楊房溝水電站尾水調壓室中隔墻變形及裂縫處理

徐江濤，趙鵬，周勇

(1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州，311122；2.浙江中科依泰斯卡巖石工程研發(fā)有限公司，杭州，311122)

1 引言

1.1 工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內，是雅礱江中游河段“一庫七級”開發(fā)的第六級，工程的開發(fā)任務為發(fā)電，電站裝機容量1500MW，安裝4臺375MW的混流式水輪發(fā)電機組。楊房溝水電站為Ⅰ等大(1)型工程，工程樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物及引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，主要水工建筑物級別為1級。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在左岸，采用地下廠房首部開發(fā)方式。引水系統(tǒng)單機單洞布置，尾水系統(tǒng)二機合一洞布置，主副廠房洞、主變洞、尾水調壓室三大洞室平行布置。尾水調壓室(以下簡稱“尾調室”)采用長廊形，結合尾水管檢修閘門布置，底部布置尾水岔管(見圖1)。尾調室與主變洞凈距42.0m，總長度166.1m，中間采用14.6m厚中隔墻分為兩室，1#尾調室開挖尺寸82m×24m×61.75m(長×寬×高)，2#尾調室開挖尺寸69.5m×24m×61.75m(長×寬×高)。

圖1 尾水調壓室布置

1.2 尾調室工程地質條件

尾調室開挖揭露85條Ⅳ級結構面，走向以NWW、NEE為主，NNE向次之，傾角以中陡傾角為主，寬度主要為1cm～5cm。主要發(fā)育四組優(yōu)勢節(jié)理：①順洞向陡傾角：N10°～25°E、NW∠75°～90°；②切洞向陡傾角：N75°～85°W、SW∠65°～75°；③切洞向中傾角：N60°～85°W、SW∠40°～55°；④切洞向中傾角：N70°～80°E、NW/SE∠40°～50°。其中節(jié)理①對上、下游邊墻穩(wěn)定不利。中隔墻厚14.6m，巖性為新鮮花崗閃長巖，巖質堅硬，為次塊狀～塊狀結構。主要發(fā)育四組優(yōu)勢節(jié)理：①N15°～25°E、NW∠65°～75°；②N65°～75°E、SE∠35°～50°；③N70°～80°W、SW/NE∠80°～85°；④N80°～85°W、SW/NE∠35°～45°。其中節(jié)理③④對中隔墻穩(wěn)定不利。

尾調室開挖期開展了圍巖松弛深度聲波測試，第Ⅲ層開挖完成后測試邊墻松弛深度0.8m～1.4m，平均1.25m，中隔墻松弛深度2.2m。

1.3 尾調室開挖支護方案

尾水調壓室開挖共分8層，開挖分區(qū)見圖2，為方便施工，在中隔墻上布置了1#、2#兩條聯系洞，作為施工通道。尾調室于2016年6月25日開始開挖，至2018年5月18日基本開挖完畢，支護隨層跟進。

圖2 尾水調壓室開挖分層

尾水調壓室開挖期采取噴錨支護，上、下游邊墻長短間隔布置系統(tǒng)錨桿28、L=6m/32、L=9m@1.5m×1.5m；掛網φ8@20cm×20cm，噴混凝土厚15cm；2022.50m～1988.75m高程上下游分別長短間隔布置7排T=2000kN、L=20m/25m@4.5m×4.5m系統(tǒng)預應力錨索。中隔墻布置錨桿28、L=6m@1.5m×1.5m；掛網φ8@20cm×20cm，噴混凝土厚15cm；2005.25m～1973.75m共布置8排T=1000kN/1500kN、L=14.6m@4.5m×4.5m系統(tǒng)預應力對穿錨索(中隔墻第I層開挖后，根據數值反饋分析成果，將中間三列對穿錨索噸位由1000kN調整為1500kN)。中隔墻支護見圖3。

圖3 尾調室中隔墻支護

2 尾調室中隔墻變形及裂縫情況

尾調室中隔墻開挖期間變形監(jiān)測數據顯示，隨著開挖下臥，中隔墻變形及錨索應力穩(wěn)步增長，至2018年5月尾調室基本開挖完畢。2018年6月8日-16日第Ⅷ層岔管底板保護層開挖期間，中隔墻1991m高程多點位移計數據出現突變，周變形量達8.42mm。過程曲線見圖4。

圖4 尾調室中隔墻1991m高程圍巖變形時序過程線

現場巡視發(fā)現中隔墻頂部2008.5m高程平臺巖面有開裂現象。隨后對巖面進行了清理和裂縫排查，共發(fā)現5條裂縫，均沿NW向陡傾角節(jié)理張開，長度1.2m～3.5m，寬度1mm～15mm，裂縫L1：沿N70°W、SW∠70°節(jié)理，張開8mm～13mm；裂縫L2：沿N80°W、SW∠60°節(jié)理，張開3mm～5mm；裂縫L3：沿N80°～90°E、SE∠80°節(jié)理，張開3mm～6mm、局部15mm；裂縫L4：沿N85°W、SW∠85°節(jié)理，微張2mm～3mm，局部張開5mm；裂縫L5：沿N85°W、SW∠85°節(jié)理，微張1mm～3mm。裂縫展布情況見圖5。

