开挖方式对地下厂房洞室群围岩力学特性的影响

为了解大型地下厂房洞周围岩的力学性态,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用三维有限差分法,研究不同开挖方式对洞室群洞周围岩卸荷力学特性的影响。计算结果表明：不同开挖方案对洞周围岩卸荷影响程度均较小;洞室群开挖后,主厂房、尾调室顶拱围岩卸荷程度远小于边墙;受相邻洞室开挖的影响,主变洞顶拱卸荷程度较大,但深度较浅;由于尾调室顶拱围岩力学参数优于主厂房顶拱,其卸荷程度略小于主厂房顶拱;尾调室高边墙卸荷程度大于主厂房边墙。该研究成果对工程设计与施工具有指导意义。     

特大型地下厂房开挖支护关键技术研究与创新

笔者结合乌东德水电站地下厂房开挖支护施工,总结了地下厂房特大跨度穹顶安全开挖、顶拱竖向超深锚索施工、大跨度高边墙开挖、岩锚梁精细开挖支护等施工关键技术,形成了地下厂房洞室群开挖支护施工新技术。针对乌东德水电站地下厂房开挖规模大、洞室稳定问题突出、质量要求高等特点,地下厂房洞室群开挖支护施工新技术在地下厂房开挖支护过程中得到了成功应用,顶拱大仰角超深锚索施工技术实现了大型洞室锚索无排架施工,解决了顶拱锚索造孔、入索等关键工序施工难题,节约工期近2个月;大跨度高边墙开挖施工技术确保了高边墙及高边墙穿洞等关键部位围岩稳定;岩锚梁精细开挖支护技术实现了主厂房岩锚梁开挖质量及岩台精确成型,无欠挖,平均超挖4.3 cm,不平整度6.4 cm,被评为"优质样板工程";特大跨度穹顶精确安全开挖技术确保了顶拱整体开挖成型质量良好;施工过程中未发生质量和安全事故,质量均满足设计要求,总体合格率100%,优良率95%以上。     

糯扎渡地下厂房开挖围岩变形及支护应力监测

为了掌握糯扎渡电站地下厂房的开挖质量,开挖施工期间,针对地质情况和开挖设计方案,在厂房顶拱和边墙等典型部位布置了8个主要监测断面,对围岩应力、变形进行监测。监测成果表明：地下厂房开挖方式和支护体系设计合理,厂房顶拱和边墙岩壁光爆和预裂效果好,开挖对围岩变形影响小,桥机运行后,岩壁梁锚杆应力与岩壁间裂缝未显著增加。     

岩滩水电站扩建工程地下厂房围岩变形反馈分析

岩滩水电站扩建工程地下厂房开挖尺寸大、地质条件复杂、开挖工期长,为了保证施工期的安全,需准确地了解地下厂房施工期围岩的稳定性。通过实测的地应力及现场岩石力学试验获取围岩稳定性计算初始参数,利用遗传算法优化的BP神经网络和安全监测实测位移值反演岩体力学参数,进而采用三维有限差分法反演获取地下厂房各开挖步的围岩稳定情况。岩滩水电站扩建工程地下厂房开挖后,围岩变形总体较小,塑性区分布有限,洞室群围岩稳定性良好。应力集中及塑性区比较集中的部位主要位于主厂房底部边墙与尾水管周围,该区域开挖时须加强支护跟进及监测工作。     

龙滩电站地下洞室开挖爆破松动圈测试及成果分析

为检验地下厂房、主变室大断面洞室开挖的爆破参数,采用声波跨孔法进行了地下厂房及主变室Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩爆破开挖的测试,并分析了声波测试图谱,确定了不同围岩类别的爆破松动圈和塑性区。根据其大小,确定地下厂房、主变室Ⅰ层以下各层中间拉槽爆破开挖参数、预留边墙保护层厚度,以保证大断面、高边墙的地下洞室开挖不因受爆破的影响而加深松动圈及诱发塑性区的扩大发展,以致于恶化其围岩的稳定性。     

