地下厂房结构（精选7篇）
地下厂房结构 篇1
锦屏一级水电站引水发电系统布置于坝区右岸，采用地下厂房的布置方式，是以主厂房（277m×28.9m×69m），主变室（197.1m×19.3m×32.7m）和尾水调压室为主体的硐室。硐室群位于雅砻江右岸的大理岩中，厂房轴线为N65°W。受多期构造运动、表生改造以及高地应力的影响，厂房区发育了大量的裂隙。因此作为岩体的重要组成部分，结构面往往是控制工程荷载作用下岩体力学作用方式及其力学影响的主要因素之一。其影响可归结为两方面：(1)由于结构面的强度往往低于岩体的强度，在一定条件下成为岩体首先变形和破坏的部位；(2)结构面的产状变化，延伸范围，发育程度，组数及其组合关系，直接影响岩体受力后的力学效应，且各种结构面的组合构成岩体变形的边界，控制岩体的破坏方式。
可见，结构面在很大程度上决定了地下厂房硐室围岩的稳定性，因此，对结构面进行详尽的调查，弄清其类型、分布、范围，找出其中的规律是非常必要的。
1 工程地质条件
地下厂区位于右岸普斯罗沟和道班沟之间山体内，岩层顺倾河谷，岩层总体产状N30°～60°E/NW∠30°～40°。
地下厂房硐室群置于大坝右岸杂谷脑组第二段大理岩内，自山内向外依次为第2层、第3层、第4层，第2层既有厚层块状结构的大理岩，又有薄～中厚层状或互层状结构的大理岩与绿片岩；第3层主要为浅灰～灰白色厚层状大理岩，局部夹少量绿片岩条带、绿片岩透镜体；第4层为杂色厚层角砾状大理岩夹少量绿片岩，绿片岩以透镜状为主。
此外，厂区还发育有灰绿色云斜煌斑岩脉，斜穿过厂房空调机房、第一副厂房及主变室等，呈平直延伸的脉状产出，一般宽2m～3m，局部脉宽达4m。总体产状N50°～70°E/SE∠65°～70°，岩脉上盘接触面与大理岩多呈小断层接触。
主要发育有NE向的f13、f14、f18等断层以及NEE向和NW～NWW向的小断层。
厂区大理岩岩溶化程度微弱，属岩溶裂隙含水岩体，地下水的分布主要受构造控制，在裂隙不发育的硐室部位，一般仅表现为弱～微透水。
2 岩体结构面工程地质分级
结构面工程地质分级是根据结构面的规模、工程地质性状及其工程地质意义对结构面进行的级别划分。结构面工程地质分级是进一步深入研究结构面特性的基础，好的分级系统应能最简单明了地反映结构面性状的差异性特征。一般情况下，结构面工程地质分级的原则是根据总体性状进行一级划分，在此基础上，根据不同的规模或进一步的性状特征进行二级划分。一级划分的结构面性状含义主要指宏观上的性状差异，一般情形下，主要表现为三类，即：充填型或断层型结构面、非充填型或裂隙型结构面、断续延伸的非贯通型基体结构面，它们分别对应于I级、II级、III级结构面。
已有研究表明，地下厂房区结构面的总体特征仍表现为以上的三种类型，故以此作为厂房区结构面分级的一级划分，即I级——较大规模断层型、II级———裂隙性断层、长大裂隙及层间挤压带和III级———基体裂隙型。
2.1 Ⅰ级结构特征分析
厂区硐室围岩由第2层、第3层、第4层大理岩组成，其中第2层大理岩既有中～厚层状大理岩，又有薄层状大理岩、绿片岩，总体上以中～厚层状为主；第3层大理岩为厚层状、局部中厚层状；第4层大理岩多为厚层状。主要发育有NE向的f13、f14、f18三条断层和一条紧挨f18发育的煌斑岩脉这四个Ⅰ级结构面，断层主要由碎裂岩、角砾岩、糜棱岩构成，胶结，挤压紧密，多强风化，受断层及地下水影响带内裂面普遍锈染，呈黄褐色。从图1可以看出，这4个Ⅰ级结构面均与厂房轴线呈大角度相交，对垂直于河流方向的主要硐室稳定有利，对厂房的稳定性影响较小，但对断层影响带局部稳定有较大的控制作用，如顶拱掉块、边墙断层影响带围岩挤压鼓出或卸荷松弛变形等。
2.2 Ⅱ级结构面特征
区别于三大断层及相对短小的基体裂隙面（Ⅲ级结构面），将发育有一定延伸长度（一般大于10m）和一定带宽（一般大于5cm）的裂隙型小断层、挤压破碎带、绿片岩集中发育带和层面及其挤压带均归入Ⅱ级结构面。Ⅱ级结构面主要是对围岩的局部稳定及地下水渗流性状具有一定的影响。
2.2.1 小断层、挤压带及绿片岩发育带
总体来说，地下厂房区II级结构面不甚发育，主厂房发育3条小断层和3条挤压破裂带。
小断层按走向可细分为三组：近EW向；N60°～70°E;约N45°E，倾向SE和NW的均有发育，倾角均为陡倾角，与厂房轴线夹角相对较大，顶拱发育的小断层易于形成掉块，对边墙部位的小断层两侧局部岩体稳定性有一定影响，可与其它结构面组合构成块体失稳边界。主要II级结构面产状特征可参见图2赤平面投影图。
挤压面按走向可细分为三组：近EW向：N50°～55°E;N70°～80°E，倾向NW或N，倾角均为中缓倾角，挤压带挤压呈片状或薄板状，部分沿绿片岩带发育。近EW向的挤压带与硐室轴线夹角相对较小，与其它结构面组合在上游边墙易于形成块体失稳的底滑面。
另外，厂房区绿片岩集中发育带较为普遍，各岩层中均有出现，其中以钙质绿片岩、角砾状大理岩中绿片岩带最为发育，多沿岩层面呈带状发育，产状与岩层面基本一致，一般为N40°～60°E/NW∠20°～40°，与硐室轴线夹角相对较大，由于绿片岩抗剪强度相对较低，在上游侧可构成围岩局部失稳的滑动边界，而在下游侧易于卸荷张拉变形。
2.2.2 层面产状特征
厂区出露地层为第2层、第3层、第4层大理岩：第2层岩性变化较大，既有厚层块状结构的大理岩，又有薄～中厚层状或互层状结构的大理岩与绿片岩；第3层岩性主要为浅灰～灰白色厚层状大理岩，局部夹少量绿片岩条带及透镜体；第4层岩性为杂色厚层角砾状大理岩夹绿片岩透镜体，绿片岩以透镜状为主，少量夹层状。岩层总体产状N30°～60°E,NW∠30°～40°，局部N10°～40°E,NW∠15°～30°。根据厂房上游边墙地质编录资料的7层开挖层对岩层面产状进行统计分析，倾向角的变化没有明显的规律性，而倾角的规律性却很明显，在桩号0+000到0+150之间倾角较大，其它桩号倾角较小。在整个桩号范围内，高程越高，倾角越大。
2.3 Ⅲ级结构面特征
