水布埡大型地下廠房施工順序和錨固參數(shù)優(yōu)化分析

介紹了采用水泥錨固劑的試驗和施工過程中所采取的措施。使其在實(shí)際工程使用中得到很好的效果。

水布埡水電站地下廠房系統(tǒng)洞室眾多,且地質(zhì)條件較差,因而洞室群的開挖施工困難,結(jié)合工程地質(zhì)條件,重點(diǎn)介紹了水布埡地下廠房系統(tǒng)施工通道布置與開挖分層、主廠房軟巖置換施工、吊車梁與置換體附近主廠房開挖施工措施,總結(jié)了開挖支護(hù)的主要施工經(jīng)驗,分析了應(yīng)改進(jìn)的主要方面,對類似工程施工組織設(shè)計有一定啟發(fā)。

目前國內(nèi)外水電站采用地下式廠房越來越多,在復(fù)雜的地質(zhì)條件下布置地下廠房在所難免。由于廠房的布置規(guī)模趨向擴(kuò)大,如何處理局部軟巖使廠房洞室穩(wěn)定安全至關(guān)重要。軟巖置換是解決這一問題的重要手段,水布埡地下廠房經(jīng)多次模型試驗,設(shè)計決定采取對高程199～223m段主廠房軟巖進(jìn)行置換,這在水電站地下廠房中屬首例。該文對實(shí)際施工中存在的軟巖置換問題進(jìn)行分析與總結(jié),為類似工程設(shè)計及施工提供工程實(shí)例。

水布埡電站地下廠房是目前國內(nèi)地質(zhì)條件最復(fù)雜且最差的地下廠房,巖性以灰?guī)r為主,巖體強(qiáng)度低,完整性差。在主廠房開挖施工前必須對廠房周邊巖石進(jìn)行混凝土置換,以確保圍巖不產(chǎn)生較大的變形,保證廠房大面積爆破開挖安全。主廠房置換洞采用小藥量、弱爆破及周邊孔爆破的形式進(jìn)行開挖,并適時進(jìn)行噴錨支護(hù),地質(zhì)條件較差的地段及時安裝隨機(jī)錨桿、系統(tǒng)錨桿和噴鋼纖維混凝土聯(lián)合支護(hù)。主廠房置換洞混凝土襯砌分三層進(jìn)行。置換體預(yù)埋件較金,其位置和傾角必須埋設(shè)準(zhǔn)確;置換體混凝土層大體積混凝土,其入倉強(qiáng)度應(yīng)不小于32m3/h,混凝土拌制和運(yùn)輸能力應(yīng)與之相適應(yīng)。

水電站地下廠房洞室頂拱的形成與錨固——在水電站地下洞室頂錨固設(shè)計中，認(rèn)識巖石頂拱的形成與結(jié)構(gòu)特征，又了解錨固的增強(qiáng)效果十分重要。應(yīng)用古典楔塊拱理論分析了地下洞室頂拱形成和拱的作用，根據(jù)極限平衡分析對頂拱錨桿加固進(jìn)行了評價，并以小浪底工程地下...

在水電站地下洞室頂錨固設(shè)計中,認(rèn)識巖石頂拱的形成與結(jié)構(gòu)特征,又了解錨固的增強(qiáng)效果十分重要。應(yīng)用古典楔塊拱理論分析了地下洞室頂拱形成和拱的作用,根據(jù)極限平衡分析對頂拱錨桿加固進(jìn)行了評價,并以小浪底工程地下廠房洞頂為例進(jìn)行了分析,結(jié)合數(shù)值模型,針對錨桿和錨索對頂拱加固的不同效果進(jìn)行了比較論證。結(jié)果表明:地下廠房洞頂自然拱結(jié)構(gòu)在開挖后基本形成;系統(tǒng)灌漿錨桿加固是必要的;整個洞頂安裝系統(tǒng)張拉錨索應(yīng)謹(jǐn)慎,因其對頂拱穩(wěn)定作用不大,且可能有負(fù)面影響。在水電站地下洞室頂錨固設(shè)計中,認(rèn)識巖石頂拱的形成與結(jié)構(gòu)特征,又了解錨固的增強(qiáng)效果十分重要。應(yīng)用古典楔塊拱理論分析了地下洞室頂拱形成和拱的作用,根據(jù)極限平衡分析對頂拱錨桿加固進(jìn)行了評價,并以小浪底工程地下廠房洞頂為例進(jìn)行了分析,結(jié)合數(shù)值模型,針對錨桿和錨索對頂拱加固的不同效果進(jìn)行了比較論證。結(jié)果表明:地下廠房洞頂自然拱結(jié)構(gòu)在開挖后基本形成;系統(tǒng)灌漿錨桿加固是必要的;整個洞頂安裝系統(tǒng)張拉錨索應(yīng)謹(jǐn)慎,因其對頂拱穩(wěn)定作用不大,且可能有負(fù)面影響。

