瀑布沟水电站岩壁吊车梁施工期缺陷处理设计

2013-12-17李建华谭可奇胥世川

水电站设计 2013年3期

李建华，谭可奇，胥世川

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072)

1 工程概况

瀑布沟水电站是大渡河干流水电梯级规划中的第17个梯级，坝址位于大渡河中游尼日河汇口上游觉托附近；电站采用坝式开发，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。电站安装6台单机容量为600MW的混流式水轮发电机组，总装机容量3600MW；电站最大水头181.7m，最小水头114.3m，额定水头154.6/156.7m；地下厂房深埋于左岸山体内，垂直埋深220～360m，水平埋深约400m；厂房纵轴线方位为N42°E。

地下厂房发电系统建筑物由主副厂房、主变室、尾水闸门室、两条无压尾水隧洞及附属洞室和开关站等组成。主厂房、主变室、尾水闸门室三大洞室平行布置，主厂房尺寸为294.10m×26.8m×70.175m(长×宽×高)，厂内装有2台420+420t/16t双小车桥式起重机，厂内吊车梁为岩壁吊车梁，主厂房吊车梁以上开挖跨度为30.70m，以下开挖跨度为26.80m；主变室尺寸为249.10m×18.3m×25.975m(长×宽×高)；尾水闸门室尺寸为206.5m×17.4m×56.35m(长×宽×高)。

2 岩壁吊车梁基本地质条件

地下厂房上下游边墙围岩岩性为花岗岩，微新岩体，块状～次块状结构，为Ⅱ类围岩，局部为Ⅲ类围岩。岩体中主要发育四组节理：①近SN/E∠50°～70°,延伸长3～5m，间距为一般40～60cm，新鲜，平直粗糙，闭合，部分见蚀变膜充填；②N30°～50°W/SW∠30°～40°，延伸长4～6m，间距一般为60～80cm，新鲜，平直粗糙，闭合，多见蚀变膜充填；③N30°～50°W/NE∠70°～85°，延伸长2～4m，间距一般为60～80cm，新鲜，平直粗糙，普遍充填蚀变膜；④N50°～60°E/SE∠65°～75°，延伸长3～5m，间距一般为20～40cm，新鲜，平直粗糙，闭合；节理主要为两组或两组加随机节理的组合。

开挖揭示的软弱结构面为：

(1)f(1)(βμ)：辉绿岩脉断层，产状N45°～50°E/SE∠50°～70°，跨三壁，宽0.3～3.0m，由碎粒岩及压碎岩组成，局部存在石英团块或石英细脉，结构紧密，岩带局部渗滴水或湿润。该断层被断层f(1)错断，错距1.5～2.0m，并被f14(βμ)限制。

(2)f9(βμ)：辉绿岩脉断层，产状N80°～85°E/SE∠80°～85°，宽30～50 cm，由压碎岩、岩屑及碎粒岩组成，结构紧密，沿带局部渗滴水或湿润。该断层分别被断层f1(βμ)、f(1)错断，并被f14(βμ)限制。

(3)f9-1(βμ)：辉绿岩脉断层，产状N70°～80°E/SE∠80°～85°，宽10～30cm，由压碎岩及碎粒岩组成，结构紧密，干燥。

(4)f14(βμ)：辉绿岩脉断层，产状N80°～85°W/SW∠80°～85°，宽1.5～4.0m，局部达6.0m，最窄处仅10～20cm，由压碎岩、岩屑及碎粒岩组成，局部存在石英团块或石英细脉，结构紧密，岩带局部渗滴水或湿润。

(5)f(1)：产状N40°W/SW∠45°，跨三壁，宽3～10cm，由碎粒岩、角砾和岩屑组成，结构紧密，沿带局部渗滴水或湿润，带内物质遇水软化。该断层延伸长，将断层f14(βμ)、f(1)(βμ)错断。

施工期间洞壁干燥，仅个别软弱结构面渗、滴水。

3 岩壁吊车梁的设计

吊车梁截面尺寸为2.75m×2.85m(高×宽)，壁座角36.347°，布置见图1。根据通风及电气专业的要求，吊车梁体内埋有通风钢管及电气的预埋线管。

主要支护参数：2排受拉锚杆Ф40@70，长度分别为13.1m和12.7m(入岩长度10m)，1排受压锚杆Ф32@100，L= 9.19m(入岩长度8m)，1排水平支护锚杆Ф28@100，L=8.38m(入岩长度7m)。混凝土标号C25。

图1 岩壁吊车梁结构布置示意

4 岩壁吊车梁施工缺陷(见表1)

表1 岩壁吊车梁施工缺陷

5 岩壁吊车梁施工缺陷处理

5.1 岩壁开挖

(1)岩壁面局部超欠挖的处理措施(见图2)。

①与设计开挖面超挖小于20cm 的部位不进行处理，直接浇筑岩壁吊车梁混凝土；

②与设计开挖面超挖大于20cm 的部位采用混凝土填补岩台，同时在回填的混凝土中布置Φ22@20cm层面筋，修补的钢筋混凝土块用Φ25@100cm、L=5m锚杆拉锚，锚杆与面层钢筋焊接连接；