Ⅲ级基体裂隙面多指闭合刚性规模较小的节理裂隙面，地下厂房区节理裂隙发育的优势方向：(1)N30°～60°E,NW∠30°～40°，层面裂隙，一般间距1 m～3m（局部小于20cm，主要分布于第2层内），延伸2m～4m，部分大于10m（第2层内多大于10m），裂面多平直粗糙、闭合，局部沿层面裂隙渗滴水；(2)N50°～70°E/SE∠60°～80°，一般间距1m～3m，个别延伸长，平直；(3)N35°～50°W/NE(SW）∠70°～80°，主要见于安装间部位；(4)N60°～70°W/NE(SW）∠80°～90°，一般间距较大，面多锈染，起伏粗糙、多闭合，个别张开0.5cm～3cm，最大张开可达20cm，充填少量岩屑及泥，该组裂隙走向与厂房边墙近平行，对边墙及拱腰围岩稳定不利。第(4)组裂隙面与厂房轴线的关系赤平面投影如图3所示，(1)组、(2)组和(3)组裂隙走向与厂房轴线夹角较大，对厂房围岩稳定影响相对较小，但与平行于河流流向的如母线洞等硐室轴线夹角相对较小，对其围岩变形稳定影响相对较大。
3 结论
Ⅰ级结构面的产状基本一致，一般约N60°～70°E/SE∠60°～80°，与厂房轴线（S65°E）夹角约45°～50°，因此其与厂房轴线夹角较大，而且由于其倾角较大，故其对厂房整体稳定性影响较小,但断层对地下硐室的稳定性影响较大,故应该加以重视。
Ⅱ级结构面中的小断层一般也与厂房轴线夹角较大，对小断层两侧局部岩体稳定性有一定影响，可与其它结构面组合构成块体失稳边界。近EW/S的陡倾角小断层及中缓倾角挤压带与厂房轴线夹角相对较小，易卸荷张裂或构成块体失稳底滑面。挤压破裂带一般沿层面裂隙发育，减弱了岩层间的力学强度。
Ⅲ级结构面为节理裂隙面，主厂房节理裂隙面以第(1)组层面裂隙最为发育，其次为第(2)组层间裂隙（与层面近垂直（走向近一致）但倾向相反），再次为第(4)组裂隙，第(3)组裂隙最不发育，其中第(1)组和第(2)组裂隙构成了地下厂房区岩体节理裂隙的主要次级结构。由于第(4)组裂隙与厂房轴线小角度相交且为陡倾角，在高地应力条件下洞室开挖卸荷易张开劈裂，对厂房开挖变形稳定性有较大的影响，统计表明在主厂房范围内第(4)组裂隙发育沿河流方向具有越往下游越发育的特征，其沿厂房轴向一般呈现零星分布，这也是垂直河流流向的主体洞室下游侧较上侧变形较大的原因之一。
致谢：感谢二滩水电开发有限责任公司在这次科研项目中的大力支持，感谢在锦屏项目部给予我们大力帮助的严明、林峰老师，还要感谢黄达师兄亲自带领我们进行科研实践。
摘要：岩体结构特征是影响水电站地下厂房围岩稳定性的因素之一,其研究工作也是评价硐室稳定性的基础。通过对地下厂房上下游边墙的现场调查及编录资料,运用DIPS等软件进行分析,旨在找出研究区的岩体结构特征,为研究地下硐室围岩的稳定性提供帮助。
关键词：地下厂房,岩体结构特征,围岩
参考文献
[1]吴义鹰,石豫川,刘宏力.某地下厂房围岩岩体结构特征分析[J].地球与环境.2005,33(增刊):189-192.
[2]郑以宝,田作印.蒲石河抽水蓄能电站地下厂房岩体结构特征及围岩分类[J].资源环境与工程,2009,23(5):671-673.
[3]王明华,冯文凯,刘汉超,等.溪洛渡水电站地下厂房岩体结构特征及围岩分类[J].山地学报,2003,21(1):101-105.
地下厂房开挖技术应用 篇2
大华桥水电站位于云南省怒江州兰坪县兔峨乡境内的澜沧江干流上, 采用堤坝式开发, 是澜沧江上游河段规划推荐开发方案的第六级电站。坝址距昆明市公路里程约588km, 距大理市257km, 距兰坪县城77km。地下厂房系统布置在引水发电系统中部, 包括地下洞室群和地面开关站等工程。地下洞室群规模较大, 地下厂房石方洞挖40.50万m3、石方井挖1.67万m3。
2 爆破设计
2.1 主要钻爆参数选择。
第Ⅰ层中导洞及扩挖采用凿岩台车水平开挖, 根据凿岩台车工作性能, 台车钻孔直径定为50mm, 循环进尺根据不同围岩类别暂定为:Ⅱ~Ⅲ类围岩洞段中导洞3.0m, 扩挖3.4m, Ⅳ类围岩洞段1.5~2.0m;爆破效率:导洞开挖按85%考虑, 扩挖按90%考虑。第Ⅱ~Ⅸ层边墙保护层、安装间底板保护层、副厂房底板保护层及机坑岩台保护层采用手风钻或多臂钻钻爆。岩锚梁岩台垂直面和斜面用手风钻光爆孔, 孔径选用φ42mm, 不偶合系数取2.5, 孔距暂定为40~50cm。第Ⅱ~Ⅸ层中槽梯段开挖潜孔钻垂直钻孔爆破, 钻孔孔径选为φ90mm, 不偶合系数取2.4~3.0;梯段开挖排炮水平进尺暂定8m。第Ⅱ~Ⅸ层中槽两侧预裂均以潜孔钻钻爆, 孔径选φ76mm, 不偶合系数取2.4, 孔距70~80cm。各层端墙手风钻预裂孔径采用φ42mm, 不偶合系数取2.0, 孔距40~50cm。
2.2 厂房开挖爆破排炮循环时间。
2.2.1主厂房Ⅰ层开挖Ⅱ、Ⅲ围岩排炮循环进尺按中导洞3.0m, 扩挖3.4m计算, Ⅳ类围岩排炮循环进尺按2.0m计算, 两侧扩挖错距平行作业, 计算时按单侧所占的工期进行计算, Ⅱ、Ⅲ围岩锚喷支护及锚索施工不占直线工期, Ⅳ类围岩按占用直线工期计算。2.2.2主厂房Ⅱ~Ⅷ层中部拉槽排炮循环进尺按8m计算, 保护层排炮循环进尺按4.0m计算, 两侧保护层的开挖错距平行作业, 计算时按单侧所占的工期进行计算, 支护平行作业跟进, 不占直线时间。
3 厂房系统地下洞室群开挖
3.1 开挖分层及通道规划。
主副厂房及安装间总长195.70m, 主厂房及安装间跨度岩锚梁以上为28.30m、以下为26.80m, 属特大型洞室。结合厂房的结构特点、围岩地质条件、通道条件、施工机械性能、爆破控制要求, 并兼顾岩锚梁开挖及混凝土施工的需要, 典型开挖自上而下分九层, 安装间及副厂房分别分为四层、五层开挖。
3.2 施工程序及施工方法。
