小浪底地下发电厂房岩壁梁设计施工与安全监测1.doc

小浪底地下发电厂房岩壁梁设计施工与安全监测咨询有限公司 侯新华 安康水电联合实业有限责任公司 伍安宝摘要 岩壁梁是利用锚杆将钢筋混凝土吊车梁锚固在岩壁上的一种结构物。本文介绍了小浪底地下发电厂房岩壁梁的设计、施工和桥机荷载试验期间的安全监测。观测结果表明岩壁梁运行是安全的。关键词 岩壁梁 锚固 荷载试验 监测1 工程概况小浪底地下发电厂房位于左岸“T”型山梁交汇处的腹部，是由地下主厂房、安装间、副厂房三部分组成。主厂房全长251.5m，最大跨度26.2m，顶拱高程165.05m，最低设计开挖高程103.61m，主厂房最大高度61.44m。自1995年2月5日正式开挖，到1998年10月14日机坑混凝土完成，一期工程宣告结束。2 岩壁梁设计与施工2.1 岩壁梁的设计岩壁梁是利用锚杆将钢筋混凝土吊车梁锚固在岩壁上，充分利用围岩自身的承载能力，可省去高大的吊车柱，也可使岩壁吊车及早投入使用。小浪底地下发电厂房的岩壁梁布置在主厂房上下游边墙高程152.8154.83的岩壁上，为悬臂长1.85m、高24.3m、总长219m的钢筋混凝土结构，靠三排32高强螺纹钢锚固在岩壁上。支撑两台5000kN吊车，吊车轨距23.5m，最大轮压800kN，换算单位长度荷载为685Kn/m。梁体上部采用两排500kN预应力锚杆，间距1.0m，排距0.5m，上下交错布置，上排锚杆倾角为250，下排锚杆倾角为200，梁下部设一排沙浆锚杆321.5m，长8.0m，上部锚杆承受拉力，锚固吊车梁，下部锚杆不受力，只起加固岩壁作用。2.2 岩壁梁的施工厂房的岩壁梁设在EL156.0150.0m之间，此层开挖首先进行约16.0m宽的中槽开挖，采用深孔排差挤压爆破技术，每循环爆破掘进20.0m，两翼各保留5.0m左右，采用光面爆破、龟裂爆破等多种控制爆破方法水平掘进，每循环控制在4.0m内。确保周边围岩和岩壁梁保留体的稳定。此开挖完成后，即进行岩壁梁的施工。但在施工前，又对EL150.0144.0m的边墙进行了光面预裂爆破，以减少下部爆破开挖对已形成岩壁梁的损坏。双排500kN预应力锚杆施工。首先在钢模板上定位，预埋PVC管，以确保锚杆位置和角度精确。厂房每侧岩壁梁分17个仓进行混凝土施工，单仓长13.0m。C30级混凝土泵送入仓。钢筋制安是在加工厂加工、安装完成后整体运到现场吊装。上下游各使用两套拼装的大面积钢模板，进行跳仓浇筑。完成岩壁梁混凝土施工后，进行岩壁梁500kN双层保护预应力锚杆施工。该锚杆长15.0m,埋入岩石12.0m，内锚固段6.0m。锚杆安装后，灌浆强度达到30Mpa后张拉到600kN再减载锁定到250kN。待厂房全部开挖完成后再次张拉到400kN锁定。为适应岩壁梁的后期变形，张拉锚杆均留有100kN的安全储备。3 岩壁梁观测设计岩壁梁的监测仪器分三个断面布置，分别在桩号0+55.25m（观测C断面，位于安装间）、0+129.25m（观测B断面，位于5号机组）、0+235.25m（观测A断面，位于1号机组）。布设有锚杆应力观测、岩体位移观测、混凝土吊车梁与岩壁接缝的开合度观测，吊车梁变位观测等。3.1 锚杆应力观测每一观测断面的三根锚杆上各设有三支钢筋计（R）。两根受拉锚杆上的三根钢筋计分别在岩面内0.5m、5.5m和8.0m。一根受压锚杆上的三支钢筋计分别在岩面内-0.5m、0.5m和2.0m。3.2 岩体位移观测每一观测断面设有一支6点式位移计（BX），测点埋深分别为1、2、4、8、15、25m。3.3 混凝土吊车梁与岩壁接缝的开合度观测每一观测断面的混凝土吊车梁与岩壁接缝处设有四支测缝计（J）。3.4 岩壁梁变位观测采用双向引张线法观测吊车的水平、竖直方向的变位，每个机组段设有一个观测点，安装场段设有两个测点，共八个测点。引张线沿上游岩壁梁平行引伸。由于引张线为相对变形量测，故在引张线的两个端点各布设有两支埋深为30m的单点位移计，校核两个端点变位。全部仪器已在1996年安装完毕，125%静载只在安装间试验断面进行测量。为确保试验期间获得岩壁梁的全部观测资料，我们在中国航空技术进出口深圳公司、北美仪器咨询有限公司的协助下，使用美国基美星公司的2380监控系统对岩壁梁的观测仪器实施自动化采集。布置的临时采集系统共使用了六台2380MCU（其中3台为2380/20型，3台为2380/80型），连接的观测仪器有100支共计181个传感器（包括温度测量），各MCU间采用有线连接，引到设在副厂房的临时中控站。MCU均放置在岩壁梁上，中控站配置一台微机24小时不间断工作。由于双向引张线法观测设备尚未施工，此次采用单点观测，既对每一观测断面都布设观测项目，进行水平和垂直两个方向变化观测。水平方向的观测采用小角法，垂直方向则采用常规的悬挂钢尺用水准直接观测。