核電站取水隧洞節(jié)理裂隙圍巖勘察與施工檢測評價

齊典濤

(甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院，甘肅 武威 734000)

目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對于能源的消耗越來越多，隨著石油、天然氣和煤等自然資源成本的不斷增加，核電成為一種收到全世界歡迎的資源，核電在國際能源結(jié)構(gòu)中的地位逐步提高，核電站建設(shè)也成為世界各國的重要戰(zhàn)略組成。核電站的建設(shè)，必然伴隨著龐大的土建工程，深大基坑、私下隧洞和廠房以及一些配套的建筑結(jié)構(gòu)施工，這些工程施工具有較大的難度，因此帶來的核電站施工安全和穩(wěn)定性問題對核電站具有重要的作用。其中，隧洞的穩(wěn)定性對于核電站的安全是非常重要的，它直接對隧洞在施工和以后使用的安全問題具有重大的影響。國內(nèi)外有諸多專家對圍巖的松動圈進(jìn)行了研究，并提出了多種松動圈理論和測試方法。目前已經(jīng)有一些學(xué)者對于核電站隧洞進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果。

1 隧洞勘察檢測理論分析

1.1 探地雷達(dá)的組成系統(tǒng)

探地雷達(dá)是一種通過電磁信號探測的方法，雷達(dá)主機(jī)對雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行總控制，包括實對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、后處理和最終的可視化。在主機(jī)上，可以連接具有不同中心頻率的天線，以實現(xiàn)復(fù)雜的檢測要求。由于地下介質(zhì)檢測的復(fù)雜性，有必要對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理以增強(qiáng)異常區(qū)域，有利于得出準(zhǔn)確的結(jié)論。

1.2 探地雷達(dá)對隧洞襯砌厚度的檢測原理

隧洞的基本結(jié)構(gòu)主要分為襯砌層、回填層和圍巖層，如圖1所示，通過分析反射圖像從而確定反射層。測量反射波反射時間t以確定襯層界面與襯層表面的距離，即襯層的厚度。

圖1 隧洞襯砌厚度探測原理圖

由下式即可求得襯砌的厚度：

(1)

式中，z—襯砌厚度；x—與天線有關(guān)的定值；ν—電磁波的傳播速度；t—雷達(dá)波在介質(zhì)中的雙程走時。

2 取水隧洞口仰坡穩(wěn)定性分析及施工建議

通過前期的工程勘察，取水隧洞口的地址分布較為復(fù)雜，此處受到兩組走向分別為340°和44°的節(jié)理控制。2條節(jié)理在這個位置交匯，使巖體切割成較為不穩(wěn)定的塊體，極易發(fā)生崩塌等問題，考慮到此處為隧道口，安全性需要首先考慮，因此需要盡早進(jìn)行研究處理。采用FLAC/slope2d軟件對仰坡進(jìn)行開挖穩(wěn)定性分析，主要考慮強(qiáng)風(fēng)化花崗巖和強(qiáng)風(fēng)化片麻巖兩種巖體。如圖2所示，為連續(xù)開挖的情況下，隧洞口仰坡的滑動面分析。

圖2 隧洞口仰坡計算結(jié)果

從圖2可見，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖仰坡穩(wěn)定性系數(shù)設(shè)置為1.18，此時仰坡的最大剪切應(yīng)變?yōu)?×10-5，強(qiáng)風(fēng)化片麻巖仰坡穩(wěn)定性系數(shù)設(shè)置為0.99，此時仰坡的最大剪切應(yīng)變?yōu)?×10-6，此時兩種巖性下的仰坡均符合規(guī)范規(guī)定的安全儲備要求。