3.2.1施工程序。3.2.1.1地下厂房、副厂房及安装间施工程序。第Ⅰ层顶拱开挖与支护) →顶拱锚喷支护及锚索施工→小牛腿锚杆及混凝土施工→第Ⅱ层开挖支护→第Ⅲ层边墙预裂→岩壁吊车梁锚杆及混凝土施工→第Ⅲ层开挖及支护→第Ⅳ层开挖及支护→第Ⅴ层开挖及支护→第Ⅵ层开挖支护→第Ⅶ层开挖支护→第Ⅷ层开挖及支护→第Ⅸ层开挖及支护。3.2.1.2单循环施工工序。施工准备→测量放样→炮孔布置→造孔→装药连线爆破→通风排烟→安全检查及处理→出渣→清底→支护→下一施工循环。3.2.2施工方法。3.2.2.1第Ⅰ层 (顶拱) 开挖。第Ⅰ层顶拱开挖时为减少围岩松驰变形保证围岩稳定, Ⅱ、Ⅲ类围岩系统支护滞后开挖0~5m;Ⅳ类围岩采用超前锚杆或超前中空锚杆、超前小导管、自进式锚杆预注浆支护, 必要时, 采用管棚支护, 系统永久结构支护紧跟掌子面。锚喷支护距开挖掌子面的距离按施工图和监理工程师的指示进行。顶拱轮廓开挖、喷锚支护、排水和原型观测质量要求高, 必须精心施工, 确保施工质量和安全。在厂房Ⅰ层开挖时, 应适时进行顶拱锚索施工。3.2.2.2第Ⅱ层开挖。Ⅱ层位于岩锚梁重要部位, 开挖施工质量要求很高, 是地下厂房施工的难点, 考虑到岩锚梁上拐点的保护层高度, 同时考虑到下层开挖爆破对岩锚梁下拐点的影响, 以及岩锚梁受拉锚杆的安装要求, 将Ⅱ层分层高程确定为EL1428.6m~EL1419.5m, 开挖高度为9.1m, 中部宽度为20.8m, 两侧保护层上部宽度均为3.75m, 下部宽度为3.0m。3.2.2.3第Ⅲ层开挖。考虑到Ⅲ层开挖时爆破对已浇岩锚梁混凝土的影响以及岩锚梁混凝土施工的难度, 分层高程确定为EL1419.50m~EL1412.00m, 开挖高度为7.5m, 在岩锚梁混凝土浇筑前完成Ⅲ层中槽及边墙预裂;中槽宽度为20.8m, 两侧保护层宽度为3.0m。第Ⅲ层开挖采用潜孔钻中槽两侧预裂, 潜孔钻中槽深孔梯段爆破拉槽, 手风钻配合多臂钻钻孔开挖保护层的施工方法。为保护已施工完毕的岩壁吊车梁不受第Ⅲ层爆破震动的影响, 预裂孔的施工在第Ⅱ层岩壁吊车梁混凝土施工前预先进行, 第Ⅲ层的开挖爆破, 须在岩壁吊车梁混凝土浇筑28天后进行, 并控制爆破的最大瞬间起爆药量, 起爆网络采用“V”型毫秒微差延时网络, 并对岩壁梁混凝土进行爆破震动测试, 以确保安全。3.2.2.4第Ⅳ层开挖。将Ⅳ层分层高程确定为EL1412.000m~EL1405.500m, 开挖高度为6.5m。第Ⅳ层开挖首先采用潜孔钻深孔梯段拉槽爆破, 中槽两侧预裂, 槽宽20.8m。边墙预留保护层, 宽3.0m, 边墙保护层采用手风钻配合多臂钻钻孔光面爆破, 安装间底板保护层采用手风钻钻孔爆破。石渣采用3.0m3装载机配合4m3液压正铲装车, 20t自卸车通过交通洞运至料场。锚喷支护将按照技术要求紧跟作业面进行。3.2.2.5第Ⅴ层开挖。将Ⅴ层分层高程确定为EL1405.500m~EL1399.200m, 开挖高度为6.3m, 施工通道为2#施支洞, 第Ⅴ层开挖首先采用潜孔钻深孔梯段拉槽爆破, 中槽两侧预裂, 槽宽20.8m。边墙预留保护层, 宽3.0m, 边墙保护层采用手风钻配合多臂钻钻孔光面爆破。石渣采用3.0m3装载机配合4m3液压正铲装车, 20t自卸车通过2#施工支洞运至料场。锚喷支护将按照技术要求紧跟作业面进行。3.2.2.6第Ⅵ层开挖。第Ⅵ层分层高程确定为EL1399.200m~EL1389.900m, 开挖高度为9.3m, 第Ⅵ层开挖采用潜孔钻深孔梯段拉槽爆破, 中槽宽20.8m, 在第Ⅴ层开挖完成后进行本层中槽周边预裂、多臂钻及人工手风钻开挖保护层的施工方法;施工通道为引水下平洞及1#施工支洞。出渣采用3.0m3装载机装车, 20t自卸车部分运至中转料场。锚喷支护将按照技术要求紧跟作业面进行。3.2.2.7第Ⅶ层开挖。第Ⅶ层开挖分层高程确定为EL1389.900m~EL1381.900m, 开挖高度为8m, 采用潜孔钻拉槽爆破, 槽宽20.8m, 在第Ⅵ层开挖完成后进行本层中槽周边预裂, 深孔梯段爆破, 手风钻配合多臂钻开挖保护层的施工方法。3.2.2.8第Ⅷ层开挖。第Ⅷ层开挖分层高程确定为EL1381.9m~EL1376.4m, 开挖高度为5.5m。采用多臂钻由尾水支洞方向开挖4.0m×3.0m (宽×高) 的导洞进入厂房, 进入长度为2m, 进入后在厂房边线处沿导洞边线作环向预裂。然后采用潜孔钻在导洞上部进行钻孔拉槽爆破, 两侧保护层采用人工手风钻钻孔爆破。轮廓线光面爆破。3.2.2.9第Ⅸ层开挖。第Ⅸ层开挖分层高程确定为EL1376.400m~EL1369.800m, 开挖高度为6.6m。厂房底部检修排水廊道随本层同步开挖。该层的开挖施工通道为尾水管洞及5#施工支洞。3.0m3装载机装20t自卸车部运经尾水管洞及5#施工支洞运至料场。
结束语
2014年1月至2014年10月完成地下厂房I、II层开挖, 施工质量符合标准, 得到业主、监理、设计等单位一致好评, 被评为华能澜沧江公司开挖样板工程。
摘要：云南大华桥水电站地下厂房系统布置在引水发电系统中部, 包括地下洞室群和地面开关站等工程。地下洞室群规模较大, 地下厂房石方洞挖40.50万m3、石方井挖1.67万m3。
大型地下厂房防渗堵漏治理技术 篇3
关键词：水电站,地下厂房,堵漏,引排,灌浆,封堵
1 工程概况
乌江渡水电厂二号厂房为地下洞式厂房,厂房顶为钢筋吊拉钢结构平面(长86 m、宽24 m),顶平面以上为喷锚支护混凝土顶拱,见图1。整个地下厂房的喷锚支护混凝土顶拱面有上百处渗漏点,渗水面分布较广,岩锚梁表面有点渗及裂缝漏水现象,靠近地下厂房入口处的下游侧顶拱面上的漏水现象尤为严重。
来源于厂房顶拱围岩裂隙中的地下水,通过喷锚支护混凝土顶拱表面的开裂处和不密实处,渗漏至地下厂房的顶平面上。有的渗漏水沿墙壁漫渗至厂房的装饰隔墙上,破坏了厂房的内部装饰。渗漏水的存在,使得地下厂房内的空气湿度增高,厂房墙面和机电设备的表面易形成结露,从而降低机电设备的使用性能和使用安全,急需进行有效的堵漏处理。
2 防渗堵漏设计
在尽量减少对原喷锚支护混凝土破坏的情况下,总体按“以排为主,防、排、堵相结合”的原则进行防渗堵漏治理,对渗漏处采取引排、封堵相结合的施工方法。
2.1 整体设计方案
1)整个喷锚支护混凝土顶拱面上设计横向平行引排水干管系统,引排水干管间距为10 m。
2)将整个喷锚支护混凝土顶拱面上漏水点、漏水裂缝和无水裂缝均进行就近引排封堵处理。对渗漏裂缝处,在预埋引水支管后作止水封闭处理。
3)对吊拉钢筋岩体段渗漏处采用灌浆堵水和凿槽封堵的处理方式。此外,对所有吊拉钢筋岩体段进行防腐处理,以保证吊拉钢筋与岩体结合的力学性能和使用寿命。
2.2 引排水管的布局设计
考虑到施工的可操作性和今后的维护方便,引排水线路布置遵从“系统性、畅通性、永久性和就近引排”的原则进行合理的布局安排。其中,采取引排干管和就近引排的设计,不仅节约投资,还降低维护成本。
