大型水电站地下厂房顶拱围岩松弛检测技术及应用

刘志宏，孙立灿，秦劲军

（1.浙江华东建设工程有限公司，浙江杭州，310014；2.中国三峡建设管理有限公司白鹤滩工程建设部，四川成都，610500）

1 围岩松弛检测方法

1.1 单孔声波法

单孔声波法是将一发双收换能器放置在钻孔内，声波发射后沿孔壁传播，通过观测声波到达两只接收换能器的时间差，可计算两接收换能器所在位置孔壁岩体的声速。当一发双收换能器按一定的间距移动并逐点测试孔壁岩体声速，可获取钻孔不同深度的孔壁岩体声速及变化情况，检测方法如图1（a）所示。

岩体的声波速度一般与岩体的完整性及应力条件有关。对于同一岩性、相同类别的岩体，岩体越完整、围岩应力越高，则岩体声波速度越大。当围岩松弛后，通常岩体的完整性变差，围岩应力降低，其声波速度也将变小。因此根据孔壁岩体声速变化可以判定围岩松弛位置，如图1（b）所示。

图1 单孔声波检测方法和围岩松弛位置判定示意图Fig.1 Detection by acoustic wave and locating the relaxation zone of th e surrounding rock

1.2 钻孔电视法

钻孔电视是将摄像探头放入孔内，通过移动摄像探头摄录不同深度的全孔壁图像。当围岩松弛后，岩体的原有裂隙将有所扩展，原生隐节理将逐渐显现，岩体的完整性变差，由此可辅助判断围岩的松弛位置，如图2所示。

图2 钻孔电视检测围岩松弛示意图Fig.2 Detection of relaxation of the surrounding rock by bore⁃hole TV

2 地下厂房围岩松弛测孔布置

2.1 常规布置方式

根据地下厂房断面尺寸大小，一般布置3～5个松弛检测断面，每个断面布置11～13个测孔，其中厂房顶拱布置3个测孔，各开挖层在上、下游边墙各布置1个测孔，见图3。地下厂房一般从上向下逐层开挖，随着开挖深度增大，厂房顶拱距离开挖基面的高度日益增大，在开挖基面借助登高车或台车进行声波检测和钻孔电视检测愈加困难，当开挖至第四层时通常已经无法实施，导致厂房顶拱松弛检测数据的缺失。

图3 主厂房松弛测孔常规布置示意图Fig.3 Distribution of holes for relaxation detection in the main powerhouse

2.2 厂房锚固洞布置方式

大型水电工程的地下厂房一般断面尺寸较大，当地质条件复杂或围岩应力较大时，通常在厂房上方布置厂顶锚固洞。在锚固洞底板向厂房顶拱钻孔，在接近厂房拱顶边缘约2 m处终孔（孔内可充水），该钻孔内可持续进行单孔声波和钻孔电视检测，地下厂房开挖期间定期检测厂房顶拱围岩松弛深度及变化。地下厂房上下游侧壁测孔则仍按常规布置。

图4 厂房拱顶锚固洞松弛测孔布置示意图Fig.4 Distribution of wells for relaxation detection in the anchor⁃age holes at the roof arch

3 工程应用

3.1 工程概况

某电站位于金沙江中游，其左、右岸地下厂房分别位于两岸坝肩上游的山体中，围岩主要为隐晶质玄武岩、斜斑玄武岩、杏仁状玄武岩和角砾熔岩，以Ⅲ1类和Ⅱ类围岩为主。左、右岸地下厂房开挖尺寸均为438.00 m×31.00 m（34.00 m）×88.70 m（长×宽×高），自上而下分七层开挖。在左、右岸地下厂房上方各布置有2个锚固洞，锚固洞底板距离厂房拱顶高度约28 m。

3.2 测孔布置

该电站左、右岸地下厂房开挖之前，在厂顶1号、2号锚固洞底板向下钻孔。根据现场情况，左、右岸地下厂房在厂顶锚固洞底板各布置11个松弛测孔，其中在厂顶1号和2号锚固洞的厂0+10、厂0+72、厂0+240、厂0+320、厂0+330处各布置1个测孔，在厂顶2号锚固洞厂0-20处增加布置1个测孔，测孔布置见图5。各测孔深度为26.0～28.5 m，孔底距离地下厂房拱顶边缘为2～3 m，以防止地下厂房开挖导致钻孔贯通而无法充水。

图5 厂房锚固洞松弛测孔平面布置示意图Fig.5 Distribution of wells for relaxation detection in the anchor⁃age holes in the powerhouse

3.3 围岩松弛检测

以左岸地下厂房桩号0+240 m断面厂顶松弛检测为例。左岸地下厂房桩号0+240 m断面在厂顶1号、2号锚固洞内各布置1个测孔，孔深分别为26.4 m和26.6 m，孔底距离厂房拱顶边缘分别为2.3 m和2.2 m。在左岸地下厂房第Ⅰ～Ⅳ层开挖施工期间，先后进行11次单孔声波和钻孔电视检测。根据检测结果判断围岩松弛深度，其中2015年12月4日检测结果见图6。根据单孔声波和钻孔电视检测结果综合判断，1号、2号锚固洞厂0+240断面测孔分别在孔深25.7～26.2 m和25.3～26.6 m段声速明显降低、岩体节理扩张，判断由围岩松弛引起，考虑测孔孔底距离厂房拱顶边缘分别为2.3 m和2.2 m，判定地下厂房对应位置的松弛深度分别为2.8 m和3.5 m。

图6 1号、2号锚固洞厂0+240测孔松弛检测结果及分析图Fig.6 Results of relaxation detection by observation wells on profile 0+240 in the anchorage hole No.1 and No.2

4 结语

大型水电工程地下厂房规模大，开挖施工过程中地下厂房洞室群变形稳定分析是一项基础性工作，围岩松弛深度是洞室变形及稳定分析的重要依据之一，获取不同开挖施工工况完整、准确的洞室围岩松弛深度及变化趋势十分重要。利用厂顶锚固洞检测地下厂房顶拱围岩松弛深度，是解决地下厂房开挖施工中后期顶拱围岩松弛深度检测资料缺失的有效手段之一，取得了良好的效果，值得推广应用。