锦屏一级地下厂房稳定性分析与对策-2011-07-29.pdf

第四届水利水第四届水利水电地下工程及高边坡设计与施工技术交流电地下工程及高边坡设计与施工技术交流会会 参考资料参考资料 注原文发表在岩石力学与工程学报2009 年 12 月，28 卷 12 期 锦屏一级锦屏一级水电站地下厂房洞室群水电站地下厂房洞室群 稳定性稳定性分析分析与与思考思考 李仲奎 1，周 钟2等 1. 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室，清华大学水利水电工程系，北京 100084； 2. 中国水电顾问集团 成都勘测设计研究院，四川 成都 610072 摘要摘要锦屏一级水电站修建于我国西南地区，是雅砻江干流上重要梯级电站。该水电工程大坝高达 300m 以上； 地下引水发电系统洞室群规模巨大，布置复杂，施工技术难度很高。地下厂房洞室群受到三条大断层和多组节理 切割，地质条件复杂；而且厂区地应力高达 36MPa 左右，属于极高～高地应力级区域。不利的地质条件、地应力 条件、岩性条件及工程结构条件的组合，对地下厂房洞室群的稳定性提出了严重的挑战。施工开挖过程中，出现 了远远超过同等规模的其它地下厂房的围岩变形，并表现出明显的时效性，还有衬砌开裂、围岩松动区持续加深、 已经施工的锚杆锚索张力超限等等不寻常的现象，引起业主、设计、施工和科研合作单位的共同思考和各方关注。 本文就该地下厂房洞室群施工中的各种特殊现象进行初步分析，并对渐进性支护施工、分级控制锚索初始锁定张 力、松动圈强化固结等若干对策的可行性进行了探讨。 关键词关键词地下厂房；洞室群；极高地应力；时效性；稳定性；对策 中图分类号中图分类号P 642.22 文献标识码文献标识码A 文章编号文章编号1000–6915200902–00XX–06 STABILITY ANALYSIS time related property; stability; countermeasures 1 引引 言言 地下工程最大的特点就是它的赋存环境和工程 本身的不确定因素太多，这包括工程区域的地质构 造、围岩产状和岩性、岩体力学参数、地应力场构 成、地下水分布以及开挖支护等施工因素的不确定 性等等[1,2]。 正是由于这些不确定因素的存在，使得每一个 地下工程都具有自己的特殊性。尤其是像大型水电 站地下厂房洞室群这样的地下工程，它的洞室规模 巨大，尺度和断面形状各异、布置复杂、纵横交错， 地质环境千差万别，因而每一个新的地下水电站洞 室群，对设计和施工都是新的挑战。[37] 锦屏一级水电站地下厂房洞室群，就使该工程 的相关单位面临着前所未有的巨大挑战。该工程受 到地质构造复杂、断层交汇、岩体强度相对较低、 超高地应力等不利条件的影响，出现了以往地下厂 房没有出现过的具有时效性的大变形，喷混凝土层 严重开裂，洞周松动区持续加深，锚杆锚索严重超 限，有些锚索突然卸载等不寻常现象，严重威胁洞 室群的稳定性和施工安全，同时也令人担心它的长 期稳定性。这些现象引起了各方的密切关注，也启 发人们对锦屏一级地下厂房特殊性的深入思考。 由于锦屏一级地下厂房洞室群规模大，围岩地 质条件比较复杂，初始地应力水平较高，可供借鉴 的工程经验有限，不同洞段所处的地质条件、岩体 结构、地应力特征等状况不易掌握，给围岩稳定评 价以及加固处理措施带来一定难度，也使地下工程 施工期和运行期的安全存在一定的不确定性。 因此， 工程设计单位在施工开始后， 与清华大学进行合作， 开展了对地下厂房洞室群施工期的快速监测与反馈 分析研究，关注开挖过程中洞室围岩的整体与局部 稳定性，对洞室群的开挖顺序、支护参数等进行优 化调整，对洞室群的围岩稳定性进行综合评价，以 期确保施工期的安全和工程的正常运行。目前这项 工作已经开展了近两年[8]。 本文将结合监测反馈分析成果针对锦屏一级地 下厂房洞室群的特殊现象从几个角度并进行初步分 析，并对若干对策的效果和可行性作一定的探讨。 