根据厂房喷锚支护混凝土顶拱面上的实际渗漏情况和以往类似工程处理经验,对顶拱面上的每条裂缝均预埋了引水支管,且对厂房顶平面纵向每间隔10 m预埋环向引水干管,以将顶拱面上百处渗漏点的渗漏水经由引水支管、干管引排至上下游排水沟。本工程引排平面布置见图2。
2.3 引水管的设计
预埋在每条厂房顶拱面渗漏水裂缝中的引水支管,采用Φ40波纹软管;厂房顶平面的环向引水干管,则采用Φ60波纹软管。每条引水管预埋后,均对周边进行堵漏处理。引水管断面示意见图3。
3 防渗堵漏材料介绍
3.1 灌浆材料
灌浆选用湖南某公司生产的LVE双组分环氧灌浆材料。该材料黏度低,可灌性好;无丙酮等溶剂,对环境污染少;弹性模量低,应力传递均匀,适用裂缝变形要求。四川紫坪铺水利枢纽、三峡水利枢纽右岸船闸地下引水隧洞以及乌江水电站的交通洞、溢流面的混凝土缺陷防水补强修补工程,都应用了该材料,灌浆堵漏效果良好。
3.2 堵漏材料
堵漏材料选用与双组分环氧灌浆材料同一生产企业生产的“堵漏灵”,这是一种高效、速凝、多功能的新型无机防水材料,能在流水或有水涌动的情况下带水堵漏,在水工建筑物的墙面漫渗水和民用建筑的防水治理上具有良好功效,其主要性能指标(表1)接近美国产品“确保时”。
4 主要施工工艺
4.1 裂缝引排封堵施工工艺
厂房顶拱面裂缝分为无水裂缝和有水渗漏裂缝。为了彻底解决渗漏隐患,本工程对这两种裂缝均进行引排封堵处理。处理顺序为“先处理无水裂缝、后处理有水裂缝”;同时遵循“先环向、后纵向”的施工顺序;对纵向延伸较长的裂缝,逐段进行处理;对裂缝密度大的区域,逐条依次处理。
无水裂缝和有水渗漏裂缝的引排封堵工艺基本相同,但施工中渗水裂缝有水流出,需更加小心,凿槽深度也应较无水裂缝深30 mm。
裂缝引排封堵施工工艺流程如下:凿槽→清洗→装引水管→嵌橡胶分离片→回填“堵漏灵”砂浆→安装橡胶止水板→回填“堵漏灵”砂浆,中间预留10mm宽的伸缩缝→安装BW止水条→“堵漏灵”砂浆填到与喷锚混凝土面相平,中间预留20 mm宽的伸缩缝→养护,嵌BW止水腻子→喷涂水泥基渗透结晶型防水剂。“堵漏灵”砂浆按“堵漏灵”∶石英砂=70∶30的配合比进行配制。
裂缝引排封堵施工步骤如下:
1)凿槽。以缝为中线,凿一条宽15 cm、深12 cm(无水裂缝深10 cm)的“U”形槽。
2)清洗。用压力水将“U”形槽清洗干净。
3)安装引水管。将引水管盖住渗漏缝,用“堵漏灵”固定Φ3 cm的波纹引水管,回填3 cm厚“堵漏灵”砂浆将波纹管盖住并抹平砂浆。然后在“U”形槽的正中间放置一块厚0.15 cm、高2 cm的橡胶分离片,再次回填2 cm厚“堵漏灵”砂浆。此次回填的“堵漏灵”砂浆厚度与橡胶分离片的高度相等,两者刚好相平。两次回填,“堵漏灵”砂浆总厚度为5 cm。
4)继续回填“堵漏灵”砂浆2 cm厚,抹平中间预留的2 cm宽伸缩缝。
5)粘贴“U”形橡胶止水板。用粘贴材料将“U”形橡胶止水板粘贴在上道工序回填的“堵漏灵”砂浆的平面上,并将“U”形橡胶止水板的“U”形部位嵌入预留的伸缩缝内,压实。
6)回填“堵漏灵”砂浆并嵌BW止水条。将BW止水条安装在“U”形槽内的中线部位,用“堵漏灵”砂浆固定并回填,此处“堵漏灵”砂浆的回填厚度为4 cm。
7)回填“堵漏灵”砂浆。回填“堵漏灵”砂浆直至与原喷锚混凝土平面相平,并抹平中间预留的2 cm宽伸缩缝。
8)用BW止水腻子填满伸缩缝。
4.2 吊拉钢筋与岩体接触渗漏处施工工艺
为保证吊拉钢筋与岩体结合的力学性能,对吊拉钢筋接触渗漏处采用灌浆堵水和凿槽封堵的治理技术,并对所有吊拉钢筋岩体段均进行防腐处理。在吊拉钢筋与岩体接触渗漏处的灌浆施工中,遵循先环向后纵向的灌浆堵漏施工顺序。灌浆施工示意见图4。
4.2.1 吊拉钢筋与岩体接触渗漏处治理工艺流程
1)灌浆堵水
缝面打磨→钻斜孔(孔深达到吊拉钢筋面)→冲洗→埋管、缝面封堵→通风检测→灌浆→凿除封堵材料和灌浆管。
2)凿槽封堵
凿槽→冲洗→预埋遇水膨胀橡胶止水条→回填ECH水下粘胶与原混凝土相平→涂防腐剂。
4.2.2 吊拉钢筋与岩体接触渗漏处治理施工步骤
1)灌浆堵水处理
(1)钻孔。以与吊拉钢筋面成45°角钻孔,钻孔深度达到吊拉钢筋面即可。
(2)清洗。用高压水枪伸入孔内对钻孔进行清洗,将裂缝表面、孔内灰尘冲洗干净,使喷锚混凝土表面清洁即可。
(3)埋管封孔。将特制的灌浆嘴塞入孔内;用“堵漏灵”将孔四周压实,然后用Φ8 mm的高压软管套入灌浆嘴管,再用“堵漏灵”将孔口密封好,注意不要堵塞灌浆嘴管口。
(4)孔面封堵。以孔口为中心,用“堵漏灵”封堵0.3 m2的孔面,以防灌浆时浆液往外流。孔面封堵后,养护5 h后再进行下一道工序。
(5)通风检测。以≤0.25 MPa的通风压力对吊拉钢筋与岩体接触渗漏处进行通风检测,做好通风记录;看灌浆管周围是否冒气泡,有冒气泡的地方需重新封堵。通风检测率应达5%。
(6)灌浆。将灌浆机的出浆管接入灌浆管,以0.2~0.5 MPa灌浆压力向孔内灌入LVE双组分环氧灌浆材料,待排气管出浆时封闭排气管,此时开始记录孔容浆量。每隔10 min记录一次进浆量,当孔不再进浆时,稳压10 min后即可停止灌浆。
(7)凿除封堵。灌浆3 d后,切除灌浆管,再用“堵漏灵”封堵、压实。
2)凿槽封堵处理
锚杆周围凿槽后,安装遇水膨胀橡胶止水带,再用ECH水下粘胶回填封堵,直至与原喷锚混凝土面相平。
5 结语
地下厂房渗漏危害和解决措施探析 篇4
1 地下厂房渗漏的危害
第一, 地下厂房渗漏会使钢筋混凝土内部的氢氧化钙溶失, p H指变小, 使得钢筋混凝土结构中的钢筋发生锈蚀, 还会加快结构混凝土的碱骨料反应, 影响结构安全, 缩短建筑工程的使用寿命。
第二, 地下厂房渗漏使其失去应有的使用功能。人长期生活在潮湿阴冷的环境中会出现氡污染, 影响生命机体的健康, 甚至会出现劳动能力。而物资的储存若受潮也会出现腐烂、变质等现象。地下厂房的渗漏也会使其失去应有的使用功能, 影响水电站的正常稳定运转。
第三, 地下厂房的渗漏会造成能耗的增加, 生产成本的提高。因为地下厂房渗漏后, 除了采取必要的工程治理措施外, 还需要常年使用机械排水或抽湿机除湿, 这样就造成电能消耗的增加。