白鹤滩左岸地下厂房高边墙围岩稳定控制技术

白鹤滩水电站地下厂房因其单机容量大,使得厂房断面尺寸大,跨度达34.0 m,位居世界之最,在高地应力、复杂岩性以及不利地质构造发育的地质条件下,地下厂房开挖期间洞室群围岩稳定问题突出,通过对岩体特点进行研究,形成了以"薄层保护开挖、支护快速跟进、全程监测指导"为核心的复杂地质条件下百万千瓦级机组厂房洞室群高边墙围岩稳定控制关键技术成果,为后续类似工程施工提供经验和借鉴。     

构皮滩水电站尾水调压室布置及结构优化设计

乌江构皮滩水电站地下厂房尾水调压室采用阻抗式、长廊型,最大开挖高度113.25 m,且有岩溶系统穿越其边墙和顶拱,施工及运行期高边墙稳定问题突出。通过调压式结构布置(体型)优化、结构加固、排水、导水、灌浆、围岩支护等多种加固措施集成创新,保证了调压室结构安全和围岩稳定,提高了电站发电效益,不仅有效地解决了该工程技术难题,还为其他开展类似工程设计积累了经验。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房岩锚梁爆破试验参数研究

为了解不同爆破条件下的爆破振动特性及传播规律,保证白鹤滩水电站三大洞室边墙开挖质量,特别是岩锚梁岩台的开挖质量,根据三大洞室特点与相关技术要求,结合现场实际情况及施工实施计划,拟在厂房第Ⅱ、Ⅲ层进行岩锚梁保护层及岩台开挖爆破试验、爆破振动效应试验,为确定科学的爆破控制方案、钻爆参数及施工工艺提供基本依据。结合爆破振动观测与岩体声波检测成果,确定如下岩锚梁开挖参数:(1)厂房岩台梁3 m层厚保护层光爆孔距为0.5 m,线装药密度为93 g/m;(2)厂房岩锚梁光爆孔距为35 cm,垂直光爆孔线装药密度为58 g/m,斜光爆孔线装药密度为85 g/m。厂房岩锚梁层开挖按"平面分6区、立体分3层、弱爆破(梯段10 m、光爆15 m)、强支护(初喷跟进掌子面、锚杆不迟于两个爆破循环)"的原则实施,左岸厂房上、下游岩锚梁812 m全部开挖成型,质量优良。     

溪洛渡大型地下厂房关键部位开挖围岩稳控技术

在大型地下厂房洞室群开挖过程中,主体大型洞室关键部位开挖及局部稳定控制工艺是关乎工程顺利进行的重点。以溪洛渡水电站为例,重点介绍了大型地下厂房关键部位开挖体型的设计、开挖顺序的研究及局部稳定控制工艺。工程实践表明,从设计至施工各阶段所采取的措施使地下厂房开挖过程顺利,围岩变形较小;所采取的开挖设计方案及施工工艺适当、可靠,可供同类工程参考借鉴。     

N-J水电站地下厂房开挖支护施工技术

巴基斯坦N-J水电站地下厂房区域围岩差,地质条件复杂,而厂房开挖跨度大、高度高、贯入四周高边墙的洞室多,致使厂房在开挖过程中产生了较大的围岩收敛变形,最大变形值达302 mm。以地下厂房超前地质勘探和变形监测成果为依据,从开挖施工程序、方法以及永久支护设计调整和优化等角度,详细介绍和总结了大变形条件下的地下厂房开挖施工技术及其技术要点。可供类似工程借鉴参考。     

柳坪水电站调压室高边墙悬挂混凝土间隔衬砌施工技术

柳坪水电站矩形调压室开挖长度为133 m,宽13 m,最大高度84.711 m。围岩以Ⅳ类围岩为主,加之其体型结构复杂,开挖过程中高边墙易发生掉块和坍塌事故。根据工程地质条件和结构特点并经过论证,最终采用高边墙悬挂混凝土间隔衬砌技术,从而保证了调压室开挖施工的安全和施工的连续性,为柳坪水电站的顺利投产奠定了基础。     

