潘 兵 ，周 勇 ，蔡 波

（1.浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司，浙江 杭州 311122；2.中国电力建设集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 工程概况

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，是规划中该河段的第6级水电站，其上游连接孟底沟水电站，下游连接卡拉水电站，工程的开发任务为发电。杨房沟水电站枢纽由混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成，地下厂房布置在距进水口约150.00 m的左岸山体内，厂房纵轴线方位N5°E，内置4台单机容量375 MW的水轮发电机组，总装机容量1 500 MW。主副厂房、主变室、尾水调压室3大洞室平行布置，主副厂房尺寸为230.00 m×30.00 m×75.57 m（长×宽×高），主变室尺寸为156.00 m×18.00 m×22.30 m（长×宽×高），尾水调压室采用阻抗长廊式，1#和2#调压室尺寸分别为24.00 m×69.50 m×63.75 m（宽×长×高）和24.00 m×82.00 m×63.75 m（宽×长×高）。

2 基本地质条件

杨房沟地下厂房边墙开挖揭露围岩岩性为浅灰色花岗闪长岩，呈微风化 ～ 新鲜状，岩质坚硬，岩体质量整体较好，一般以II、III类围岩为主，局部IV类。主要发育5组优势节理：①顺洞向陡倾角：N10° ～ 30°E NW ∠ 60° ～85°；②切洞向陡倾角：N65° ～ 75°W SW ∠ 65° ～ 70°；③切洞向中倾角：N85°E NW∠40° ～ 50°；④切洞向陡倾角：N80°W ～ N80°E SW/NW ∠ 80° ～ 90°；⑤切洞向中倾角：N80° ～ 90°E SE ∠ 40° ～ 50°。

在地下厂房“厂右0 + 005.0 m厂左0 + 051.5 m”洞段下游侧边墙开挖过程中，现场开挖揭露该洞段发育断层f83及挤压破碎带J145、J164等，其中，断层f83两侧影响带宽0.50 ～ 3.40 m，影响带内断层伴生节理发育，间距10 ～30 cm，沿节理面有挤压蚀变现象，影响带岩体完整性差 ～较破碎，以III2类围岩为主，局部IV类。现场针对岩体蚀变带进行声波和钻孔摄像检测（见图1），根据检测成果，距边墙约3.00 ～ 4.00 m岩体存在明显的蚀变现象，结构面发育，岩体波速基本在3 500 m/s以下（花岗闪长岩新鲜完整岩块的平均声波速度在6 250 m/s），综合判断蚀变影响区域围岩承载能力偏低，对岩壁吊车梁整体稳定不利。

图1 岩体蚀变区域声波及钻孔摄像结果图

3 蚀变带岩壁吊车梁加固设计方案

金丰年等[1]认为岩壁吊车梁主要有3中破坏形式：①受拉锚杆屈服破坏；②下部交界斜面剪切破坏；③下部交界斜面混凝土被压坏。当下部交界斜面上岩体存在蚀变现象时，岩体承载能力相对有限，甚至低于混凝土的承载能力，岩体同样存在挤压破坏的可能，同时混凝土与岩体间的粘结性能也较差，容易发生沿交界斜面的剪切破坏。

由于蚀变带影响区域岩体承载能力不足、抗变形能力较差，不易作为岩壁吊车梁的承载基础，需采取针对性的加固处理，确保岩壁吊车梁在施工期和运行期的安全稳定。对于杨房沟地下厂房岩体蚀变带的岩壁吊车梁，设计采用增设扶壁墙的方案进行加固处理，并用预应力锚索将扶壁墙固定在边墙上，具体方案见图2。

图2 岩壁吊车梁结构示意图 单位：cm

4 蚀变带岩壁吊车梁加固效果数值分析

4.1 计算模型与计算参数

根据岩体蚀变影响洞段岩壁吊车梁增设扶壁墙加固处理方案，建立数值计算模型（见图 3右），对增设扶壁墙方案的加固效果进行分析，并以无扶壁墙方案（见图 3左）作为对比方案。岩壁和吊车梁之间设置Interface 接触面单元。