2 解决措施
在地下厂房渗漏处理上, 应遵循防、排、截、堵相结合的原则, 因地制宜的进行综合治理。防就是指采取各种措施提高混凝土结构的自身防水能力, 并使地下厂房具有防止地下水渗入的能力。排则是指利用排水系统等将地下水排走, 避免其渗入厂房中。截指的是在地表设置排水沟、截洪沟等排水系统, 迅速将地表水排走, 以免地表水通过裂隙进入地下厂房。堵是指用注浆、嵌填、抹面、涂刷防水材料等措施堵住渗透水。下面简单介绍几种地下厂房渗漏的处理措施。
2.1 疏通排水系统
第一, 先将廊道排水沟隔离开来, 将沟中的水抽干, 并将沟中的泥渣等清理干净, 割除超出沟底面的地漏钢管, 然后用专用管道疏通机疏通被堵塞的地漏, 接着安装与排水钢管匹配的不锈钢地漏。
第二, 若下游独立排水沟中有难以疏通的地漏, 需要在廊道地面新凿横向的排水沟, 新凿的排水沟宽度在20m左右, 而深度则略高出主排水沟, 防止排水沟积水倒灌现象的出现。在排水沟中埋置PVC管, 使其一侧与新地漏相连, 另一侧与主排水沟相连。管道埋设好之后, 在新凿的排水沟内回填防水砂浆。
第三, 将廊道内的所有排水沟疏通清理干净后, 仔细检查其积水情况, 对部分有倒坡的排水沟用水泥砂浆找平, 确保坡地的平顺和排水的顺畅, 使得排水沟沟底不会存在过多的积水。
2.2 辐射孔灌浆处理
在地下厂房渗漏问题的处理上, 为显著减少渗漏部位的渗漏量, 通过辐射孔灌浆处理, 使其与其他部位的防渗区形成一个整体的防渗帷幕, 保证地下厂房的安全。在辐射孔灌浆施工中, 当灌浆孔相距较近时, 孔口管紧密的挨在一起, 使得钻孔尤为艰难;当钻孔角度变化大、深度大时, 钻机钻进的难度也相应的增大。另外, 辐射孔具有发散性, 这是灌浆施工中的一个难点, 在每个孔的灌浆施工中, 合理控制每个孔的灌浆压力、孔内水头等, 确保灌浆质量, 难度较大。在具体工程项目中, 要想达到预期的灌浆处理效果, 必须在钻机合理布置以及钻机稳固、孔内作业器材提下装置、钻进成孔、孔底实际灌浆压力的保证等方面加强质量控制。比如说:在钻进成孔质量控制上, 为确保辐射孔的孔向精度, 需要由经验丰富、技术水平高的施工作业人员来操作, 并且做好岗前培训工作;钻孔前通过细致的研讨和计算分析, 确定最优钻孔参数;开孔钻进时, 需先低压低速钻进, 并在钻进的过程中进行地层岩性的分析、预测、判断, 灵活调整钻进参数;经常性检查和校正钻机立轴的角度参数, 加强钻孔孔斜的测量, 一旦出现问题, 立即调整解决;使用较长的孔口管, 埋设角度略微增大, 抵消成孔过程中因钻机重量造成的倾斜, 最终达到平衡孔底偏差的效果。黄河小浪底水利工程在高水位运行后发现其地下厂房出现严重的渗漏现象, 为有效控制渗漏量, 在水利工程左岸山体3号灌浆洞北端头布置辐射灌浆孔, 进行辐射孔灌浆处理, 最终不仅达到防渗不强的效果, 还降低了工程投资, 辐射孔灌浆施工取得优良效果。
2.3 裂缝化学灌浆施工
在地下厂房的渗漏处理上, 当发现混凝土表面有裂缝或是漏水孔洞时, 可顺着表面水流的擦拭和清理, 发现裂缝或孔洞的宽度、走向、长度等, 从而估测出漏水量。采用裂缝化学灌浆施工一般是在裂缝中心线的两侧5cm以内钻斜孔, 孔距在20~30cm之间, 钻孔深度在30~40cm之间, 一般是在孔内出水后再钻10cm即可, 而且钻孔必须贯穿裂缝。待孔钻好之后, 先在裂缝处和孔口处涂抹肥皂水, 用0.3MPa的风压进行通风检查, 若有盲孔, 则需要重新钻孔。接着用高压水将孔清洗干净, 用专用的灌浆嘴将水泥砂浆灌注入孔内, 外露7~8cm左右, 用扳手将灌浆嘴下部的密封胶圈压紧并固定, 使用水泥基渗透符合增强材料将灌浆嘴周围的渗水缝面和漏水孔洞密封好。在灌浆过程中, 若出现浆液溢出裂缝情况, 可暂时停泵, 阻止浆液的外流, 直到流出的浆液变硬后再继续灌浆。灌浆结束后则立即检查堵漏效果, 若还存在渗漏点, 则还需进行补钻和补灌施工。在灌浆结束后一周, 将缝面溢出的浆液和水垢打磨干净, 在缝面上涂抹一层弹性环氧砂浆。另外, 这里的灌浆材料一般选用PU亲水聚氧酯, 这是一种高效无毒的防渗堵漏材料, 遇水即固化, 亲水性优良。
2.4 预防措施
为增强地下厂房的防渗漏效果, 在地下厂房建设中就必须充分考虑到可能出现的渗漏问题, 并采取相应的预防措施。比如说:施工缝的留设位置不当、缝内清洗不干净、浇筑混凝土时下料方法不当等都可能导致渗漏问题, 其预防措施如下:根据工程建设要求确定施工缝的留设位置, 尽量减少施工缝, 若为竖向的施工缝, 则可留设在变形缝上, 底板则连续浇筑;若为水平的施工缝, 则应留设在距离底板20~40cm的范围内。若板墙的厚度较薄, 采用凹缝或V形缝最好, 不仅施工简单, 且界面结合性较好, 但清理难度大, 但其仍然是当前工程施工中最常采用的一种施工缝留设方法。若板墙厚度较厚, 使用凸缝较好, 其缺点是支模难度大。
3 结束语
总之, 地下厂房渗透表明地下厂房结构不安全, 威胁到建筑物的安全, 解决地下厂房的渗漏问题必须从工程着手, 在地下厂房的建设中采取相应的预防措施;在发生地下渗漏问题后, 根据问题的严重程度等制定针对性处理方案, 有效杜绝今后的地下厂房渗漏问题, 促使水电站的地下厂房正常运行。
摘要：水电站的地下厂房是水电站建筑物的重要组成部分, 其因设计不当、选材不良、施工质量不佳、自然灾害等因素, 导致正在施工或已竣工的地下厂房出现渗漏情况, 影响地下厂房的使用寿命和使用功能。作者在阐述地下厂房渗漏危害的基础上详细介绍几点解决措施, 使地下厂房达到工程建设预期目标。
关键词：地下厂房,渗漏,混凝土,排水
参考文献
[1]李佳.水电站地下厂房运行期渗漏水处理[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (5) .
[2]赵杰, 石英光, 杨金彪, 等.地下防水工程渗漏原因分析及防治措施[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013 (2) .
[3]李文义.辐射孔灌浆施工关键技术研究与应用[J].山西水利, 2008 (6) :66-67.