抽水蓄能电站厂房顶拱开挖质量控制技术应用

抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖成型质量控制一直以来都是抽水蓄能电站质量控制的重点管控目标,且厂房Ⅰ层开挖过程中难度大,质量管控要求高,开挖结构复杂,根据目前广东梅州抽水蓄能电站地下厂房整体围岩为中粒黑云母花岗岩,厂区岩体完整性好,洞室围岩新鲜,局部岩脉发育,所以对厂房顶拱开挖过程中手风钻的开孔方向、角度、装药结构及装药量等技术参数都严格进行把控;光爆孔孔间距均匀,超欠挖控制良好,半孔率较高,孔壁没有爆震裂隙。     

思林水电站地下厂房施工期安全监测分析

思林水电站地下厂房安全监测以施工期变形监测资料为基础，结合工程地质条件和开挖施工对围岩变形特征进行反馈分析。文章分析了思林水电站围岩变形的空间分布受地质条件、施工开挖以及相邻洞室开挖等多方面的影响。监测数据表明该地下厂房围岩变形是稳定的，但边墙局部稳定仍值得关注。     

“16字地下洞群开挖法”在向家坝电站地下厂房洞群开挖施工中的应用

针对向家坝水电站地下厂房开挖断面巨大、相贯洞室多、工程地质条件复杂、安全问题突出、施工难度大等特点,提出并实施了“精细爆刻、先洞后墙、及时支护、监测预控”,简称“16字地下洞群开挖法”的开挖施工理念,创造了厂房顶拱层平均超挖6．9cm,光爆孔半孔率97．38％,不平整度4．09cm;厂房岩壁梁开挖光爆孔半孔率近100％、不平整度0～4cm、由爆破和围岩卸荷造成的影响深度为0．2～0．7m、岩台平均超挖2．9cm;厂房四层以下高边墙预裂孔半孔率平均为90．24％,不平整度平均为7．52cm;地下厂房顶拱变形仅12．4mm、边墙变形仅6．68mm;开挖工期仅32个月的优良开挖效果。应用效果表明：“16字地下洞群开挖法”是一种地下洞群开挖科学、实用的有效方法。     

乌东德水电站右岸地下厂房施工期围岩稳定分析

安全监测是地下洞室围岩稳定安全评价的重要手段。乌东德水电站右岸地下厂房规模巨大,主厂房、主变洞、调压室三大洞室平行布置。为确保施工期围岩的安全稳定,通过使用多点位移计、锚杆应力计、锚索测力计、锚杆测力计、测缝计等监测仪器,对围岩表面和深部的变形进行监测,分析了地下厂房三大洞室第Ⅰ—第Ⅲ层开挖的位移特性与变形规律。监测结果表明:开挖引起的上层围岩变形较小,且主要集中在浅表层;三大洞室岩锚梁高程以上最大变形为16.43 mm,主厂房顶拱、上游侧岩锚梁和尾水调压室上游边墙围岩变形较大;爆破开挖扰动、开挖引起的空间效应以及较差的地质条件是围岩变形增长较快的主要影响因素;通过采用加强支护等措施,能有效控制围岩变形的发展。     

复杂环境下厂房岩壁梁施工关键技术与管理

岩壁梁是地下厂房开挖施工中难度最大、质量要求最高的部位。施工时通过合理分层、分部及对各道关键工序严格控制和管理,采用样架进行周边孔控制、对不同岩石、部位采用“个性化装药”等方法,整体岩台成型完整,减小超挖量,爆破半孔率满足标准要求,有效控制了质点爆破震动速度、减小了边墙变形,保证了高边墙围岩的安全稳定;同时减少了岩壁梁混凝土的超填量和处理欠挖的时间和费用,降低了消耗,节省了时间。有效加快施工进度,提高施工精度,保证施工质量及施工安全可靠。     

