崔 民

1 概述

大型地下洞庫開挖所形成的大跨度、高邊墻斷面與巖體結(jié)構(gòu)面的組合非常復(fù)雜,因此洞庫圍巖穩(wěn)定性也成為業(yè)主和承包商共同關(guān)注的焦點(diǎn)。其安全問題的解決是依靠監(jiān)控量測和信息反饋。工程安全情況的判斷主要通過工程建設(shè)過程中和竣工后的監(jiān)控量測來保證;并通過監(jiān)測驗(yàn)證設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)水平。本文以海南某地下洞庫工程施工監(jiān)控量測為背景,采用現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析為大型洞庫設(shè)計(jì)、施工提供依據(jù)。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

該洞庫群所在區(qū)域?yàn)閯兾g性丘陵地貌,丘陵形態(tài)渾圓,巖體相對完整,整體狀結(jié)構(gòu)。巖性以中粗粒結(jié)構(gòu)花崗巖為主,局部可見流動構(gòu)造,山體穩(wěn)定性較好。

2.2 設(shè)計(jì)支護(hù)

主洞最大開挖高度38 m,最大開挖寬度35 m,洞內(nèi)一支洞橫跨主洞,開挖高度60 m,開挖寬度 20 m。采用錨、網(wǎng)、噴支護(hù),其中主洞邊墻支護(hù)參數(shù)如下:

系統(tǒng)砂漿錨桿φ 25@1.5 m×1.5 m,L=6 m,8 m,梅花狀布置;錨索支護(hù)采用1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,長度25 m,間距4.5m×6 m;噴射混凝土 t=0.2 m,C20;鋼筋網(wǎng)φ 12@0.2 m×0.2 m。主洞拱部支護(hù)參數(shù)如下:系統(tǒng)砂漿錨桿φ 25@1.5 m×1.5 m,L=6 m,8 m,梅花狀布置;錨索支護(hù)采用 1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,長度25 m,間距3 m×6 m;噴射混凝土 t=0.2 m,C20;鋼筋網(wǎng)φ 12@0.2 m×0.2 m。

2.3 主洞庫開挖方法

主洞開挖分部見圖1,圖中序號為開挖順序。

3 監(jiān)控量測項(xiàng)目

為保證施工安全,指導(dǎo)現(xiàn)場施工,選定6個監(jiān)測項(xiàng)目,見表 1。

4 傳感器

本工程所用的傳感器為丹東前陽工程測試儀器廠生產(chǎn)的鋼弦式傳感器。

表1 監(jiān)控量測項(xiàng)目一覽表

5 監(jiān)控量測實(shí)施

1)圍巖內(nèi)部位移量測。斷面里程為K46+470。2)圍巖壓力量測。斷面里程為K46+130。3)錨桿軸力量測。斷面里程為K46+470。4)錨索張拉力、位移量測。斷面在支洞口。5)滲透壓力量測。斷面里程樁號為K46+452。6)圍巖松動圈量測。斷面里程為K46+094。

6 施工過程監(jiān)控量測成果分析

6.1 圍巖變形量測成果分析

從量測數(shù)據(jù)可以看出,施工過程中圍巖內(nèi)部位移分布呈現(xiàn)三種類型:整體受壓型、整體受拉型、拉壓交叉型。其中整體受壓型測孔多分布在主洞K46+470斷面左側(cè)巖臺以上邊墻部位,而整體受拉型和拉壓交叉型在各個監(jiān)測點(diǎn)均不同程度地出現(xiàn)。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,可以看出洞庫尺寸及形狀對開挖過程中圍巖內(nèi)部位移的分布情況有很大影響,主洞K46+470斷面巖臺以上邊墻部位埋設(shè)的多點(diǎn)位移計(jì),左側(cè)主要表現(xiàn)為受壓,右側(cè)則主要表現(xiàn)為受拉。對于巖臺以下的高邊墻部分,圍巖內(nèi)部位移沿測孔軸向多表現(xiàn)為張拉位移,下部導(dǎo)洞出碴過程中各個測點(diǎn)張拉位移的增量均未超過1.5 mm,且出碴完成后很快趨于穩(wěn)定;部分測點(diǎn)還表現(xiàn)出壓縮型位移,位移增量同樣也在1.5 mm之內(nèi),未出現(xiàn)大的壓縮變形,說明圍巖穩(wěn)定性較好。

6.2 圍巖壓力量測成果分析

通過考察K46+130斷面右側(cè)邊墻的圍巖壓力變化可以發(fā)現(xiàn),整個施工過程中除澆筑邊墻襯砌混凝土引起圍巖壓力發(fā)生一定變化,左、右側(cè)邊墻的跳格開挖對已經(jīng)支護(hù)的右側(cè)邊墻的圍巖壓力的變化影響都不明顯。圍巖壓力的增加遠(yuǎn)小于支護(hù)結(jié)構(gòu)所能夠提供的支護(hù)抗力,施工過程中圍巖穩(wěn)定性可以得到充分的保證。