四○四厂06厂房地下水弥散试验 篇5
四0四厂拟建一高放废液贮存厂房 (06厂房) , 为了评价放射性核素在厂房邻近地区地下水中的迁移行为, 进行了地下水弥散试验工作。试验研究区位于祁连山西段山前冲洪积倾斜平原地带;位于祁连山冲洪积扇的中间过渡地带。地形平坦、开阔, 地势呈西南高、东北低的变化趋势。
区内气候属典型的内陆干旱气候, 风多雨少, 气候干旱。据玉门镇气象站1953～1982年观测资料, 年平均降水量为63.8 mm, 年平均蒸发量为2 922.75 mm。区内植被稀少, 地表水系不发育, 无常年流水河流。
2区域地质及水文地质条件
2.1 地质条件
从区域构造上讲, 研究区位于祁连山地槽与北山地台、阿拉善断块之间的过渡地带。南部祁连山区长期遭受剥蚀, 是冲洪积倾斜平原的主要物质来源区。自晚第三系以来, 沉积有第三系和第四系, 厚度一般数十米。主要为山前冲洪积成因。它们具有明显的岩相分带现象, 自山口至扇顶前缘, 沉积物的颗粒由粗变细, 主要地层有:①上新统疏勒河组 (N2s) :下部为一套砂砾层, 上部为红色粘土夹透镜状砂层。厚度一般20～40 m;②下更新统玉门组 (Q1y) :为一套灰色、灰黄色砂砾层, 局部夹有粉砂质粘土和砂层薄层, 厚度一般7～8 m;③中更新统酒泉组 (Q2) :本组为灰色、灰黄色砂砾石层。由富钙质的泥砂质胶结。该层厚度不大, 一般3～5 m;④上更新统 (Q3) :为灰色、灰黄色疏松砂砾石层及粘土质砂土层, 厚度0.5～4.0 m;⑤全新统 (Q4) :为灰黄、灰褐色砂砾层、含砾砂粘土质砂土, 分布局限于河沟两岸、河滩及阶地或冲洪积扇前缘地带, 厚度1.0～5.0 m。
2.2 地质水文条件
2.2.1 地下水的补给、径流与排泄特征
总体上讲, 区内降水稀少, 植被与地表水系不发育, 地下水补给来源匮乏, 属地下水稀少地区。地下水的埋藏、分布由山口扇顶前缘呈现有规律的变化特征;区域地下水以径流为主, 在洪积扇前缘, 含水层水位埋深进一步减小直至溢出地面形成泉群和沼泽地带, 为区域地下水的排泄区。弥散试验所选地段属祁连山冲洪积扇的中间地带, 地下水运动以径流为主。地下水于祁连山山前接受补给后, 径流至此处, 再由此处顺地势向下游运动至扇前缘排泄出地表。洪积扇前缘位于试验地段东北约20 km处的碱泉子, 该处形成了泉群和大面积的沼泽草地。
2.2.2 含水层水文地质参数的确定
(1) 抽水试验确定含水层渗透系数。
在进行弥散试验前, 为了查明试验地段含水层的分布特征, 在试验地段共布置了5个钻孔, 根据钻孔编录资料, 含水层埋深为7.9～25 m, 主要由砂夹粘性土构成。为了确定含水层的渗透系数, 主孔施工完毕后进行了两次稳定流抽水试验。根据主孔的抽水试验资料用迭代法可计算出含水层的渗透系数, 计算公式为:
undefined
undefined (1)
式中 K—渗透系数 (m/s) ;
Q—井的抽水量 (m3/s) ;
R—影响半径 (m) ;
rw—抽水井半径 (m) ;
M—承压含水层厚度 (m) ;
SW—抽水井水位降深 (m) 。
根据 (1) 式计算出的渗透系数见表1。
注:Kcp=3.97m/d (Kcp—平均渗透系数 (m/d) )
(2) 含水层有效孔隙度的确定。
根据以前在试验地段邻近场地工程地质勘探资料 (如101基坑降水工程) 类比推算得到试验场地各地层的有效孔隙度见表2。
2.2.3 地下水流速场的确定
为了确定该地段内地下水流向, 选用试验地段邻近已有的水文地质观测孔, 利用三点法测得地下水主流线方向约为北偏东40°, 并以此作为弥散试验井组的布置依据之一。同时, 在测定试验地段地下水流向时发现:试验地段由于受101等工程多年基坑连续降水的影响, 难以测定出天然状态下地下水流速、流向的分布。因此, 本次试验选择了1982年施工完成的勘2井采用单井稀释法进行地下水流速测定, 测定结果见表3。
3弥散试验及结果
3.1 试验方法的确定
这里所指的试验方法包括两个含义:一是示踪剂注入方式的选择;二是示踪剂种类的选择。示踪剂注入方式有连续注入和瞬时注入两种, 由于连续注入需要示踪溶液体积大, 用量多, 投放时间长, 不但会引起地下水物理性质如密度、粘度的改变, 而且流场性质也不好控制, 因此, 本次试验采用瞬时注入方式。
示踪剂的选择时, 由于该场地地下水已经受到放射性污染, 若采用放射性同位素作示踪剂, 一方面, 地下水中放射性核素的初始浓度过高, 容易对示踪剂浓度的监测结果产生干扰;另一方面, 由于理想的放射性示踪剂监测探头在国内不容易得到。因此, 本次试验采用国内普遍使用、化学性能稳定的NaCl作为示踪剂。
3.2 井组的设计和施工
由于试验场地受邻近101工程连续多年基坑降水的影响, 试验地段地下水流场已局部受到破坏。因此, 井孔设计时, 在主孔及观测孔的下游方向增布了两个抽水孔以对流场进行纠正和控制。通过控制抽水孔的水位形成一个与天然流场主流线相一致的人工流场。根据试验地段地下水流向和地下水流速的具体情况, 其试验孔组的布置如图1。
主孔为投放孔, 观1和观2为观测孔, 其中观2孔位于主流线上, 距主孔4.3 m, 观1孔距主孔2.5 m, 与主流线的夹角为8°;抽1和抽2为抽水孔, 均采用160 mm的过滤管进行施工成井, 井深都为25.0 m左右, 过滤管埋深8.0～25 m。含水层埋深7.9～25 m, 由细砂、砾砂夹粘性土构成。施工时先施工主孔, 然后根据地下水天然流向布置其它井孔并进行施工。
3.3 示踪溶液浓度变化监测
试验采用NaCl作为示踪剂, 用离子电极法通过酸度计对示踪液浓度进行监测, 具体做法是:先用氯离子电极和甘汞电极组装成监测探头, 再用电缆线将其连接到酸度计上, 通过读取酸度计上Eh值来确定氯离子的浓度。试验前先在室内利用实验室所配制的标准液进行测定, 获取监测装置的标准曲线, 再将装置移至现场进行监测。示踪剂在主孔投放后, 就严密注视主孔及观测孔中示踪剂浓度随时间的变化, 并根据地下水流速初步预计示踪剂到达各孔的时间, 在示踪晕前缘和峰值将要到来之前, 适当加密观测频率, 进行严密监测。
3.4 弥散试验资料及弥散参数的确定
在主孔中投放示踪剂后, 通过观测孔中示踪液浓度的数值的变化可求出纵向弥散度αL和横向弥散度αT。本次试验在观1孔和观2孔都获得了弥散曲线 (两个观测孔都分别在埋深10.0 m、14.0 m、18.0 m处设置了浓度监测点) 。Hibsch和Krett等人 (1979) 曾给出一维流场中示踪剂, 二维弥散瞬时注入条件下的数学模型的解析解。若忽略分子扩散, 并以DL=αLV, DT=αTV代入该解析解中便可得到:
undefined
式中, DL、DT为纵、横向弥散系数 (L2/T) , V为地下水平均流速 (L/T) , n为有效孔隙度, m为单位厚度含水层中注入示踪剂的质量 (m/L) , t为时间 (T) , αL、αT为纵、横向弥散度 (L) 。若以Cmax表示 (x, y) 处峰值浓度, 且令:
CR=Ci/Cmax;tR= (Vt) /αL;undefined
则undefined
式中undefined;undefined
经变换整理后得:undefined;undefined
式中, xi、yi、Ai分别为第i井的横坐标、纵坐标及i井观测曲线与标准曲线拟合的A值。绘制观1孔和观2孔弥散曲线的数据应根据以上实验进行。
根据各观测孔不同深度所获得的弥散曲线利用标准曲线比拟法 (标准曲线根据理论公式用计算机绘制) , 求得弥散参数αL和αT的结果见表4。观1孔和观2孔观测曲线与标准曲线的拟合情况分别见图2和图3。
4结论与建议