采集系统的安装从1998年12月14日下午开始，边安装边调试，至17日连同通讯电缆和供电线路的铺设全部完成。其间就国产DWG-40多点位移计的采集与供电我们作了专项研究，比较圆满地解决了2380系统连接该类仪器的问题。12月18日对所有连接的仪器测值作了全面核对，所有测值与人工测读值基本一致，采集系统开始正常观测。设定测次为每3小时一次，中控站微机24小时工作。在以后的数据采集期间，白天设定每小时采集一次。试验时规定桥机在每一观测断面的上下游侧各保留10分钟，数据读取采用人工控制，实施强制采集。4.2 试验时观测警戒值在桥机负荷试验期间，对岩壁梁的各种观测仪器测值设计规定的限值如下：1） 预应力锚杆测力计和钢筋计测值500kN;2） 加载前后岩壁梁与岩面间的测缝计读数差0.08mm；3） 加载前后上、下游岩壁梁的收敛变形读数差4mm。4.3 详细试验及观测程序1）12月20日：做单桥机75%荷载居中全程试验。2）12月20日：做双桥机并车75%荷载居中全程试验。3）12月22日：做双桥机并车100%荷载全程试验。荷载位于上下游侧游各观测一次。4） 12月23日：做双桥机车110%荷载全程试验。荷载位于上下游侧各观测一次。5） 12月24日：做双桥机并车125%静载试验。此试验仅在安装间进行。5 观测成果分析试验期间岩壁梁典型断面观测成果最大变化结果见表1各试验阶段A和B断面的详细测值变化情况分析如下：5.1 单桥机75%荷载居中全程试验各观测断面测缝计反映裂缝开合度为零。A断面上游侧钢筋计拉应力最大增加1kN，压应力最大增加2kN；A断面下游侧钢筋计拉应力最大增加2.6kN，压应力最大增加11kN。表1 桥机荷载试验岩壁梁观测最大变化结果统计表荷载级别观测断面测缝计钢筋计测力计缝开度（mm）锚杆应力（kN）荷载变化开合拉压单桥机75%0+129.25 32.50+235.25002.6110双桥机75%0+129.25003700+235.25003120双桥机100%0+129.250059210+235.250.012-0.015193双桥机110%0+129.250.016-0.0151110+235.250.02-0.015203B断面上游侧钢筋计拉应力最大增加1.8kn,压应力最大增加2.5kn；下游侧钢筋计拉应力最大增加3kn。预应力锚杆测力计荷载无变化。5.2 双桥机并车75%荷载居中全程试验各观测断面测缝计反映裂缝开合度为零。桥机停在A断面时，上游侧钢筋计拉应力最大增加1.6kn，压应力最大增加3kn；下游侧钢筋计拉应力最大增加3kn，压应力最大增加12kn；锚杆测力计增加1kn。桥机停在B断面时，上游侧钢筋计拉应力最大增加3KN，压应力最大增加4KN ；下游侧拉应力最大增加3KN，压应力最大增加7KN；锚杆测力计荷载未变化。5.3 双桥机并车100%荷载全程试验（1） 裂缝开合度桥机位于A断面时，上游侧测缝计显示裂缝开合度为零；下游侧测缝计测值变化表明岩壁梁上部最大有0.015mm的裂缝开度，下部为-0.01mm。桥机在B断面时，上游侧测缝计表明岩壁梁上部最大裂缝开度为0.012mm；下游侧岩壁梁下部最大为-0.01mm。（2） 应力变化桥机停在A断面时，上游侧钢筋计拉应力最大增加2KN，压应力最大增加4KN；下游侧拉应力最大增加5KN，压应力最大增加19KN；锚杆测力计荷载最大增加3KN。桥机停在B断面时，上游侧钢筋计拉应力最大增加5KN，压应力最大增加6KN；下游侧拉应力最大增加5KN，压应力最大增加9KN；锚杆测力计荷载最大增加2KN。5.4 双桥机并车110%荷载全程试验（1） 裂缝开合度 桥机位于A断面时，上游侧测缝计测值显示裂缝开合度为零；下游侧测缝计测值变化表明岩壁梁上部最大有0.02mm的裂缝开度，下部为-0.01mm。桥机在B断面时，上游侧测缝计表明岩壁梁上部最大裂缝张开度为0.016mm，下游侧岩壁梁下部最大为-0.01mm。（2） 应力变化 桥机停在A断面时，上游侧钢筋计应力最大增加3KN，压应力最大增加4KN；下游侧拉应力最大增加5KN，压应力最大增加20KN；锚杆测力计荷载最大增加3KN。桥机停在B断面时，上游侧钢筋计拉应力最大增加5KN，压应力最大增加6.5 KN；X下游侧拉应力最大增加3KN，压应力最大增加11KN，锚杆测力计荷载最大增加1KN。5.5 双桥机并车125%静载试验双桥机并车125%静载试验仅在安装间进行。观测资料表明岩壁梁运行安全。5.6 外部变形观测成果 从100%和110%的荷载试验来看，岩壁梁最大一点的水平位移为0.6mm，其余均小于0.4mm；各测点平均沉陷0.32mm，最大沉陷为0.7mm，卸载后均可反弹。6 结论6.1 从观测结果看，在最不利荷载组合时，岩体未产生明显变位，上下游岩壁梁之间收敛变形小于1.0mm，沉陷变形小于0.7mm，预应力锚杆荷载和钢筋应力的变化及岩壁梁与岩面间裂缝的开合度均在设计规定的