福建街面水电站地下厂房洞室稳定性评价

福建街面水电站地下厂房洞室稳定性评价 6福建建设科技2011.No.2一地基基础工程 福建街面水电站地下厂房洞室稳定性评价 唐新华(福建省水利水电勘测设计研究院福建福州350001) [摘要]福建街面水电站地下厂房洞室围岩为沉积岩,岩层平缓,地质构造发育,地下 水活动较强烈,工程地质条件复杂, 地下厂房稳定问题是该工程的难点.本文从地下厂房工程地质条件,施工期监测成 果,运行期监测成果等方面对其洞室稳定性进 行评价,得出了地下厂房洞室是稳定的结论. [关键词]地下厂房稳定性工程地质条件监测成果 StabilityassessmentofundergroundpowerhousechambersofFujianJiemianhydropowerstation Abstract..ThesurroundingrockofundergroundpowerhousechambersofFujianJiemianhydropowerstationisthesedimentaryrock andtherocklayerisgentle.Thoughbecauseofthedevelopedgeologicstructures,theintensegroundwateractivityandthecom— plexityoftheengineeringgeologycondition,thestabilityofthefactorybuildingisthespecialdifficultyforthisproject.According tOtheengineeringgeologycondition,themonitoringresultsduringconstructionandoperation,thisarticleconcludethatthecaveof thefactorybuildingissteady. Keywords:undergroundpowerhouse;stability;engineeringgeologycondition;monitoringresults 1前言 街面水电站是尤溪梯级的龙头水库电站,坝址以上流域 面积1604km2,水库总库容18.24亿m3,混凝土面板堆石坝 最大坝高126m,总装机容量2X150MW.水电站采用地下式 布置,地下厂房宽20.5m,最大高度48.46m,长78.1m.街面 水电站2007年11月首台机组并网发电. 地下厂房洞室围岩为沉积岩,岩层平缓,地质构造发育, 地下水活动较强烈,工程地质条件复杂,地下厂房稳定问题是 该工程的难点和工程成败的关键,也是工程运行过程中重点 关注的对象.地下厂房洞室稳定性的影响因素主要有工程地 质条件,厂房布置,施工开挖影响及支护作用效果等.本文从 工程地质条件,施工期监测成果,运行期检测成果等方面对街 面地下厂房洞室稳定性进行评价. 2地下厂房洞室稳定性评价 2.1工程地质条件评价 2.1.1工程地质条件 (1)tg层岩性 地下厂房上覆岩体厚度70m,120m,围岩为侏罗系梨 山组(JL)重结晶坚硬泥岩夹砂岩,岩层走向NE—NEE, 倾S10.,25.,岩层厚度一般为0.2m,o.6m,局部0.7m , 1.0m;石英斑岩脉产状N20.,3O.W,SW50.,65.,宽5 , 15m,脉体完整,上盘面与母岩接触良好,下盘面与母岩断 层带接触,走向与厂房长轴大角度相交.围岩微风化,新鲜, 洞壁围岩地震纵波速为4200m/s~4800m/s. (2)地质构造 地下厂房围岩地质构造以走向NwW,NEE向两组断裂 为主.NWw向以中高倾角断层,节理裂隙较发育,走向和厂 作者简介:唐新华(1960.1一),男,高级工程师,从事水利水电工程地质 工作. 8O.,主要断层为f5..,f5., 房长轴中,大角度相交,交角50., f5o4,s等4条,断层带宽度一般0.1m,O.4m,主要充填石 英脉,碎裂岩,沿断层带普遍滴水或渗水;NEE向主要为层面 缓倾角节理裂隙发育,走向和厂房长轴交角为0,25.,一般 微张或闭合,断续延伸,少部分结构面渗水.厂房顶拱受层面 缓倾角结构面影响,局部围岩完整性差;厂房上,下游壁以及 左,右壁,大部分围岩完整性较好. (3)地下水 地下水为基岩裂隙水,活动程度为中等或较强烈,沿 NNW向地质结构面普遍有滴水或渗水现象,在岩脉下盘面 有线状和股状流水,雨季时地下水活动程度有所加强. (4)地应力 厂区主应力的量值大体为:最大主应力(d)为10.00MPa 左右,中间主应力(d)为7.OOMPa左右,最小主应力(ds)为 5.00MPa左右. 