6.3 錨桿軸力量測成果分析

本工程埋設(shè)的錨桿軸力計(jì)每支6個測點(diǎn)。6 m軸力計(jì)測點(diǎn)深度分別為0.5 m,1.5 m,2.5 m,3.5 m,4.5 m,5.5 m;8 m軸力計(jì)測點(diǎn)深度分別為 0.67 m,2.00 m,3.34 m,4.67 m,6.00 m,7.33 m。K46+470斷面埋設(shè)的錨桿軸力計(jì)長度均為6 m,量測成果見圖2。其中“+”表示拉應(yīng)力,“-”表示壓應(yīng)力。

根據(jù)圖2量測結(jié)果來看,施工中大部分軸力測點(diǎn)都表現(xiàn)為拉力,只有少數(shù)測點(diǎn)在特定時期內(nèi)表現(xiàn)為壓力。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,開挖后錨桿軸力最大值均未超過100 kN,與錨桿拉拔試驗(yàn)所要求的

150 kN相比,安全系數(shù)在1.5以上,可見支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全度較高。

對本工程而言,這種擾動來自兩個方面:1)高邊墻形成后側(cè)墻部位交叉洞庫的開挖;2)錨桿鉆孔的施工。錨桿鉆孔的施工對圍巖的擾動比較明顯。

6.4 預(yù)應(yīng)力錨索張拉力、位移量測成果分析

為了對張拉過程進(jìn)行評價,我們給出了所有監(jiān)測錨索初張拉后張拉力與張拉位移的對應(yīng)關(guān)系散點(diǎn)圖,并進(jìn)行了線性回歸,結(jié)果如圖3所示。其中“+”表示張力增加,“-”表示張力松弛。

從圖3中可以發(fā)現(xiàn),錨索張拉后基本上呈張力松弛狀態(tài),只有個別錨索爆破后出現(xiàn)一定量的張力增加。通過對施工過程進(jìn)行分析,可以得出影響錨索張力變化的幾種因素:開挖爆破、施作噴射混凝土支護(hù)、澆筑邊墻襯砌。表2是支洞開挖爆破作業(yè)和施作噴射混凝土支護(hù)作業(yè)前后部分監(jiān)測錨索張力變化的對比結(jié)果。

表2 錨索張力變化統(tǒng)計(jì)表 kN

爆破對錨索支護(hù)的影響則表現(xiàn)在兩個方面,一方面,由于爆破產(chǎn)生的震動效應(yīng)的影響,錨索張力松弛;另一方面,開挖后釋放的地應(yīng)力一部分作用在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)上,錨索張力增加?，F(xiàn)有錨索張力量測數(shù)據(jù)中這兩個影響因素都有所反映,錨索張力的變化比較復(fù)雜。

6.5 孔隙水滲透壓力量測成果分析

由于建設(shè)區(qū)域內(nèi)賦存地下水的殘積土層為弱含水層、基巖強(qiáng)風(fēng)化帶及斷層破碎帶又多屬扭性或壓扭性,含水量都較少。其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

表3 滲透壓力分布情況統(tǒng)計(jì)表 MPa

6.6 圍巖松動圈量測成果分析

K46+094斷面的SBR094-1測孔波速分布圖見圖4。從洞壁向里,開始的一段波速較低,表示圍巖存在松動區(qū),松動層厚度在3 m～3.8 m之間。其中靠近洞壁處可能是爆破松動帶,而離洞壁較遠(yuǎn)處屬于應(yīng)力下降松弛帶,隨著向圍巖內(nèi)部逐漸深入波速逐漸升高,最后基本達(dá)到一個穩(wěn)定值。

由于本工程主洞側(cè)墻的錨桿支護(hù)采用梅花狀布置的6 m,8 m長錨桿,錨桿長度明顯大于邊墻的松動范圍,再輔以25 m的1 000 kN預(yù)應(yīng)力錨索,圍巖的整體穩(wěn)定性可以得到保證。

7 結(jié)語

1)施工過程中圍巖是穩(wěn)定的。拱部開挖過程中實(shí)測拱頂平均下沉量為-9.3 mm,考慮量測的滯后性,取掌子面到達(dá)量測斷面時位移釋放率為20%;同時考慮下部開挖時拱頂下沉的變化,取拱部開挖時拱頂下沉量為總下沉量的90%,則由拱部實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算所得的拱頂最終下沉量為-12.9 mm,可見施工過程中圍巖的穩(wěn)定性較好。2)開挖方法較為合理。采用這種施工方法,主Ⅱ?qū)訋r板開挖后拱部的拉應(yīng)力區(qū)較開挖前減小,這對拱部圍巖的穩(wěn)定性也極其有利。3)圍巖穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性較好。201洞庫巖臺吊車梁加載試驗(yàn)過程中,圍巖內(nèi)部位移和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力均變化較小,說明圍巖穩(wěn)定性及支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性較好。

[1] 李 迪,王德厚.水電工程安全監(jiān)測的發(fā)展[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2001(S20):1623-1625.

[2] 二灘水電開發(fā)有限責(zé)任公司.巖土工程安全監(jiān)測手冊[M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[3] 《中國水力發(fā)電工程》編審委員會.中國水力發(fā)電工程(工程地質(zhì)卷)[M].北京:中國電力出版社,2000.

[4] 陳久宇,林 見.觀測數(shù)據(jù)的處理方法[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1987.

[5] 熊代余,顧毅成.巖石爆破理論與技術(shù)的新進(jìn)展[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.

[6] 夏才初,李永盛.地下工程測試?yán)碚撆c監(jiān)測技術(shù)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1999.