平臺地質素描圖 平臺裂縫照片

同時，在尾調室第Ⅵ-Ⅷ層開挖期間，中隔墻下部2#聯系洞內環(huán)向裂縫不斷增多，寬度加寬，最寬達到2cm，說明中隔墻裂縫存在上下連通性。

3 變形及裂縫原因分析

3.1 數值反饋分析

尾調室第Ⅶ層開挖完畢后開展了圍巖穩(wěn)定數值反饋分析，成果見圖6。中隔墻圍巖變形一般在35mm～50mm，局部結構面影響區(qū)域達到50mm～60mm；受多向卸荷以及兩端高邊墻擠壓作用，中隔墻上部巖體松弛變形問題比較突出；巖柱塑性區(qū)基本處于貫通狀態(tài)；中部錨索荷載較高，一般在1300kN～1600kN左右，與錨索測力計測值也比較接近。

中隔墻變形特征 中隔墻變形矢量

中隔墻塑性區(qū)分布特征 中隔墻對穿錨索受力特征

3.2 裂縫原因分析

通過分析尾調室地質條件及分層開挖期間變形響應，總結中隔墻變形及頂部巖面開裂的主要原因如下：

(1)不利受力條件：尾調室在開挖卸荷過程中，中隔墻處于三面卸荷、兩端受高邊墻擠壓的不利受力狀態(tài)。中隔墻對限制上下游邊墻大變形作用顯著，對開挖卸荷響應較為敏感。

(2)地質條件影響：廠區(qū)地應力雖然量級不高，但最大主應力方向與尾調室軸線呈大角度相交，對上下游邊墻穩(wěn)定不利，加劇了中隔墻的承載壓力。中隔墻開挖揭露NW向陡傾角節(jié)理較為發(fā)育，在卸荷松弛及高邊墻擠壓作用下，易沿NW向陡傾角節(jié)理發(fā)生開裂，與2008.5m平臺裂縫展布情況、2#聯系洞噴混凝土環(huán)向裂縫吻合。

(3)施工通道影響：為方便施工，在中隔墻上布置了1#、2#兩條聯系洞，一定程度上削弱了中隔墻的剛度。開挖期2#聯系洞環(huán)向裂縫非常明顯，證明中隔墻內部裂縫呈現上下連通性。

4 中隔墻加固處理措施

尾調室中隔墻發(fā)現較大變形和裂縫后，為進一步控制中隔墻變形和提供圍壓，提高中隔墻整體穩(wěn)定安全余度，設計采取了如下加固處理措施。

4.1 中隔墻下部增設預應力對穿錨索

1#、2#尾調室底部分別槽挖形成兩個“Y”形岔管，底板高程1951m，高18m，緊鄰中隔墻兩側，增加了中隔墻高度。中隔墻1951m～2008.5m高達57.5m，原設計下部1951m～1973.75m共22.75m高邊墻無對穿錨索，不利于中隔墻變形控制。為進一步限制松弛變形，決定在中隔墻下部1960.5m～1969.5m增設3排(共9根)2000kN預應力對穿錨索(布置見圖7)。2018年6月-7月已施工完成。

圖7 中隔墻下部新增對穿錨索布置

4.2 中隔墻頂部平臺巖面開裂部位增設插筋

為進一步限制中隔墻頂2008.5m平臺巖面裂縫擴展，決定在2008.5m平臺沿裂縫展布方向左右交叉布置插筋28、L=5m，入巖4.85m，傾角45°，間距1.5m，布置見圖8。2018年6月已施工完成。

圖8 中隔墻頂2008.5m高程平臺新增插筋布置

4.3 中隔墻中上部布置固結灌漿+對穿錨筋束

考慮到電站投運后，尾調室?guī)r體在長期泡水作用下，中隔墻的穩(wěn)定條件將進一步惡化，有必要進一步提高中隔墻的剛度，提高耐久性。決定采用重點固結灌漿+對穿錨筋束的加固措施。

在中隔墻中上部1981.25m～1999.25m布置6排無蓋重固結灌漿孔，孔深13m，排距3m，間距1.5m。無蓋重固結灌漿在2#調壓室側實施，孔深0～4.5m和10m～13m灌漿壓力0.5MPa～0.6MPa；孔深4.5m～10m灌漿壓力1.0MPa～1.2MPa。2019年8月-9月施工完成，I序孔平均單位注灰量51.44kg/m，Ⅱ序孔平均單位注灰量7.98kg/m；灌前平均透水率29.74L，灌后平均透水率為0.75L；灌前巖體聲波平均波速3796m/s，灌后巖體聲波平均波速為4395m/s。灌漿過程中2#聯系洞環(huán)向裂縫漏漿嚴重，說明巖體內部裂縫有串通。

在中隔墻中上部1985.75m～1997.75m布置5排對穿錨筋束332、L=14.6m@3m×3m。2019年8月-9月與無蓋重固結灌漿同步施工完畢。

4.4 加固處理效果

截至2020年3月尾調室安全監(jiān)測數據顯示，中隔墻變形已收斂(過程曲線見圖9)，以上加固處理措施實施效果良好。

圖9 截至2020年1月尾調室中隔墻1991m高程變形過程線

5 總結

楊房溝水電站尾調室采用長廊形布置，中間設置中隔墻，厚14.6m，高達57.5m。尾調室開挖支護過程中，中隔墻處于三面卸荷、兩端擠壓的不利受力狀態(tài)，開挖揭露NW向陡傾角節(jié)理較為發(fā)育，1#、2#聯系洞一定程度上削弱了中隔墻剛度。以上綜合因素導致中隔墻在中部發(fā)生了較大變形，在頂部和2#聯系洞內出現沿NW向的裂縫。針對以上情況，設計了中隔墻下部新增對穿錨索、頂部平臺增設插筋、中上部布置固結灌漿+對穿錨筋束的聯合加固措施。根據實施完畢的監(jiān)測數據來看，較好地抑制了中隔墻進一步松弛和裂縫，提高了中隔墻剛度和耐久性。