③局部欠挖采用人工或机械清理至设计开挖面。

(2)断层部位岩壁垮塌处理措施(见图3、4)。

①清除岩壁梁上拐点、下拐点及岩壁欠挖面碎岩块；

②与设计开挖面超挖大于20cm 的部位采用混凝土填补岩台，同时在回填的混凝土中布置Φ22@20cm层面筋，修补的钢筋混凝土块用Φ25@100cm、L=5m锚杆拉锚；

③在上游边墙岩壁吊车梁的岩壁面及下拐点分别设置3排Ф40@150cm×150cm加强锚杆，锚杆角度76°；

④对主厂房上下游边墙出露的岩脉断层f14(βμ)范围设置挂网钢筋Ф8@20cm×20cm，宽度超出岩脉断层及岩脉两侧各1m，高度方向下至高程666.20m，挂网钢筋与外露系统锚杆焊接；

⑤上游边墙岩壁吊车梁桩号厂(横)0+146.00～0+152.00m段岩壁面及下拐点范围设置灌浆管，间排距1.0m，灌浆管深入岩石0.5m，灌浆孔深入岩石6.0m。

图2 岩壁吊车梁超挖处理典型示意

图3 岩壁吊车梁岩体垮塌处理

图4 岩壁吊车梁岩脉处理

(3)母线洞开挖滞后塑性区处理措施。主厂房下游边墙6条母线洞范围桩号厂(横)0+006.70～0+190.60m段上部岩壁吊车梁上的2排受拉锚杆长度加长，原Ф40@70，L=13.1m的锚杆调整为Ф40@70，L=15.1m，伸入岩石12m；原Ф40@70，L=12.7m的锚杆调整为Ф40@70，L=14.7m，伸入岩石12m。

5.2 岩壁吊车梁混凝土浇注后

厂房下游边墙厂(横)0+109.00～0+119.00m岩壁吊车梁与岩壁间出现一条开裂缝，采取了以下措施对该段范围的围岩进行了加固：

(1)在系统支护的基础上，在吊车梁高程以下三排系统锚索之间内插A型(5根、1 500kN、L=28m)、B型(7根、1 500kN、L=20m)、C型(2根对穿、1 500kN、L=30m)三种类型锚索。在出露的f9岩脉断层两侧，吊车梁下缘至主机间下游墙开挖底面，在原系统支护锚杆之间，内插布置3Φ32锚筋桩、L=15m、间排距约1.5m；且母线洞顶部高程683.85m以上母线洞开挖轮廓以外部分布置3Φ32锚筋桩、L=15m，锚筋桩向上倾角9°。

(2)对吊车梁结构采取如下措施进行补强。对裂缝用环氧砂浆进行填充封闭；在该段岩壁吊车梁两排拉杆之间增加布置一排拉杆Φ40@70cm、L=15m；将4号母线洞锁口框架结构向上抬升，与吊车梁下缘连接。

6 岩壁吊车梁监测分析

6.1 变形、锚杆及锚索应力监测值

厂房开挖从2004年开始，2007年底全部开挖完成，监测资料截止到2013年3月。岩壁吊车梁上下游墙变形的最大测值分别为65.12mm和76.99mm，其余监测断面各部位的变形测值在40～60mm之间；上下游墙锚索的最大测值分别为2 394.83kN和2 460.67kN；上下游墙锚杆应力实测最大值为284.88MPa和226.61MPa，目前变形、锚杆及锚索应力监测值均处于收敛状态。(厂横)0+115.6m监测断面特征点监测值见表2、位移过程线见图5、锚杆、锚索应力过程线见图6、7。

表2 主厂房岩壁吊车梁(厂横)0+115.6m监测断面特征点监测值

在开挖过程中，对于主厂房边墙超出设计应力值1.1～1.2倍、1.2～1.5倍、大于1.5倍的锚索，在其锚索四周分别补设4根、8根、16根3Φ32，L=15m的锚筋桩。在锚索附近或之间的边墙上发现已喷混凝土出现裂缝，在缝两侧100cm范围，实施挂Φ8钢筋网、喷C20、厚6cm混凝土。对于主厂房边墙超出设计应力值1.1～1.2倍、1.2～1.5倍、大于1.5倍的锚杆，在其锚杆四周分别补设4根、8根、16根Φ32，L=9m的锚杆。

6.2 测缝计测值(见表3)

图5 主厂房厂(横)0+115.60m断面位移过程线

图6 主厂房厂(横)0+115.60m断面锚杆应力过程线

图7 主厂房厂(横)0+115.60m断面锚索应力过程线

表3主厂房岩壁吊车梁各监测断面特征点测缝计监测值mm

特征点部位监测断面位置(厂横)0+16.6m0+49.6m0+82.6m0+115.6m0+148.6m0+181.6m上游吊车梁0.15(J5)0.26 (J7)0.38(J9)0.63(J11) 2.81(J13)0.32(J15)下游吊车梁0.21(J6)0.89 (J8)0.14(J10)22.57 (J12)1.97(J14)3.26 (J16)

主厂房上游吊车岩锚梁处测缝计测值均较小，在1mm的范围内，最大测值为2.8mm，且测值已趋于稳定；下游吊车岩锚梁处测缝计测值基本上均在5mm的范围内，最大测值为22.57mm，出现在下游边墙0+109～0+119m段，经处理后测值已趋于稳定(见图8)。