2 锦屏一级地下厂房工程简介锦屏一级地下厂房工程简介 锦屏一级水电站地下厂房洞室群规模巨大，主 要由引水洞、主厂房、母线洞、主变室、尾水调压 室和尾水洞等组成。 （见图 1） 2.1 厂房布置厂房布置 厂房轴线 NW65， 厂内安装 6 台 700MW 机组， 厂房全长 276.99m，吊车梁以下开挖跨度 25.60m， 以上开挖跨度 28.90m，开挖高度 68.80m；主变室 长 197.10m，宽 19.30m，总高 32.70m。尾水调压室 采用“三机一室一洞”布置型式，设置两个圆型调 压室，直径分别为 34.00m，38.00m（下室） ，高度 为 80.50m/79.50m。尾水调压室设计为两个分离的 圆筒型洞室，而不是像大多数国内地下厂房那样设 计为长廊型，正是预先考虑到锦屏一级地下厂房条 件不利的因素。这无疑是很正确的[9]。 图 1 锦屏一级地下厂房洞室群布置示意图 Fig 1 the 3D layout of the Jinping-I underground powerhouse 2.2 地质条件地质条件 厂区地质条件比较复杂，涉及岩性为杂谷脑组 第二段第 2、3、4 层大理岩夹绿片岩（T2-3Z2-4） ，围 岩类别以 Ш1类为主，饱和单轴抗压强度 Rb为 6075MPa。 地下厂区主要发育有NE向的f13 、 f14、 f18 规模较大的三条断层，断层走向与厂房轴线约 呈 45角； 与 f18 断层相伴还发育有灰绿色云斜煌斑 岩脉X，分布于主厂房空调机房、第一副厂房、主 变室及尾水调压室等位置，一般宽 2～3m，局部达 7m，大多岩性较差，属 IV～V 类岩体。 （图 2）此 外还有 NEE～EW 向和 NW～NWW 向的小断层， 3 李仲奎，等. 锦屏一级水电站地下厂房洞室群稳定性分析与思考 和四组主要节理裂隙①N 40～60E，NW∠25～ 35，②N 50～70E，SE∠50～80，③N 50～70W， NE（SW）∠80～90，④N 25～40W，NE（SW） ∠80～90。 地下水的分布主要受裂隙的发育及分布 情况控制，在裂隙不发育的洞室部位，一般仅表现 为弱～微透水，在裂隙较发育，特别是第③、④组 裂隙集中发育的洞段， 地下水较活跃， 多表现为渗、 滴水，甚至涌水[10]。 图 2 锦屏一级地下厂房地质剖面图 Fig 2 Geological cross section of Jinping-I powerhouse 2.3 地应力条件地应力条件 可研阶段在地下厂房范围进行了 16 个测点的 地应力测试。实测厂区最大主应力 σ120～ 35.7MPa，σ210～20MPa，σ34～12MPa，σ1 的方 向比较一致，介于 N28.5W～N71W 之间，平均 N48.7W，σ1倾角约 20～50，平均倾角 34.2；属 于极高～高地应力区。在施工开挖到第三层后，从 厂房内部又补测了五个点（图 3） ，仍然证明厂房区 域地应力是偏高的，但是主应力方向受到开挖卸荷 影响有很大改变。 图 3 锦屏一级地下厂房地地应力补测点红点分布图 Fig 3 in situ stress supplementary measurement in Jinping-I powerhouse 3 施工过程中施工过程中出现出现的问题的问题及分析及分析 锦屏一级地下厂房的施工难度，设计人员从前 期工作时就有所预见。根据大量分析、计算工作， 地下洞室群的支护设计参数均比常规设计有所加强 并准备了预处理措施，而且在地下厂房洞室群中布 置设计了系统的监测断面。监测项目包括多点位移 计、收敛计、锚杆应力计、锚索张力计等，以及钻 孔摄像、声波测试等物探检测（事实证明这些监测 手段起到至关重要的作用）[11]。但由于该工程的特 殊性超出了人们的经验和认识程度，还是出现了以 往地下厂房施工中极少出现的问题。 3.1 变形过大和时效性特征变形过大和时效性特征明显明显 从 2007 年 1 月到目前， 地下厂房洞室群的开挖 比例接近总开挖量的 60％。 