图3 数值计算模型图

根据地质报告建议值，蚀变带岩体变形模量取4 GPa，泊松比 0.280，抗剪断参数 c´ = 0.7 MPa、f ´ = 0.80。岩壁吊车梁采用C30混凝土浇筑，相关计算参数取值见表1。

表1 计算力学参数取值表

4.2 岩壁吊车梁变形特征

图 4为厂房后续开挖过程中有无扶壁墙情况下岩壁吊车梁变形增长情况图。从变形趋势看，变形增长主要发生在厂房第IV ～ VII层开挖期间，后续厂房下卧过程中，岩壁吊车梁变形增长幅度逐渐降低，对岩壁吊车梁整体稳定影响相对较小；从变形量级来看，洞室开挖完成后，无扶壁墙方案下岩壁吊车梁累计变形接近20 mm，增设扶壁墙后，岩壁吊车梁变形量值略有降低，累计变形在18 mm左右。可见，增设扶壁墙方案能够在一定程度上降低施工期岩体蚀变洞段岩壁吊车梁的变形量值，但其影响程度相对有限，后续开挖岩壁吊车梁变形特征主要受高边墙开挖卸荷松弛变形控制。

图4 施工期岩壁吊车梁变形随开挖变化情况图

图 5为运行期仅考虑轮压荷载下引起的岩壁吊车梁变形增量图。运行期轮压荷载引起的岩梁变形增量远小于施工期洞室开挖引起的变形增量，从2种方案岩壁吊车梁变形特征来看，与无扶壁墙方案相比，增设扶壁墙后，岩壁吊车梁最大变形增量由1.4 mm降到0.8 mm左右，降低了约40%。可见，增设扶壁墙对轮压荷载作用下岩壁吊车梁变形有较好的控制作用。从岩台部位围岩变形特征看，原无扶壁墙方案岩台挤压变形相对明显，增设扶壁墙后能够将一部分荷载向深部转移，可一定程度上改善岩台部位围岩受力情况，对该岩体蚀变带岩台及岩壁吊车梁稳定更加有利。

图5 轮压荷载作用下岩壁吊车梁变形增量图

4.3 岩壁吊车梁应力特征

图6 ～ 7分别为施工期厂房开挖完成后，有无扶壁墙情况下岩壁吊车梁的最大、最小主应力分布特征图。与无扶壁墙相比，增设扶壁墙后岩壁吊车梁的受力状态得到一定程度改善，最大主应力一般小于0.5 MPa，但扶壁墙结构自身的应力状态相对复杂，外侧（临空侧）处于受压状态，最大压应力在2.0 MPa左右，而内侧处于受拉状态，最大拉应力在1.2 MPa左右，小于C30混凝土抗拉强度设计值（ft= 1.43 MPa）。

施加轮压荷载后，岩壁吊车梁的梁体应力分布特征略有改变（见图8 ～ 9），其中最大主应力有一定程度的增加，无扶壁墙情况下岩壁吊车梁下拐点部位应力增长相对明显，最大压应力在1.4 MPa左右，增设扶壁墙能降低该部位的压应力值。轮压荷载作用下，部分荷载将通过岩壁吊车梁传递到下部的扶壁墙结构上，使得扶壁墙外侧受压区域的压应力值有小幅度增长，而内侧受拉区域的拉应力值略有降低。

从受力特征看，无论是施工期还是运行期轮压荷载作用下，岩壁吊车梁及扶壁墙均满足结构承载能力要求，但扶壁墙自身局部存在相对偏大的拉应力，安全裕度不高，并且该部位结构体型和地质条件均十分复杂，局部混凝土存在开裂的风险。