主应力的作用方向:最大主应力(o)和中间主应力() 基本近水平,最小主应力(o.)近乎直立,这一定程度上反映了 上覆岩层的静岩压力,说明厂区的地应力状态主要受区域构 造应力环境控制,局部的地形地貌影响不大,总体而言,厂区 附近应力场水平最大主应力的方向为水平近?W向. 2.1.2工程地质条件评价 地下厂房洞室围岩为重结晶坚硬泥岩夹砂岩,微风化, 新鲜,岩石饱和抗压强度Rb)100MPa,工程力学指标较好,有 利于围岩稳定;石英斑岩脉岩体坚硬完整,走向和厂房长轴大 角度相交,与母岩接触较好,对围岩稳定影响小. 厂房长轴为Ew走向,大角度或中角度相交于Nww向 断层,节理裂隙,以及石英斑岩脉,同时小角度相交于厂区附 近应力场水平最大主应力的方向,厂房长轴走向充分考虑了 地质因素,有利于洞室稳定.厂房长轴走向与层面缓倾角节 理裂隙小角度相交,对厂房顶拱稳定有一定影响,对侧墙稳定 ?地基基础工程福建建设科技2011.No.27 影响较小.针对层面缓倾角结构面对洞顶的影响,洞顶开挖 采用先中间后两边的分块分序施工工艺,即采用中导洞领先 两侧阔挖跟进的开挖方法,中导洞掘进并支护之后,在进行两 侧预留岩石开挖.洞壁围岩地震纵波速为4200m/s, 5000m/s,岩体完整性系数K为0.6,O.85,围岩较完整,完 整. 地下水活动程度为中等或较强烈,对洞室的稳定有一定 影响,通过洞顶设置排水孑L,洞周设置排水洞,有效降低了地 下水压力,减少影响. 地下厂房附近岩体地应力小,用利于洞室稳定;厂区地震 基本烈度为?度,不予考虑地震边坡效应的影响. 厂房顶拱受层面缓倾角结构面影响,局部围岩完整性差, 围岩类别以?类为主;厂房上,下游壁以及左,右壁,围岩较完 整,完整,围岩类别以?类为主;总体上按?类围岩考虑支 护. 2.2施工期检测成果评价 2.2.1洞室开挖及支护 主厂房开挖由上至下共分?层,开挖采用光面爆破.I 层开挖高程由204.55m,195.75m,分三块开挖,采用中导洞 领先两侧阔挖跟进的开挖方法,中导洞掘进并进行初喷加锚 杆支护之后,在进行两侧预留岩石开挖.其余各层开挖,层 支护一层,各层开挖厚度一般为4m,5m. 地下洞室支护形式是在综合考虑地质条件,地下厂房洞 室群布局,开挖影响等因素,采用锚杆结合网喷支护方案.该 方案适合于本地下厂房的地质条件,因为锚杆能够与围岩形 成一个组合体,从而提高围岩的抗弯,抗剪强度;也使围岩形 成一个承载圈,提高围岩完整性,达到自身稳定;砼喷层能及 时地与围岩粘结,迅速给围岩 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面体拱抗力,阻止围岩松动开 裂,同时可以有效地避免和缓解围岩的应力集中.锚杆支护 形式:顶拱O30@1.5×1.5m,L--8,7m相问布置,局部随机 锚杆支护;边墙025@2.0×2.0m,I一6,5m相问布置,局部 随机锚杆支护.洞周挂网喷砼层:顶拱挂网O8@25×25cm, 喷层厚25cm;边墙挂网08@25×25cm,喷层厚15cm. 对地下厂房洞室的施工开挖方案,锚固支护方案,分期开 挖和分期支护过程进行了应力有限元及应力还原分析计算, 成果详见表1和表2.从表1中可以看出,锚固分期开挖的 破坏区明显小于毛洞分期开挖的破坏区,锚固分期开挖的破 坏区都处于锚杆作用范围之内.从表2中可以看出,厂房顶 拱和下游侧锚杆应力最大值都远小于锚杆应力允许值;厂房 上游侧在2#引水洞上方出现应力集中现象,锚杆应力最大 值偏大,接近锚杆应力允许值320MPa,加固处理后可以满足 要求,厂房上游侧其余地方锚杆应力最大值小于锚杆应力允 街而地下,房洞室地质编录展永 ? 比例尺 图例 厂—i]侏罗系I.统梨Iif组段Lf重 结晶坚硬泥岩和砂岩互层 石英正长斑岩脉 [二二]岩性分界线 O 岩层产状 断层及编号 断层破碎带 l鞲i竹理密集带 裂隙及编号 节理及编号 田涌水点 [二二]线状流水点 图1街面地下厂房洞室地质编录展示图 8福建建设科技2011.No.2 许值.整个洞室的位移不大,在正常范围之内.综上所述,本 工程地下厂房洞室的施工开挖方案合理,锚固支护方案安全 有效. 表1分期开挖支护破坏区分布特征 地下厂塑性区开裂区 房位置毛洞分期开挖锚固分期开挖毛洞分期开挖锚固分期开挖 顶拱346m345m0.5,1.0m0.O,O.5m 下游侧25,35m3,8m4,12m0.O,O.5m 上游侧1,25m3,7m4,8m344m 表2开挖后洞周锚杆应力和洞周位移值 锚杆应力(MPa)洞周位移(cm)地下厂房位置 最大值最小值极值 顶拱1O1.646.60.99 下游侧2O1.139.82.58 上游侧309.954.13.71 2.2.2施工期监测成果评价 地下厂房洞室检测工作紧随总体施工进度,在具备施工 条件的部位及时埋设观测仪器,按要求迁引观测电缆至相应 的观测站.