多点位移计观测到主厂 房最大位移达近87mm， 主变室最大位移达132mm， 明显大于其它地下厂房全部开挖完毕的位移量。例 如溪洛渡左岸地下厂房开挖已经接近完成，观测到 的位移基本为锦屏一级的一半左右。除了变形值过 大之外，还表现出明显的时间效应，在非开挖或开 挖影响不大的情况下， 位移值随时间有明显的增加。 图 4a、4b、4c 分别给出了锦屏一级[11]、溪洛渡、二 滩[12,13]地下厂房典型的位移～时间关系曲线，不难 发现它们之间的区别。 主变室下游侧（0126.8）第二层排水廊道PS2 0686.84M4ps2-8 1679.2 1669.2 1661.2 1653.2 1649 -21.00 0.00 21.00 42.00 63.00 84.00 06-10-1007-01-1807-04-2807-08-0607-11-1408-02-2208-06-01 时间 累计位移（mm） 1645 1653 1661 1669 1677 1685 高程（m） 11.516.51921.5 开挖过程线 图 4a 锦屏一级地下厂房典型位移～时间曲线图 Fig 4a Typical displacement time relation curve of Jinping-I powerhouse 11.88 16.32 20.14 -5 0 5 10 15 20 25 30 08-4-1408-5-1408-6-1408-7-1408-8-1408-9-14 位移量/mm 0 5 10 15 20 25 30 35 温度/℃孔口4m7m15m温度 C 图 4b 溪洛渡左岸地下厂房典型位移～时间曲线图 Fig 4b typical displacement time relation curve of Xiluodu left- bank powerhouse 4 第四届水利水电地下工程及高边坡设计与施工技术交流会 参考资料 图 4c 二滩地下厂房典型位移～时间曲线图 Fig 4c typical displacement time curve of Ertan powerhouse 高～超高地应力和岩体强度相对较低是造成洞 室围岩变形过大的根本原因，在非开挖条件下的持 续变形，则反映出岩体材料的流变性能在高应力状 态（包括原始地应力和开挖造成的应力集中）和开 挖面卸载造成的岩体由三向受力向双向、甚至单向 受力状态转化情况下，得到了突出的显现。 3.2 喷喷混凝土混凝土开裂开裂 2008 年 4 月，主厂房开挖到第三层，开挖高度 达到 22m 时，主厂房 5＃机组中心线断面附近下游 拱肩处开始出现裂缝。5、6 月份厂房继续下挖至第 四层，主变室下挖至第三层，此时主厂房洞高超过 洞跨，高边墙开始形成，厂房下游拱肩裂缝进一步 发展，内部岩石向外鼓出，把直径 42mm 的钢拱架 钢筋都顶弯了（图 5） 。并且范围向 4、3、2、1＃机 组方向扩大， 延续到几乎整个下游拱肩。 到 08 年 9、 10 月份主变室第三层开挖完成， 主变室下游拱肩处 也发生与主厂房类似的裂缝，也是由高桩号位置向 低桩号逐步扩展。即由埋深浅的部位向埋深大的部 位扩展。这些裂缝与其它工程在母线洞中出现的裂 缝不同[9]，既非环向又非纵向，而是呈锯齿形。 图 5 喷混凝土开裂和弯曲的钢筋 Fig 5 cracked shotecrete and bend steel bar 洞周喷混凝土出现的裂缝，具有明显的规律， 对于主厂房和主变室两个平行布置的洞室，主要都 是分布在下游拱肩处， 表现出不对称性和各向异性。 而产生的根本原因则是地应力场相对于洞室结构的 不对称性，地质构造及岩层产状的不对称性以及岩 体性质的各向异性。 从地应力与洞室的关系来看，第一主应力和第 二主应力作用线与厂房洞室下游拱肩相切，开挖后 在下游拱肩处形成很大的应力集中，甚至超过围岩 的承载能力，而其它部位则没有这样严重。 反馈分析结果表明，洞周围岩的位移场和应力 场分布，这种不对称性是非常明显的。图 6a、图 6b 、 图 6c 、 图 6d分别给出了主厂房和主变室 的上、下游侧的位移分布云图[8]。 