二滩水电站地下厂房系统洞室围岩变形研究

电力18讯：    摘要：二滩水电站地下厂房系统洞室由于地应力高，开挖时围岩变形大，施工中曾多次发生岩爆，对围岩稳定造成不利影响。通过对施工期围岩变形的观测分析研究，为地下洞室的开挖、支护及稳定性评价提供了一些可借鉴的经验。
    关键词：岩体质量；地应力；变形监测；围岩变形;二滩水电站;地下厂房


1  工程概况
    二滩水电站双曲拱坝高240 m，安装6台发电机组，总装机容量330万 kW。地下厂房系统洞室主要由厂房、主变室、尾调室等三部分组成。厂房尺寸为280.29 m×30.7 m×65.38 m(长×宽×高)；主变室尺寸为214.9 m×18.3 m×25 m；尾调室尺寸为203 m×19.8 m，中间设有17.2 m宽的岩埂，将其分为两室，高度分别为69.8 m和59.6 m。厂房与主变室间隔35 m，主变室与尾调室间隔30 m。此外，还布置了6条母线洞、6条尾水管、排水廊道、交通洞、出线洞、通风洞、电梯井等洞室构成了交错复杂的地下洞室群。

2  基本地质条件
    2.1  岩性、构造
    厂房系统洞室围岩主要为正长岩、辉长岩，局部有少量蚀变玄武岩和裂面绿泥石化玄武岩，后者主要分布在第一付厂房处。构造较简单，断层不发育，仅局部发育有小断层或挤压破碎带，其宽度一般为5～20 cm，延伸较短。出露在1号尾调室的F9断层规模相对较大，延伸较长，断层产状N40°～60°W，SW∠30°～45°，面不平整，呈波状，宽度变化较大，一般为0.5 m，错列展布，其影响带较宽，最大可达5～10 m，由碎裂岩组成。
    洞室群围岩主要发育两组节理，其一产状N30°～50°E，NW∠50°～70°；其二产状N40°～60°W，NE∠60°～70°；此外，尚有产状EW，S∠10°～40°一组节理局部发育，零星分布。正长岩、辉长岩内发育的节理一般延伸较长，尤其是在正长岩体内节理长度一般大于5 m； 玄武岩内节理延伸较短，一般1.5～3.0 m。
    2.2  岩体结构及质量
    三大洞室的岩体结构受构造控制，其结构类型主要为块状整体块状结构，局部为碎裂镶嵌结构。岩体结构面主要为节理，其组合对围岩稳定较为有利，局部由于节理的不利组合形成一些潜在不稳定的小楔形体。
    初始岩体质量较好，按Q系统分类，厂房系统洞室群围岩一般Q值在4～50之间，声波Pv＞5 000 m/s，岩体质量属于中等～好。洞室开挖后,由于受高地应力的影响，围岩变形破坏，岩体质量明显降低，Q值一般为0.47～0.95，属差岩体。岩体质量降低一般是指围岩变形破坏较大的部位，越完整的岩体，应力影响因素越大(SRF=50)，变形相对较大；反之，在Ⅲ～Ⅳ类较破碎的岩体内，应力因素影响较小(SRF＝5～10)，变形相对较小，Q值降低不明显。
    根据变形资料和声波测试成果分析，三大洞室的顶拱Q值基本没有发生大的变化，尾调室下游边墙，各洞室的端墙及边墙的墙址一带Q值变化相对较小，其余部位Q值降低较大。
    2.3  地应力条件
    初始地应力高。该区属于高地应力区，最大主应力σ1一般多在18～26 MPa间，最大为38.4 MPa，最小为17.2 MPa。三向应力的平均比值大致是σ2/σ1 =0.52～0.60，σ3/σ1 =0.27～0.36。
    围岩应力高。在三大洞室开挖接近完成时，为了解围岩应力重新分布状况，需要研究岩体的稳定性，为此，分别在厂房上游墙的上部、主变室下游墙底部、尾调室下游墙底部分别进行了三维地应力测试。
    从地应力测试结果看，厂房系统洞室各测点位置的围岩应力较大，厂房测点处最大主应力为32.0～52.7 MPa,与厂房轴线夹角为80°左右，平面最大应力15～30 MPa；主变室测点处最大主应力11.4～64.4 MPa，与轴线夹角50°～60°，平面最大应力5～20 MPa；尾调室测点最大主应力19.7～25.0 MPa，与轴线夹角35°左右，平面最大应力平均为12.7 MPa。
    从总体看，围岩的垂直应力大于水平应力，各测点最大主应力在厂房、主变室处，比初始地应力值大得多，在尾调室处主应力与初始地应力值基本一致。

3  监测仪器布置
    为了监测洞室的变形，在整个地下厂房系统三大洞室中布置了6条监测断面，见图1。其中A、B、C、D、E、K断面为布置多点位移计位置，F、G、H、I、L断面为锚杆测力计布置位置。




    多点位移计是为监测围岩变形设计的，一支多点位移计共有4个测点，每个测点的埋
设深度视需要任意调整，通常测点的埋设深度是根据洞室围岩可能出现的松弛圈厚度确
定。在厂房，多点位移计监测的最大深度一般为30 m，在主变室和尾调室除少数几