采用三維非線性有限元方法對水布埡電站地下廠房開挖施工過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,數(shù)值仿真分橋采用marc軟件。主要包括以下內(nèi)容:開挖的數(shù)值模擬,非線性求解,有限元計算,計算成果的位移分析,應(yīng)力分析和屈服區(qū)分析等。研究整個開挖過程中圍巖及洞面的變形狀態(tài),應(yīng)力狀態(tài),屈服區(qū)分布以及洞室群的整體穩(wěn)定性,為施工提供依據(jù)。

彭水水電站建于地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶地區(qū),主廠房洞室規(guī)模巨大,圍巖為順巖層走向的陡傾角層狀頁巖體。針對薄層、陡傾角、軟弱頁巖自穩(wěn)時間短、變形破壞機(jī)制不易被掌控等特點(diǎn),在施工控制上應(yīng)重點(diǎn)考慮降低出露圍巖的應(yīng)力松弛、卸荷變形,及早施加支護(hù)錨固力,解決順巖層布置大型地下洞室高邊墻的圍巖穩(wěn)定等問題。為此,全面采用中空注漿預(yù)應(yīng)力錨桿新技術(shù),及時加固淺層圍巖;以鋼墊板錨墩替代混凝土錨墩,簡化了施工工藝、保證了工程質(zhì)量、加快了施工進(jìn)度,使圍巖及時得到深層錨固力,降低了圍巖卸荷變形的可能。

采用正交設(shè)計、三維數(shù)值模擬、遺傳算法與支持向量機(jī),建立了清江水布埡電站地下廠房的智能反分析流程。按照上述流程,利用前6層開挖的現(xiàn)場監(jiān)測信息對有關(guān)巖層的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反分析,根據(jù)反分析的參數(shù)對后續(xù)的機(jī)窩施工進(jìn)行數(shù)值模擬計算和方案優(yōu)化。推薦的機(jī)窩施工方案采用槽挖方式,同時應(yīng)用錨樁、軟巖置換、錨噴支護(hù)等措施,兼顧了高邊墻和機(jī)窩巖臺的穩(wěn)定性。優(yōu)化結(jié)果對廠房施工具有重要的指導(dǎo)作用。

水布埡水利樞紐是國家“十五”重點(diǎn)建設(shè)項目,裝機(jī)容量1840mw,其右岸地下電站是一個以引水洞、地下廠房、尾水洞為主體的龐大而復(fù)雜的地下洞室群,地下廠房尺寸為168.50m×23.00m×65.47m(長×寬×高)。通過多種數(shù)值模擬方法計算,對控制地下廠房邊墻變形和圍巖穩(wěn)定的上部及下部軟巖的處理方案和處理時機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)研究,確定上部及下部軟巖分別采用“混凝土置換超前軟巖封閉支撐體”和“保留軟巖支撐隔墩并進(jìn)行綜合加固”的處理方案。監(jiān)測資料表明,地下廠房圍巖是穩(wěn)定的,軟巖處理方案是合適的、成功的。

由于地形條件的限制,國內(nèi)外已有不少水電站采用地下式廠房。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差時,如何處理局部軟巖,保證廠房洞室穩(wěn)定至關(guān)重要,軟巖置換是處理局部軟巖的方法之一。水布埡水電站地下廠房周邊吊車梁附近的軟巖就是采用置換方法處理的。從置換方案的確定、圍巖穩(wěn)定性分析、置換體施工、監(jiān)測等方面對水布埡地下廠房軟巖置換處理進(jìn)行了簡要介紹

水布埡水電站地下廠房軟巖處理措施研究——水布埡水利樞紐是國家“十五”重點(diǎn)建設(shè)項目，裝機(jī)容量184omw，其右岸地下電站是一個以引水洞、地下廠房、尾水洞為主體的龐大而復(fù)雜的地下洞室群，地下廠房尺寸為168．50m×23．00m×65．47m(長×寬×高)。通過多...

大型地下廠房洞室群施工開挖順序及圍巖穩(wěn)定分析

336 水能經(jīng)濟(jì) 大型地下廠房施工程序及開挖施工分析 林平 【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和工業(yè)發(fā)展的需要，大型地下廠房得到廣泛應(yīng)用，一方面為工業(yè)發(fā)展提供堅實(shí)的后備力量；另 一方面，地下廠房的投入與使用經(jīng)濟(jì)環(huán)保，可以使國土資源得到有效地利用。但因地勢形式險峻復(fù)雜，地下廠房的建設(shè)又要與 多洞室進(jìn)行立體交叉，對大型地下廠房的施工提出了高難度的挑戰(zhàn)。本文從大型地下廠房的施工現(xiàn)狀入手，分別介紹大型地下 廠房的施工程序及開挖施工分析，以期為相關(guān)的研究提供有效的借鑒和幫助。 【關(guān)鍵詞】大型地下廠房；施工程序；開發(fā)施工 浙江華東工程咨詢有限公司浙江杭州311122 引言 在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中，地下廠房的建設(shè)成為了工業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè) 備中的一部分，隨著投入和使用的增加，使如何建設(shè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)固的地下 廠房成為有待解決的新問題。盡管科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為地下廠房的建 設(shè)提供了一定的技術(shù)支持，但因地下廠房建設(shè)中地