a 主厂房上游侧视图 a upstream view of the main powerhouse （b）主厂房下游侧视图 b downstream view of the main powerhouse c 主变室上游侧视图 c upstream view of the transer hall 5 李仲奎，等. 锦屏一级水电站地下厂房洞室群稳定性分析与思考 d 主变室下游侧视图 d downstream view of the transer hall 图 6 第 V 期开挖后主厂房、主变室洞周位移云图 Fig 6 displacement contour of the main powerhouse and transer hall after the excavation stage V 从上图还可以看出，位移分布不但表现出上下 游的不对称性，与断层的存在也密切相关。这从平 剖面上可以看得更清楚。 （图 7） 图 7 第 V 期开挖后主厂房洞周位移平剖面图 Fig 7 displacement contour of the horizontal cross-section of the main powerhouse after the excavation stage V 从图中可以发现，相同量值的位移等值线在断 层两侧发生了错动，产生了不连续变形。 3.3 松动区的发展松动区的发展 众所周知，在地下厂房开挖过程中，由于开挖 爆破的冲击荷载，洞室周围都会产生松动破损区， 这个区域的岩体已经进入非连续状态。在一般地应 力条件下，如果岩体强度较高和完整性较好，松动 区的深度主要受到爆破强度的控制，一般在 1～2m 范围内。而且在开挖过后，应力调整将很快完成， 虽然其它部位的爆破开挖仍在进行，已经开挖部位 的松动区也不会再有明显的发展。而在锦屏一级地 下厂房施工过程中，通过物探方法检测到松动区的 发展却是明显的。 图 8 主厂房洞周松动区监测结果 Fig 8 acoustic instrumentation result for the main powerhouse 图中黑线表示同一钻孔进行的第一次检测结 果，其它颜色的线条表示后续检测结果。可以发现 波速降低的深度在不断加大。统计表明，初期松动 区的深度多在 2m 范围之内，随着洞室继续向下开 挖到第三层时，松动区深度增加到 2～4m，开挖到 第四、 五层时， 有些部位松动区则增加到 10m 以上。 松动区的发展从锚索施工中也得到证明，锚索造孔 困难，缩孔塌孔严重，往往打到十几米深时仍难以 成孔，造成锚索施工困难。钻孔电视观测到，松动 区到较深部位的分布有一定间隔性，是否与目前岩 石力学界关注的深部岩体的分区破损现象类似 [14,15]，也值得分析研究。 3.4 锚杆、锚索张力超限锚杆、锚索张力超限 施工过程中，随着开挖不断进行，前期支护施 加的锚杆、锚索的张力有所增加，这本来是正常现 象，而且还说明锚杆、锚索确实发挥了作用，只要 张力增大的幅度在设计允许范围之内，对控制变形 和洞室稳定应该说是有利的。但在锦屏一级地下厂 房施工中，这种正常现象却演变成另一个令人不安 的问题。开挖还没有完成，锚杆、锚索的张力已经 有相当比例大幅度超过设计限度，逼进极限吨位。 如果再发展下去，出现锚索因超限而拉断，锚固力 突然释放，岩体失去支撑，发生大规模的垮塌的危 险是完全可能的，二滩水电站地下厂房就发生过这 样的事故。现场监测表明，主厂房锚索超出设计吨 位的根数，占监测锚索总数的 38.81，最大超限幅 度大于设计吨位的 40％以上如设计吨位 200 吨的 锚索实测值达到 266 吨，设计吨位 100 吨的锚索实 测值达到 144 吨。主变室超出设计吨位的锚索根 6 第四届水利水电地下工程及高边坡设计与施工技术交流会 参考资料 数，占监测锚索总数的 43.75，最大超限幅度约为 设计吨位的 38％左右如设计吨位 175 吨的锚索实 测值达到 241 吨。