考虑复杂断层及岩脉的地下硐室群开挖步序优化研究

以某拟建抽水蓄能电站地下厂房硐室群为例,考虑复杂断层及岩脉,采用三维数值方法对不同开挖步序下厂房围岩变形及应力力学响应展开研究,并比选最优方案。研究结果表明:厂房硐室在四种开挖步序工况下,围岩位移场相差不大,硐室围岩的水平位移极大值出现在边墙中部,铅直方向的沉降极大值出现在硐室围岩拱顶,卸荷回弹位移极大值出现在洞室底板中部;主厂房上游边墙局部部位出现拉应力区,方案2引起的拉应力区范围最小,方案3最大;七步开挖方案条件下的塑性区体积均小于六步开挖方案的结果,表明主厂房采用七步开挖方法有助于减少洞室围岩的塑性区分布;在考虑复杂断层及岩脉的情况下,4种施工步序方案均为可行方案,方案2为最优方案。研究成果可为抽水蓄能电站地下厂房硐室群开挖施工提供指导。     

乌东德地下厂房岩体深部加固及施工程序研究

乌东德水电站右岸地下厂房洞室群赋存于前震旦系褶皱基底,为陡倾下游的层状浅变质岩。主厂房第Ⅵ层大桩号段开挖时,单次长度达35.0 m,由于上游边墙处的施工支洞顶部岩体挖除、侧向约束解除、边墙高度突增,导致主厂房上游边墙岩体深部出现较大范围的沿层面开裂及滑移、围岩变形及锚索受力陡增,危及到主厂房施工及运行期安全。为此,采用三维离散元法对岩体开裂部位加固及第Ⅵ层后续开挖区段长度进行了对比研究,并提出了"锚索+接缝灌浆"的处理方案及"小区段、间隔开挖+及时支护"的施工程序。目前,右岸地下厂房已全部开挖完成,各部位监测项目均已收敛,监测成果验证了加固方案及开挖程序的合理性。相关思路可为后续同类工程的建设提供参考。     

基于工程类比的高地应力地下洞室高边墙围岩支护强度评价

高地应力地下厂房高边墙围岩支护强度的评价对于保证大型地下工程围岩稳定性具有重要意义。猴子岩水电站地下厂房地应力高、强度应力比低,施工开挖中出现喷混凝土开裂、岩锚梁错位、岩体开裂、锚墩内陷等典型的围岩变形破坏现象,对洞室安全造成严重威胁。通过多点位移计、锚杆和锚索的应力监测数据分析,将猴子岩和锦屏Ⅰ级水电站地下厂房进行比较,提出了预应力锚索和锚杆的单位面积预应力支护强度计算方法,并根据评价结果对局部洞段进行针对性的围岩补强支护设计。结果表明:猴子岩地下厂房围岩变形整体上比同期的锦屏Ⅰ级围岩变形大,而锚索应力水平比锦屏Ⅰ级小,锚杆应力水平整体相当;猴子岩地下厂房下游边墙的支护强度大于锦屏Ⅰ级下游边墙的支护强度,上游边墙的支护强度小于锦屏Ⅰ级下游边墙相应部位支护强度,猴子岩地下厂房上游边墙补强支护后的围岩变形得到有效控制,表明了补强措施的有效性。研究可为类似高地应力地下洞室围岩支护设计和支护强度评价提供参考和借鉴。     

山西引黄水源工程地下泵站厂房围岩位移应力分析

地下泵站厂房以层状岩层为主,均一性较差,岩层产状NW330°～340°SW∠2°～6°,为近水平岩。以Ⅲ类围岩为主,局部为Ⅳ类围岩。地下洞室开挖后,由于开挖卸荷,洞室围岩产生偏向洞内的回弹变形,顶拱以垂直位移为主,边墙以水平位移为主,且顶拱位移最大。顶拱下沉位移量大于边墙水平位移量。