取水隧洞開挖對圍巖穩(wěn)定型具有較大的影響，如圖3所示，為圍巖穩(wěn)定性分析的三維模型圖。圖4—5為隧洞沉降位移和剪應(yīng)變分布云圖。

圖3 三維模型圖

圖4 隧洞沉降云圖

圖5 隧洞剪應(yīng)變云圖

由圖4可見，在隧洞開挖過程中，最大沉降位置出現(xiàn)在隧洞洞頂位置，剪應(yīng)變最大值出現(xiàn)在隧洞的側(cè)壁位置。由圖可知，隧洞開挖對圍巖變形的影響主要分布在洞徑的1.5倍范圍內(nèi)，因此在隧洞口進(jìn)行施工過程中能夠，要及時對洞徑1～2倍范圍內(nèi)圍巖進(jìn)行支護(hù)，對隧洞口的仰坡進(jìn)行防護(hù)和加固，并且對沉降及時進(jìn)行檢測，保證隧洞的安全。

3 隧洞施工質(zhì)量分析與評價

測試時，5條檢測線布置在隧洞的軸線方向，測線布置方式如圖6所示，在野外對監(jiān)測地區(qū)進(jìn)行雷達(dá)掃面圖采集，采集完圖像之后，經(jīng)過后處理繪制施時間剖面圖。

圖6 測線布置示意圖

圖7為左側(cè)拱腰處的探測結(jié)果圖，由圖可知，隧洞襯砌分布均勻，厚度符合設(shè)計的要求。但是通過對襯砌后面的雷達(dá)監(jiān)測結(jié)果圖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在襯砌后面監(jiān)測有大量的空洞等缺陷。這些空洞等缺陷長度占總長度的55.26%。檢測結(jié)果見表1。

圖7 隧洞左拱腰測試結(jié)果圖

單位：m

圖8為隧洞拱頂監(jiān)測結(jié)果圖，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)拱頂位置圍巖極不穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)了圍巖松動的情況，極易造成圍巖的穩(wěn)定性下降。通過對拱頂監(jiān)測圖分析發(fā)現(xiàn)，在拱頂注漿位置，也出現(xiàn)了孔洞等缺陷，這些缺陷占隧洞拱頂位置病害總長度的92.78%。

圖8 隧洞拱頂雷達(dá)剖面圖

圖9為隧洞邊墻雷達(dá)剖面圖，圖9(a)為隧洞左邊墻雷達(dá)剖面圖，隧洞襯砌界面清晰，襯砌底界均勻，厚度達(dá)到設(shè)計要求，只有小部分區(qū)域出現(xiàn)圍巖松動情況，其他地方無明顯的空洞和不密實的異常反應(yīng)。此時圍巖松動病害長度為1.5m，占檢測長度的3.19%。圖9(b)為為隧洞右邊墻雷達(dá)剖面圖，隧洞襯砌界面清晰，襯砌底界均勻，厚度達(dá)到設(shè)計要求，隧洞左邊墻的圍巖松動病害距離為2.0m，略大于隧洞左邊墻，檢測病害長度占總長度的4.26%。

圖9 隧洞邊墻檢測結(jié)果圖

4 結(jié)語

(1)隧洞襯砌底部分布均勻，厚度符合設(shè)計的要求，大量的空洞和不密實病害出現(xiàn)在襯砌后方，隧洞左拱腰探地雷達(dá)檢測空洞不密實長度病害占總長度的55.26%，在拱頂局部位置出現(xiàn)了圍巖松動和不密實的異常反應(yīng)，同時在注漿孔處也出現(xiàn)了不密實的異常反應(yīng)，隧洞拱頂探地雷達(dá)檢測病害長度占總長度的92.98%。

(2)隧洞左右邊墻隧洞襯砌界面清晰，襯砌底界均勻，厚度達(dá)到設(shè)計要求，均有小量的圍巖松動病害，分別占據(jù)檢測檢測病害長度占總長度的3.19%和4.26%。

(3)經(jīng)過分析可知拱頂位置出現(xiàn)明顯的有空洞和不密實病害，只有少量的巖層發(fā)生松動，在拱腰位置有產(chǎn)生空洞、孔隙和不密實病害。