根据反馈分析的预测，地下厂房 开挖完成后， 主厂房中锚索超过设计吨位 10％及以 上的总根数将达到 350 根左右。分析锚索、锚杆超 限的原因，不难发现它的范围与量值与洞周变形密 切相关。我们既要防止变形过大引起衬砌和围岩开 裂破坏，又要防止锚杆锚索受力过大超过极限造成 断裂，这让我们陷入了一个两难命题的求解中。 4 思考和对策思考和对策 从以上的介绍可以看出，锦屏一级水电站地下 厂房洞室群的施工确实给大家出了难题。现在，锦 屏一级地下厂房的特殊性，它在高地应力、地质构 造、岩体性质等方面的极端不利条件，对施工过程 的洞周围岩稳定，对洞室群的长期稳定造成的挑战 和困难已经得到共识。这些挑战和困难突破了我们 的经验，突破了地下工程已有的规范，引起各方面 的关注和思考我们如何面对这种挑战，针对工程 的特殊性，找出有效可行的对策。 实际上，洞周位移变形过大、开裂，松动区持 续加深、锚杆锚索张力超限等现象，虽然表现形式 不同，但都是密切相关的。仔细分析变形发展的规 律对我们不无启发。 4.1 岩体岩体时效性变形发展规律时效性变形发展规律及渐进支护及渐进支护施工施工方式方式 我们从图 4a、图 4b、图 4c 的比较可以看出， 和其它地下厂房开挖过程中洞周围岩变形的最大区 别，就在于锦屏一级地下厂房的变形既与开挖相关 又与时间相关， 而且位移随时间增加量的比例很高。 我们选取了主变室上游侧 126.8 桩号的四点多点位 移计 M4ZBS-1 在一段相对较长时间没有开挖的测 量结果为例进行分析。 图 9 主变室上游多点位移计位移曲线 Fig 9 displacementtime curve of the main transer hall 我们选取变形最大的孔口测点的位移进行分 析。从开挖到高程 1661.2m（主变室第 II 层）之后， 到开始下一层开挖之间一共有近 5 个月，如图中黑 实线所示。开挖之前的位移、开挖突变位移、开挖 后 20 天、70 天和 120 天后的位移，以及位移增量 和比例如下表 1 所示（以 120 天后变形为 100％） 表表 1 1 多点位移计多点位移计 M4ZBS-1 变形分析表变形分析表 Table 1 analysis to the displacement obtained by extensometer M4ZBS-1 初始 变形 开挖 变形 20 天后 变形 70 天后 变形 120 天 后变形 位移值 1.00 10.00 11.36 15.46 17.73 位移增量 9.00 1.36 4.10 2.27 日增量 0.059 0.082 0.036 百分比 51.0 7.7 23.1 12.8 从时间上看，时效变形有五个阶段，开挖面到 达之前为前期阶段，变形比例在百分之几到 10％； 在开挖后一个月内，有一个缓慢变形阶段，增加的 速率并不是很高； 而在一个月到两个半月的期间内， 有一个加速变形的阶段，变形速率是前一阶段的 2 倍左右；三个月后变形速率逐渐减小。从几条曲线 的关系可以发现，距离开挖面越远时效变形越小， 反映出时效变形沿深度方向的强非线性分布特征。 在长期未加支护的排水廊道（与主厂房平行）或临 时性洞室中发现一种普遍现象， 就是在刚刚开挖后， 暴露的岩面显得很完整，没有出现任何明显的开裂 破坏现象，但随着时间的推移，廊道下游拱肩表面 围岩开始出现压剪型破坏、开裂、剥落，由表及里 向围岩内部延伸，并越来越严重。显现出一种渐进 式而非突发式的破坏过程。 这个过程对我们有所启发，既然变形和裂缝都 是开挖面浅表到深层逐步产生和发展的，那么支护 也应采取“由短到长、由浅入深、由柔到强”的渐 进方式逐步施工。 “短、浅、柔”的支护，如带垫板 的短锚杆、挂网钢纤维喷混凝土等，施工简单、快 速，在开挖后尽快施工；它既能及时控制表层的开 裂破坏， 又允许围岩继续产生变形； 施工困难的 “长、 深、强”的支护，如长锚杆、预应力锚杆、预应力 锚索、钢拱架等，可等变形有一定发展后按照一定 时段逐步增加。 