255、泄0+325、泄0+455。 監測斷面布置12套多點位移計、16支滲壓計、32支鋼筋計、24組雙向應變計、8支無應力計和20支測縫計，共計112套/組/支監測儀器，已于2017年9月前全部安裝完成。除多點位移計外，其他監測儀器測量值較小，因此本文重點介紹多點位移計監測結果。

泄洪洞圍巖變形監測典型斷面儀器布置見圖1。圍巖多點位移計監測結果見表1。

圖1 泄洪洞圍巖變形監測典型斷面儀器布置（單位：mm）

2.1 泄0+065斷面分析

泄0+065斷面左拱座BX1-1X變形最大，右拱座次之，頂拱變形最小。BX1-1X位移計安裝后測得的變形一直呈增大趨勢，最大變形達5.74 mm，2016年11月10日襯砌錨固施工結束后變形增大趨勢變緩；2017年1月13日固結灌漿施工結束后，變形趨于穩定，見圖2；2017年4月至2018年3月各測點位移變化較小，均處于穩定狀態，見圖3。由此可以判斷泄0+065斷面圍巖目前已處于穩定狀態［1］。

圖3 泄0+065斷面圍巖變形結束后左拱座位移曲線

2.2 泄0+225斷面分析

泄0+225斷面右拱座BX2-3X變形最大，左拱座次之，頂拱變形最小。BX2-3X位移計安裝后變形一直呈增大趨勢，2016年11月10日襯砌錨固施工結束后變形增大趨勢變緩；2017年2月固結灌漿施工結束后，變形趨于穩定，見圖4；2017年5月至2018年3月各測點位移變化較小，均處于穩定狀態，見圖5。由此可以判斷泄0+225斷面圍巖自2017年3月起已處于穩定狀態。

圖4 泄0+225斷面圍巖變形結束前左拱座位移曲線

圖5 泄0+225斷面圍巖變形結束后左拱座位移曲線

2.3 泄0+325斷面分析

泄0+325斷面左拱座BX3-1X變形最大，最大變形為10.79 mm；右拱座次之，最大為7.48 mm；頂拱變形最小，為3.48 mm。2016年10月，泄0+325斷面淺表部圍巖變形加速，2016年12月中旬下層開挖結束后，圍巖變形仍然增大較快［2］；圍巖變形在2016年12月7日后變化趨緩，見圖6；之后隨著固結灌漿施工完成，變化速率明顯減小；2017年3月至今變形變化速率小于0.01 mm/d，圍巖已處于穩定狀態，見圖7。

圖6 泄0+325斷面圍巖變形結束前左拱座位移曲線

圖7 泄0+325斷面圍巖變形結束后左拱座位移曲線

2.4 圍巖變形規律

（1）圍巖變形與臺階開挖關系密切。在施工期間，隨著開挖過程的不斷進行，變形不斷增大。一般情況下，變形以突發性為主，開挖上部臺階時變形相對較小，開挖下部臺階時變形相對較大。如果臺階開挖高度過大、進度快，則會造成應力突然釋放的能量過大，從而導致圍巖變形突變［3］。

（2）圍巖變形與地質結構關系密切，前坪水庫泄洪洞洞身巖性相對較穩定，施工期未發生明顯圍巖變形。

（3）一般拱座圍巖變形大于頂拱圍巖變形［4］。

3 結 論

（1）前坪水庫泄洪洞圍巖變形已處于穩定狀態。

（2）安全監測的資料分析及關注重點應隨著工程進度進行動態調整、驗證設計、指導施工。

（3）安全監測的設計應動態調整，必要時可針對部分地層及巖層狀況增設相關的監測儀器。

（4）施工期應重視人工地質巡視，可采取新型的儀器儀表設備進行同步監測。

（5）應密切關注圍巖的滲透壓力變化情況。

（6）地下洞室開挖應分層、分臺階進行，避免可能造成的圍巖大變形或破壞。

（7）施工過程中應及時對不利地質結構的圍巖進行支護，防止掉塊、塌方等嚴重安全事故。