由于弥散试验规模、个数受到当前经济技术条件的限制, 一次弥散试验所确定的弥散系数的代表性也会受到限制, 因此在进行环境影响评价建模和模型参数选取时, 应考虑较大区域范围内地质、水文地质条件的变化情况。 [ID:6927]
摘要：文章就四○四厂及06厂房所处的地理环境, 结合其地质、水文条件的勘察结果, 对放射性核素在厂房邻近地区地下水中的迁移行为, 进行了地下水弥散试验工作。
地下厂房结构 篇6
地下厂房主要洞群的主要监测项目包括:
1) 一般监测项目: (1) 围岩收敛; (2) 地下水出水点。
2) 专项监测项目: (1) 爆破振动; (3) 围岩松动圈。
2 施工安全监测总体原则
2.1 一般监测项目
1) 围岩收敛观测断面测点布置形式根据设计与施工规范要求、结构特点及现场实际开挖揭露的地质情况确定, 观测断面间距不大于50m。如果围岩表面出现明显变形、裂缝, 加密测点和测次;
2) 支护结构应力与变形、随机支护锚杆与锚索应力、地下水出水点为施工安全监测选测项目, 根据现场实际需要确定。
2.2 专项监测项目
1) 爆破振动控制标准按规范要求。爆破振动及围岩松动圈观测频次、观测方法、观测资料整理、分析和报告满足相关施工及监测规范要求;
2) 围岩松动圈测试依据结构特点、地质情况以及现场测试分析成果进行控制。根据现场情况确定测点布置及测点数量。
3 安全监测方案
3.1 地下厂房收敛变形监测
地下厂房施工一般具有规模大、结构类型多, 跨度大、断面大, 施工干扰大等特点。在开挖初期, 拟采用围岩外部变形监测中最常见的收敛监测方法, 因其监测仪器结构简单, 使用灵活, 安装时间快, 并十分经济。用适合地下洞室断面测量的多功能全站仪监测。典型监测断面围岩变形测点布置见下施工期变形监测布置图。
主厂房监测断面共选择5个横断面和1个纵断面。横断面分别位于1#~4#号机组和安装间中心线, 其中1#~4#号机组段向下延伸到主变室, 构成上下游对称的观测断面。纵断面布置在厂房中心线位置 (详细布置如下) ;
3.2 爆破振动监测
爆破振动监测按设计图纸要求的部位布设测点, 每个测点观测3~5次, 观测精度优于15%。每次观测完成后及时提供成果分析报告。
1) 测试目的
(1) 确定爆破质点振动速度传播规律经验公式V=K (Q1/3/R) α中的K、α值;
式中:V为质点振动速度cm/s;
Q为单响药量kg;
R为测点至爆区距离m;
K为与地质、岩性有关的系数;
α为衰减系数;
(2) 按照上述经验公式预报质点振动速度 (Q、R为已知数) , 以控制单响起爆药量;
(3) 施工中进行跟踪监测, 验证并调整有关参数, 以确保被防护目标的安全。
2) 试验方法
(1) 首先进行单炮测试, 测试3炮以上, 对测试所得数据进行回归分析, 得出适合本标段岩体的K、α值;
(2) 根据以上试验所得的K、α值以及安全防护目标的距离和防护要求, 确定最大单响起爆药量;
(3) 在安全防护目标布置测点, 测定爆破振动速度是否在安全范围内;
(4) 利用施工中开挖爆破作爆源, 进一步在爆破条件下测试爆破振动传播规律的K、α值, 以便更有效地指导后续爆破施工。
3) 测试仪器
IDTS2850型爆破振动测试记录仪;SD-1型垂直速度传感器。
4) 测点布置
对单炮试验, 测点要求布置在岩石的整体性较好、高差相差不大的岩石上, 布置4个测点, 前密后疏, 测试数据用作k、α值的计算。对防护目标的测定, 在防护目标与爆源间合理布置测点即可。
5) 测试过程
在选定的测点上用石膏固定好传感器底座, 传感器安装上后, 将传感器与记录仪连接好, 待采集完成后, 与计算机连接, 读取储藏数据、波形分析等。
6) 成果处理
(1) 整理出各种最大单响装药量下防护目标的振动速度;
(2) 按爆破地震波最大振动速度衰减规律公式V=k (Q1/3/R) α用最小二乘法计算出k、α值;
(3) 根据以上推算出的公式计算允许最大单响药量;
(4) 在现场试验结果未出来前, 按下表进行控制。
注:爆破区药量分布的几何中心至观测点或防护目标10m时的控制值
1) 设计边坡上的安全质点振动速度≤10cm/s;
2) 隧洞基础或壁面上的安全质点振动速度≤10cm/s;
3) 邻县工厂电器开关的安全质点振动速度0.5cm/s~1.0cm/s, 精密控制仪表安全质点振动速度≤0.5cm/s。
注:爆破区药量分布的几何中心至观测点或防护目标10m时的控制值
3.3 围岩松动圈测试
1) 测试目的
根据爆破前后声波波速的变化确定爆破破坏的范围和强弱, 确定合理的爆破药量和开挖方案。
2) 监测方法
采用钻孔声波法:即在爆破前后测量其内部同一部位的声波波速, 进行对比, 按照技术规范标准, 判断有无爆破破坏影响。
3) 仪器选择
本次测试选用SYC-2C型非金属超声波测试仪。仪器由接收机和发射机两部分组成, 记时数字显示。换能器选用一发双收, 用水作耦合介质。
4) 测点布置
在具有代表性的各个工作面钻测试孔, 孔深、孔径按设计及规范要求。对洞壁钻孔要求与水平方向成一定的角度, 以保证水能充满整个孔。
5) 测试过程
用水或凡士林作耦合剂, 将发射换能器和接收换能器置于孔内。沿孔深方向每隔0.2m观测一次。
在每个检查孔中采用单孔声波测试, 测点距离为20cm, 使用一发双收换能器。爆前与爆后的检查孔为同一孔。为防止爆破时将检查孔破坏, 在爆前声波测试结束后, 在检查孔内填充细砂, 爆破后用风管将检查孔内的细砂吹干净, 再进行爆后声波测试。
6) 成果整理
测试成果, 对波速最大值、最小值、平均值等特征值及爆破后波速降低率进行统计。对比前后观测资料, 绘出波速随深度变化关系图, 判断有无爆破破坏影响以及破坏范围。
3.4 地下出水点监测
1) 布置
鉴于地下厂房区地下水的复杂性和渗透性不均一, 施工时根据现场地下水的渗漏情况, 在集中涌水点根据流量设量水堰监测。
2) 实施方法
(1) 根据设计图纸或监理人根据现场地质情况指示确定量水堰安装位置, 尽量将量水堰设在排水沟的直线段上;
(2) 量水堰堰槽段采用矩形断面, 其长度应大于堰上最大水头7倍, 总长度不小于2m, 即堰板上游的堰槽长度不小于1.5m, 堰板下游的堰槽长度不小于0.5m。
(3) 堰槽两侧应平行和铅直, 堰板与水流方向垂直;
(4) 按照设计要求和现场的渗流量情况选购和加工堰板;
4 结论
施工安全监测就是监控施工过程中存在的安全隐患, 指导开挖与支护施工;检验和评价地下洞室群的稳定性, 并根据观测成果及时调整开挖方法与施工安全支护措施, 重视安全检测是保证施工过程安全的重要措施之一。地下厂房开挖期安全检测, 是以数据为依据, 科学地保证整个开挖、支护施工安全的“火眼金睛”。
摘要：施工安全监测其目的是及时掌握地下洞室围岩与开挖边坡在开挖施工过程中产生的变形、支护结构受力等, 监控施工过程中存在的安全隐患, 指导施工;检验和评价地下洞室群的稳定性, 并根据观测成果及时调整开挖方法与施工安全措施, 是保证施工过程安全的重要措施之一。
地下厂房结构 篇7
对地下工程的设计和计算, 一个关键问题是如何合理确定围岩力学参数, 因室内或原位实验不但花费较高而且所得结果往往缺乏代表性, 故利用现场实测变形反推岩体力学参数是一种即经济又可行的方式[1,2]。由于岩体参数与位移间的关系很难用显式的数学表达式来描述, 通常采用正演优化反分析来实现参数识别, 其缺点在于, 无论采用何种高效的优化算法, 在搜索最优参数时都需反复调用有限元正分析过程, 因而消耗大量机时, 效率非常低下, 这对于大型工程来说是难以接受的[3,4,5,6,7,8]。