时效变形的加速阶段很可能就是洞周松动区加 速形成的阶段，裂缝也会在这个阶段产生和加速发 展。因此可以考虑中等强度的支护时机掌握在开挖 7 李仲奎，等. 锦屏一级水电站地下厂房洞室群稳定性分析与思考 后一个月到两个月之内比较合适，对控制松动区的 发展有利。 4.2 锚索超限问题锚索超限问题 如前所述，锚杆锚索张力超限与变形过大是密 切相关的，解决锚索超限问题实际上需要提出包括 两个方面的对策，一是尚未安装的锚索今后如何施 工，二是已经安装并超限的锚索如何处理才能保证 锚索不失效而又能继续起到锚固作用。 1分级降低锚索初始锁定张力分级降低锚索初始锁定张力 对于尚未施工的锚索，根据反馈分析及对后期 开挖乃至开挖完成后锚索张力的预测表 2， 适当滞 后安装时间和分级降低锚索初始锁定张力的措施可 能是一个可行的办法。校核计算表明降低初始锁定 吨位后，不会引起洞周围岩位移显著增加，增加幅 度在 1～2mm 左右，而锚索后期超限会明显降低。 表表 2 锚索超限预测锚索超限预测 Table 2 prediction to the over-loading of anchors 位置 第 V 期超 限10 最大超 限幅度 超过极 限幅度 根数 开挖终了超 限10％ 最大超 限幅度 超过极 限幅度 根数 主厂 房上 游侧 23 13 48％ 28％ 2 0 99 65 48％ 33％ 2 0 主厂 房下 游侧 29 13 48％ 82.5％ 1 0 53 121 48％ 82.5％ 3 7 主变 室下 游侧 14 总 92 24％ 0 16 总 354 48％ 2 对于已经安装锚索的部位，可根据预测情况补 充一些锚索，但是只打孔安装锚索而不进行张拉， 滞后一段时间， 等厂房继续下挖一期、 甚至两期后， 根据前期安装的锚索张力计量值增长情况再行张 拉。 2采用控制卸载法采用控制卸载法降低锚索降低锚索超限超限张力张力 由于已经安装好的锚索难以放松后重新张拉， 除在局部锚索超限严重部位再增加储备锚索外，我 们借鉴治理和预防岩爆的原理，建议探索采用弱化 锚头下的局部岩体，进行控制性主动卸载的方法降 低已严重超限锚索张力，如图 10 所示。 b 图 10 控制性主动卸载法降低超限锚索张力 Fig 10 controlled active unloading to reduce the over-loading of anchors 这种方法的原理是采用控制性方法弱化锚头墩 座下的局部楔形岩体，使该楔形岩体产生向岩体内 的位移，进而缩短锚索张拉长度，使超限锚索主动 卸载，达到卸载要求的吨位后，再将弱化的锚墩下 的岩体进行灌浆加固，保证锚索的后期锚固作用。 4.3 促进促进松动圈向承载圈的转化松动圈向承载圈的转化 “新奥法”原理中提出，支护的作用是与洞室 围岩联合作用，一起形成稳定的承载圈。在一般情 况下我们通过喷混凝土、锚杆、锚索等方法，就可 以做到这一点。 有人认为松动圈在锚固范围内，就已经形成承 载圈。 这是值得商榷的。 首先松动圈不等于屈服圈， 屈服圈是大于松动圈的，到目前开挖期，计算得到 的屈服圈范围比松动圈要来得大些，有的部位还大 得多。屈服圈中的岩体参数是原始岩体参数，而松 动圈中的岩体参数远低于原始岩体参数，因为它是 不连续体的等效参数。这个等效参数难以确定，实 际需要通过监测和反馈分析的配合来选定。 松动圈只靠锚固的方式就能形成承载圈吗在 松动圈范围在 4～6m 甚至更深的情况下， 以及在时 效变形要占总体变形相当大的比例时，我们如何使 松动圈更有效地向承载圈转化， 是需要认真考虑的。 而且这个承载圈需要长期稳定，而不只是施工期。 现在已经采用了相当密集和强大的锚索 （杆） 支护， 但效果不能说很明显。增强松动圈的整体性和自身 的承载能力能够发挥岩体承载圈的作用。 （（1）灌浆与锚固结合的）灌浆与锚固结合的优点优点 提高松动圈中开裂岩体的整体性，是减少后期 变形、裂缝和锚杆锚索超限发生的关键，灌浆与锚 固相结合才是更为有效的措施。 1 锚固的作用是通过增加松动块体之间的摩擦力 和咬合力来增加松动圈的整体性的，但这是一 种机械作用，是靠力的传递起作用的。