水布埡地下廠房巖石力學(xué)問題主要表現(xiàn)為復(fù)雜的巖體結(jié)構(gòu)及軟巖對洞室圍巖的控制作用。針對水布埡地下廠房巖石力學(xué)問題開展了系統(tǒng)的巖石力學(xué)研究,包括地應(yīng)力分布特征、巖石力學(xué)特性、工程巖體分級、巖體穩(wěn)定與支護(hù)數(shù)值模擬、洞室圍巖變形破壞特征、超載安全度以及洞室圍巖開挖與支護(hù)措施等。結(jié)果表明:水布埡地下廠房洞室開挖在技術(shù)上是可行的;所采用的軟巖處理、洞室圍巖噴錨支護(hù)以及尾水管槽間留隔墩并加錨樁的綜合處理措施是合理的,作用效果明顯。并綜述了主要相關(guān)內(nèi)容的研究成果。

馬馬崖水電站地下廠房為大規(guī)模洞室群施工，且由于該電站所處地質(zhì)條件較為特殊，即施工區(qū)域內(nèi)為緩傾角巖層；同時，大跨度的廠房頂拱和巖壁吊車梁的設(shè)計型式，本是所有該類型設(shè)計的水電站地下廠房共同的施工難點(diǎn)和重點(diǎn)，故該電站地下廠房大規(guī)模地下洞室群眾開挖相較其他水電站難度陡增，需要采取有針對性的施工技術(shù)方案和措施。通過參建各方對施工方案的精心設(shè)計和施工的科學(xué)組織，馬馬崖水電站地下廠房安全、保質(zhì)、保量完成了開挖施工，對類似工程施工具有一定的借鑒意義。

應(yīng)用作者近年來在巖體動態(tài)施工力學(xué)方面的研究成果，從巖體穩(wěn)定角度出發(fā)，考慮現(xiàn)場施工的約束條件，采用將人工智能語言與有限元程結(jié)合起來的智能化系統(tǒng)，對小浪底水利工程地下廠房洞室群施工順序做了優(yōu)化分析，克服了以前動態(tài)規(guī)劃每級計算中只考慮開挖１個分塊的缺陷，在眾多可能方案中，得到６種優(yōu)化方案。經(jīng)比較，每種方案都比原方案圍巖穩(wěn)定性有較大提高，對實(shí)驗工作具有參考價值。

應(yīng)用作者近年來在巖體動態(tài)施工力學(xué)方面的研究成果，從巖體穩(wěn)定角度出發(fā)，考慮現(xiàn)場施工的約束條件，采用將人工智能語言與有限元程結(jié)合起來的智能化系統(tǒng)，對小浪底水利工程地下廠房洞室群施工順序做了優(yōu)化分析，克服了以前動態(tài)規(guī)劃每級計算中只考慮開挖１個分塊的缺陷，在眾多可能方案中，得到６種優(yōu)化方案。經(jīng)比較，每種方案都比原方案圍巖穩(wěn)定性有較大提高，對實(shí)驗工作具有參考價值。

大型地下廠房特點(diǎn)在于跨度大、邊緣高、交叉洞窟多等，同時在施工過程中層次及工序繁多、技術(shù)要求高，而大型地

江埡水利樞紐進(jìn)行廠房由若干洞室組成，建筑物圍巖以溶孔為主、中有斷層溶蝕帶。地下水位主于建筑物底板高程。為解決地下廠方的滲漏問題，通過對地下水電站洞室群圍巖的透水性分析，并結(jié)合地下水補(bǔ)給源的調(diào)查研究。提出防滲堵漏措施，即阻斷地表水下滲；利用帷幕灌漿防止高水頭地下水威脅地下洞室群；截斷地下水的來源及補(bǔ)充。

針對水布坯水利樞紐工程地下式電站廠房，以巖塊的力學(xué)性質(zhì)試驗為基礎(chǔ)，對圍巖體的基本力學(xué)屬性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對重要的變形及強(qiáng)度試驗成果進(jìn)行了對比試驗，并就某些測試技術(shù)提出了有益的建議。

第26卷第10期巖石力學(xué)與工程學(xué)報vol.26no.10 2007年10月chinesejournalofrockmechanicsandengineeringoct.，2007 收稿日期：2007–04–28；修回日期：2007–07–12 基金項目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973)項目(2002cb412705)；國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目(50639100)；國家自然科學(xué)基金面上項目(50579042) 作者簡介：王俤剴(1983–)，男，2005年畢業(yè)于四川大學(xué)水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，現(xiàn)為碩士研究生，主要從事巖石工程監(jiān)測與反饋分析方面 的研究工作。e-mail：wangdikai2006@sina.com 地下廠房巖錨梁裂縫成因分析 俤王剴，彭琦，湯榮，鄧建輝，曲宏略 (四川大學(xué)水利水電學(xué)院水力學(xué)與山區(qū)河流