20世纪70年代岩土工程领域提出了位移反分析方法, 此后逐步发展起来并取得了令人瞩目的研究成果[3,4,5,6,7,8]。所谓反分析法, 即以现场量测到的、反映系统力学行为的某些物理信息量 (如位移、应变、应力或荷载等) 为基础, 通过反演模型 (系统的物理性质模型及数学描述) 推算得到该系统的各项或某些初始参数 (如初始应力、本构模型参数等) 的方法。其目的是建立接近现场实测结果的理论预测模型, 能较正确地反映或预测岩土结构的某些力学行为。根据现场量测到的不同信息, 岩土工程反分析可以分为应力反分析法、位移反分析法及应力与位移的混合反分析法。由于位移信息较易获取, 而且较为准确, 它带有丰富的信息, 是岩体的力学性质与特点的综合反映。
在对某水电工程地下厂房的稳定性分析过程中, 采用位移反分析法, 即根据施工过程中在厂房的拱顶、以及上下游边墙所监测到的相对位移, 来反演模型所需要的物理力学参数, 反演变量为微新岩体和两组断层的弹性模量E、柏松比ν、粘聚力c、摩擦角φ及剪涨角ψ。
1工程地质条件及围岩物理力学参数
该地下厂房区位于长江右岸白岩尖山体中, 与右岸坝后式厂房相毗邻, 山顶高程243 m, 上游是茅坪溪, 下游有枫箱沟等近EW向的沟谷发育。地下厂房区岩石主要有前震旦系闪云长花岗岩和闪长岩包裹体, 岩体中尚有花岗岩脉和伟晶岩脉。厂房区主要断层F20、F22、F24等走向NNW340°～350°, 倾向SW为主, 陡倾角60°～85°, 宽一般为2～5m, 构造岩胶结较好;次为F84 、F205 、f100等NNE70°～90°的断层, 倾向北为主, 短小、分布稀疏, 断层宽0.3～3.0 m, 以角砾岩为主, 断面波状起伏, 多张开渗水, 胶结较差。另外还有f10等NE50°, 倾向西, 倾角50°的断层, 宽1.00～3.00 m, 构造岩中夹泥, 胶结较差。地下厂房由主厂房、引水洞、尾水洞系统组成的大型地下洞室群, 位于微新岩体中, 岩石坚硬, 完整性较好, 主厂房上覆山体厚度为63.00～98.00 m, 水文地质条件较简单, 成洞条件较好[1,2,3,4]。
根据地表测绘, 平硐勘探及钻孔揭露, 地下电站区断层较发育, 但多为裂隙型, 延伸长度一般小于100 m, 破碎带宽度一般小于0.3 m。延伸长度大于300 m, 破碎带宽度大于1 m的断层见到2条, 即F20及F84;延伸长度大于100 m, 破碎带宽度大于0.5 m的断层见到5条, 即F22、F24、f10、f35、f1。根据断层的走向以及厂房的位置, 将对地下厂房整体结构产生重要影响的断层整理成表1。
将围岩岩体划分成强风化、弱风化和微风化3个岩体区, 每个区的岩体物理力学参数见表2。
2计算模型及方案设计
模型所取的坐标系与地应力反演中所用的坐标系一致。模型中考虑了4条断层, 分别是F20、F22、F84、f100, 共划分了135 349个单元, 26 424个节点。见图1。开挖体模型见图2, 为了把第5、6层各作为2步开挖进行模拟, 分别在每个断层高程中央将其一分为二剖开。该模型不仅用于位移反分析, 而且下面几章的正演分析都是基于此模型, 只是计算参数或开挖体有所变化。图3为开挖步。
主厂房施工期间布置了大量的监测设备, 譬如, 在主厂房1～6号机组各设置了一个多点位移计监测断面, 重要监测断面 (1号、4号机) 布置9孔多点位移计 (见图4) , 一般监测断面布置3孔。本次反分析采用的监测数据为厂房第四层开挖完成后各监测断面多点位移计的测值。由于各种因素的影响, 并非所有的位移监测值都参与反分析过程。
通过对实测数据的分析, 认为, 对于监测位移发生突变的监测点, 往往是由于局部结构面扩展、张开所造成的, 或由于监测设备的损坏也有可能导致监测结果的异常;对于监测位移值太小且发生振荡的监测点, 主要是由监测设备测量精度引起的。反演分析中不考虑上述两类监测数据, 只考虑那些监测数据稳定的监测点。另外, 对于监测位移小于设备测量精度的监测点, 也不考虑。根据施工方所提供的实测数据 (见表3) , 并考虑上面提到的选择测点数据的基本原则, 如下的测点数据作为反分析的现场监测结果。
D2L3P2、D2L5P1、D2L6P2、D4L1P2、D4L6P1、D4L6P2、D5L3P2、D5L5P1、D5L5P2、D5L6P2及D6L3P2共11个测点, 其中D后的数字代表监测断面所在的机组号, L代表测线号, P代表测线上的测点号, 如图4所示。其中最后一列是点 (X, Y, Z) 相对于点 (X0, Y0, Z0) 在该测线上的位移。
3计算结果及分析
3.1地表开挖
经计算分析, 地表的开挖并没有引起塑性变形, 所以上述的计算都是从地表开挖后的模型考虑的, 为了验证考虑开挖过程 (先算开挖前的自重, 接着算开挖, 即两步计算) 和不考虑开挖过程 (直接计算开挖后的自重, 即一步计算) 的区别, 特做了对比分析, 表4是这两种条件下地应力测点在开挖后沿坐标轴方向的应力值, 从中可见它们两者之间的差别很小。
3.2反分析过程及结果分析
实践表明, 如果以所有材料的所有物理力学参数作为反演自变量, 往往会导致局部极值问题, 使得反演后的结果不太合理。为此, 认为参数的不确定性主要是由于实验室的实验误差及材料的尺寸效应引起的, 这样就可以认为各组相应物理力学参数比例基本上保持不变, 即:
类似地, λv、λc、λφ、λψ也有上面的关系成立。这样一来, 就把对5个物理力学参数的反演变成对λE、λv、λc、λφ、λψ5个比例系数的反演。
把各测点在开挖到第4层后的监测点位移均方差作为反演目标, 形式如下:
式中:D
反演后的材料参数见表5～7, 可以看出:相对于反演前, 弹性模量为原来的0.69倍, 泊松比增大为原来的1.66倍, 粘聚力约为原来的0.81倍, 摩擦角为原来的0.85倍, 而剪涨角为原来的1.07倍 (反演前的取摩擦角的1/2) 。这都说明了反演前材料参数取值偏于完好, 而实际上可能由于节理等结构面的存在使其材料性质没有那么好。
实际上用连续介质来模拟岩体材料时所用到的材料参数是岩块及几何模型中未被纳入的结构面性质的综合, 当材料进入非线性时, 在材料达到峰值强度前, 其岩体就会出现体积膨胀现象, 且出现应力不断增长, 体积εv为0的临界点, 如图6所示, 此处局部的体积模量必然趋于无穷大, 根据公式:
则此刻的岩石综合泊松比趋于0.5, 在此后的阶段, 体积增加更为迅速, 如果仍认为是连续介质的话, 则该阶段的泊松比必然大于0.5, 这在一般的有限元程序中是难以实现的。
出现这种问题说明在岩石的结构面产生和发展过程中出现体积膨胀现象已经不符合连续介质假定, 这种体积膨胀也会导致监测点位移比不膨胀的大许多。所以本此优化后得到的泊松比偏大是合乎规律的。
4结语
根据反分析所得岩体参数, 经过与已监测变形、应力数据的对比分析, 反分析所得岩体参数较为合理。力学参数与实验值相比普遍有所减小, 变性指标有所增加。这与现场或室内物理力学试验的代表性有关, 也说明岩块参数与实际岩体参数相比, 需要根据经验作折减, 误差较大。根据实际监测资料的反分析, 是获取岩体参数的一个有效途径。
摘要：根据某水电工程地下厂房的开挖监测的应力和位移资料, 根据实际的开挖过程对岩体参数进行了反分析。根据反分析计算结果, 发现反分析所得岩体的力学参数普遍比勘察所得岩体的力学参数建议值低;所得岩体变形参数普遍比勘察所得岩体的力学参数建议值高。这说明现有试验条件下岩体参数有其局限性, 经验性较强, 反分析不失为一种较好的获取实际岩土体参数的方法。
关键词：地下厂房,岩体参数,反分析
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