锚固力 再大，中间的岩块还是连接不到一起，甚至可 能把锚端岩体压碎，实际已经发生这种情况。 2 而灌浆的作用是整体效应，它不仅仅是充填了 劈裂缝隙，还会通过分子力作用把松动圈中分 离的岩块连接成一个整体，它的整体作用效应 远大于锚固的松动圈。 3 从持久性来说，只靠锚杆锚固 4～6m，甚至更 深的松动圈，也是让人担忧的。锚杆的锈蚀难 8 第四届水利水电地下工程及高边坡设计与施工技术交流会 参考资料 以避免，长期作用效果会降低，在高应力下锚 杆的电化学锈蚀会加剧、加快。而灌浆的作用 还能减少渗漏， 保护锚杆避免过快地锈蚀失效。 4 锚杆、锚索形成锚固锥有一定盲区，它们的作 用范围也不如灌浆作用范围大。 灌浆也有它的不足， 松动圈灌浆工艺缺少经验， 除浆液固结需要时间，作用发挥较慢外，主要是与 其他施工干扰大，难度大。但是两者的结合将会发 挥各自的优点，促使松动圈向稳定的承载圈转化， 是很容易理解的。 （（2 2））松动圈灌浆的松动圈灌浆的可行性可行性 在地下厂房开挖施工中对松动圈进行固结灌 浆，尚无先例可循，是否可行必须考虑。第一可能 吃浆量很小，灌不进去，灌浆效果不大。吃浆量小 只说明缝隙小，松动圈中若没有大的空隙，就不会 有大的吃浆量。而且根据监测和物探检测资料看， 松动区开裂程度已经很严重，吃浆量不会太少。第 二个可能是灌浆时可能跑浆、喷层起鼓，影响边墙 稳定。这正说明裂缝严重，更需要灌浆；而通过采 取变形监测措施， 防止喷混凝土层起鼓， 控制变形， 在技术上是可行的。第三是厂房不断向下开挖，需 要灌浆部位可能距离底面很高，不好灌浆。我们可 以等岩锚梁浇注完，安装临时吊车以后，再进行较 高部位的灌浆。第四是如何确定灌浆范围，洞周都 灌浆工作量太大，但可以根据声波测试和反馈分析 确定的松动圈比较深的范围，在松动严重的部位或 裂缝出现的范围进行针对性灌浆。 增强松动圈中开裂岩体的整体性，是促进这种 转化的关键，而灌浆与锚固结合则是一种技术上可 行的措施。可以根据声波测试确定松动圈的范围， 在松动严重的部位或裂缝出现的范围进行灌浆。 因此通过松动圈灌浆增强地下厂房围岩整体性 和承载能力，虽然有难度，但是可行的。 5 结结 语语 1. 锦屏一级水电站地下厂房洞室群在极高地 应力、多条断层切割、岩体偏软及各向异性、非线 性和时效性强烈等不利条件下进行开挖施工，洞室 出现大变形、严重开裂和松动区持续发展等现象有 其必然性，但需要严密关注其发展。 2. 设计支护的合理和施工的质量，可以保证 目前不会影响洞室群的整体稳定。但较大范围的局 部失稳是有可能发生的。根据现场各种监测手段提 供的工程反应信息，进行实时反馈分析，预测未来 发展，及时调整施工开挖方案和加强支护设计，保 证工程安全是完全必要的。 3. 提高洞周松动圈中开裂岩体的整体性，是 减少后期变形、裂缝和锚杆锚索超限发生的措施， 灌浆与锚固相结合，其共同作用效果会更好。 4. 锚固支护采用“由短到长、由浅入深、由 柔到强”的渐进方式施工，对于锦屏一级地下厂房 围岩的变形控制更为有利。 5. 锦屏一级水电站地下厂房洞室群在高地应 力作用下，围岩的时效性表现强烈。研究围岩的流 变性能和选取适当的模型，对洞室群的长期稳定性 评价具有重要意义。 6. 该水电站正在施工过程中，有些影响因素 仍会有变化，因此本文的看法仅作为目前阶段的研 究探讨供读者参考。 6 致致 谢谢 作者特别希望感谢在锦屏一级水电站地下厂房 洞室群两年来的施工过程中，给予大力帮助和指导 的锦屏管理局、成勘院领导和参加各次咨询会议的 专家，以及成勘院驻锦屏一级设代处的所有同仁。 参考文献参考文献References [1] 谷兆祺，彭守拙，李仲奎. 地下洞室工程[M]，北京清华大学出 版社， 1994 （GU Zhaoqi, PENG Shouzhuo, LI Zhongkui. 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