围岩的收敛位移,内部位移,应力,外水压力观测 成果评价如下: (1)收敛位移 从地下厂房洞室顶拱及边墙的收敛观测结果来看,收敛 速率很小,月平均收敛位移量小于2mm,测值在误差范围内波 动,收敛计观测数据显示地下厂房洞室顶拱及边墙位移量小. (2)内部位移 施工期观测的多点位移计是用来监测测点围岩位移的变 化过程.从监测结果看,开挖爆破作业对围岩有较大影响,产 生较厚的围岩松动区域,围岩内部最大位移为7.15ram;各孔 测点的变化体现出一定的规律,同一孔内的测点位移测值相 差不大,也就是说围岩的整体性较好;围岩测点过程线大多表 现出明显的阶梯状,表明围岩卸荷时的空间效应明显. (3)应力 围岩随洞室开挖不断进行应力调整,洞室围岩随应力释 放有塑性化的趋势,从实测围岩应力可看出,围岩的塑性化较 小,围岩变形主要受爆破开挖作业的空间效应影响.观测成 果与应力有限元及应力还原分析计算成果基本相吻合,最大 应力观测点也是位于2#引水洞上方,最大应力值为 310MPa. (4)外水压力 一地基基础工程 通过渗压计观测,厂房顶拱最高水头为1.63m,说明了排 水措施是有效的,外水压力对围岩稳定的影响小. 以上监测成果都处于正常范围之内,施工期地下厂房洞 室安全稳定. 2.3运行期检测成果评价 2.3.1厂房围岩变形评价 主厂房围岩变形的分布是1#和2#机组及安装场附近 围岩表现出上游边墙变形较大,下游边墙变形较小;副厂房和 安装场附近围岩表现出下游边墙变形较大,上游边墙变形较 小.主厂房顶拱围岩累计变形在一3.7mm~6.5mm之间,最 大累计变形为6.48ram;边墙围岩累计变形在一8.Omm, 8.Omm之间,最大累计变形为7.3mm.由于本工程岩性和地 质条件较好,与同类工程相比,围岩变形较小. 2.3.2厂房围岩锚杆应力评价 主厂房的锚杆应力变化主要发生在开挖期,测值受邻近 部位围岩开挖的影响;开挖结束后,顶拱围岩锚杆应力变化已 趋缓,受温度影响呈年周期性变化.目前顶拱和边墙的围岩 锚杆应力尚未完全稳定. 主厂房围岩锚杆应力分布大致是1#和2#机组附近顶 拱锚杆应力较小,边墙锚杆应力较大;副厂房附近顶拱和上游 边墙锚杆应力均较大;安装场附近顶拱锚杆应力较大,边墙锚 杆应力较小.主厂房顶拱围岩的最大拉应力为270.09MPa; 边墙最大拉应力为347.62MPa,该值发生在开挖阶段,目前 已减至180MPa.厂房围岩锚杆应力在正常的范围内. 2.3.3厂房围岩渗透压力评价 地下洞室的开挖使得地下岩体原渗流通道发生变化,后 随厂房排水系统的形成,支护处理工程的到位,以及外水压力 调整结束,围岩的渗透压力逐渐进入相对稳定阶段,围岩最大 渗透压力为1.95m.围岩渗透压力小,外水压力对围岩稳定 的影响小. 3结语 街面水电站地下厂房布局紧凑合理,最大程度地利用了 有利的地质因素,避开了不利的地质因素,提高了围岩的稳定 性;施工开挖方案合理,支护效果明显.施工期监测成果和运 行期监测成果都处于正常范围之内,表明地下厂房洞室安全 稳定.由于主厂房的围岩变形主要发生在开挖后期,调整时 间较长,今后仍需做好监测及成果分析评价工作,发现问题及 时处理,确保电站能够安全运行. (上接第25页) (2)为了避免试验前堆载的重量过大压爆邻近的市政水 管,在水管附近施工两根基础梁来承担堆载的重量,试验取得 了成功.这种方法在软土地区进行静载试验时也可参考借鉴. 2003规范对 (3)美国的ASTM标准与国内的JGJ106— 比主要有以下不同之处:适用范围,试桩和基准梁的最小间距 要求,加卸载方式,稳定标准和终止加载条件等. (4)对于国际工程,应明确所使用的标准以及当地有关 部门对工程管理的规定,施工前先将相关方案提交咨询商审 批,并严格依照 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 ,在咨询工程师和业主代表的监督下进 行. 参考文献 r1]ASTMD1143/DH43M一07,StandardTestMethodsforDeep FoundationsUnderStaticAxialCompressiveLoadEs]. [2]中华人民共和国行业标准.建筑基桩检测技术规范(JGJ106— 2003)[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.