图6 无扶壁墙方案施工期洞室开挖完成后岩壁吊车梁应力特征图

图7 增设扶壁墙方案施工期洞室开挖完成后岩壁吊车梁应力特征图

图8 无扶壁墙方案运行期轮压荷载作用下岩壁吊车梁应力特征图

图9 增设扶壁墙方案运行期轮压荷载作用下岩壁吊车梁应力特征图

4.4 岩壁吊车梁锚杆受力特征

图 10为有无扶壁墙方案下岩壁吊车梁锚杆在施工期的受力特征图。从图10可知，增设扶壁墙对施工期岩壁吊车梁锚杆影响较小，2种方案下岩壁吊车梁受拉锚杆的应力均在200.0 MPa左右，受压锚杆应力在150.0 MPa左右。施加轮压荷载后，岩壁吊车梁锚杆应力较开挖完成后有一定幅度增加，其应力增量见图11，单根锚杆轴向应力最大增量分布在吊车梁与岩壁交接处，受拉锚杆增加的较为明显，其中无扶壁墙方案下受拉锚杆应力增量可达到90.0 MPa，而增设扶壁墙后，受拉锚杆应力增量有较大幅度的降低，一般在40.0 MPa左右，2种方案受压锚杆变化均不大。

可见，增设扶壁墙主要对运行期轮压荷载作用下岩壁吊车梁锚杆受力有一定影响，受拉锚杆应力增量有较大幅度的降低，提高了岩壁吊车梁锚杆的安全裕度。

图10 施工期厂房开挖完成岩梁锚杆受力特征图

图11 运行期轮压荷载作用下岩梁锚杆应力增量图

5 结 论

针对岩体蚀变影响区域岩壁吊车梁的稳定性进行探讨，利用数值分析方法，重点研究蚀变带岩壁吊车梁增设扶壁墙方案的加固效果。结论如下：

（1）增设扶壁墙可有效控制岩壁吊车梁在施工期开挖卸荷和运行期轮压荷载作用下的变形量值，其中扶壁墙对轮压荷载作用下岩壁吊车梁的变形控制较明显，与无扶壁墙方案相比，变形增量降低了约40%。

（2）增设扶壁墙能够改善梁体及岩壁吊车梁与岩台接触面的应力状态，但扶壁墙结构自身的受力状态相对复杂，靠近围岩一侧处于受拉状态，最大拉应力可达到1.2 MPa左右，可能引起局部扶壁墙混凝土开裂。

（3）增设扶壁墙对施工期岩壁吊车梁锚杆受力影响较小，受拉锚杆应力均在200.0 MPa左右，受压锚杆应力在150.0 MPa左右；运行期轮压荷载作用下，增设扶壁墙方案能够对锚杆应力增长起到较好的控制作用，受拉锚杆应力增量有较大幅度的降低（由无扶壁墙方案的90.0 MPa（与前文不一致）降低到约40.0 MPa），提高了运行期岩壁吊车梁锚杆的安全裕度。

（4）综上所述，对于岩体蚀变影响带，采用增设扶壁墙加固处理，能够有效控制岩壁吊车梁的变形和结构受力特征，确保岩壁吊车梁在施工期和运行期的安全稳定。

参考文献：

[1] 金丰年，翁杰，苏新军.地下工程岩锚吊车梁若干问题的探讨[J].岩石力学与工程学报，2003，22（增1）：2187 - 2191.

[2] 王宏利，蒋中明.扶壁柱式岩壁吊车梁受力特性研究[J].吉林水利，2016(7)：4 - 8.

[3] 幸享林，吴燕，冯梅.复杂地质条件下地下厂房岩壁吊车梁的设计[J].西部探矿工程，2011(8)：181 - 183.

[4] 曾静，盛谦，杨昌定.地下厂房岩壁吊车梁施工与运行期全过程数值仿真分析[J].岩石力学与工程学报，2006，25（增1）：3051 - 3056.

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