太沙基理論在深豎井底部廊道中的運(yùn)用

1、太沙基理論在深豎井底部廊道中的運(yùn)用             論文關(guān)鍵詞  隧洞 擠壓帶 快速施工   論文摘要 水電站交通公路隧洞一般都是施工工期短，地質(zhì)條件復(fù)雜，不明地質(zhì)構(gòu)造及斷裂帶比較多，本文重點(diǎn)針對(duì)在隧洞擠壓帶的施工過(guò)程中遇到的一些普遍問(wèn)題，采用了不同的施工工藝和方法進(jìn)行施工，以確保安全快速的通過(guò)擠壓帶的施工以及相關(guān)的初期支護(hù)措施。1、工程概況 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)粗、細(xì)骨料豎井井口布置在高程705m平臺(tái)。粗骨料采用膠帶機(jī)從塘房坪骨料加工系統(tǒng)成品

2、料倉(cāng)接料點(diǎn)運(yùn)至高線混凝土系統(tǒng)高程705m平臺(tái)，經(jīng)井頂卸料皮帶小車卸料入粗骨料豎井，粗骨料罐由4個(gè)直徑12m，高約70.4m76.4m，總?cè)莘e33000m3的貯料豎井組成，滿足高峰4天混凝土骨料生產(chǎn)用量。細(xì)骨料罐由2個(gè)直徑10m，高54m，總?cè)莘e8600m3的貯料豎井組成，滿足高峰期3天混凝土骨料生產(chǎn)用量。2、設(shè)計(jì)依據(jù)和采用的標(biāo)準(zhǔn) 2.1主要設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)計(jì)依據(jù)（1）溪洛渡水電站大壩土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工投標(biāo)文件；（2）金沙江溪洛渡大壩土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工招標(biāo)文件（合同編號(hào)：XLD/0888，招標(biāo)編號(hào)：TGT-XLD/TJ200607D）“工程地質(zhì)資料參考文件”；（3）高線砼系

3、統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況。2.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算主要采取規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有（1）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50010-2002）；（2）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB 500092001）；（3）鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)（GB 50077-2003）；（4）水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL/T19196）；（5）水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范（SL2792002）；（6）錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范（GB500862001）；（7）水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB50287-99）；（8）地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB502082002）。3、地質(zhì)條件 根據(jù)金沙江溪洛渡大壩土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程施工招標(biāo)文件（合同編號(hào)：XLD/0888，招標(biāo)編號(hào)：

4、TGT-XLD/TJ200607D）“工程地質(zhì)資料參考文件”選取“壩區(qū)橫工程地質(zhì)剖面圖”，參考金沙江溪洛渡水電站壩肩開挖及纜機(jī)平臺(tái)工程標(biāo)（合同編號(hào)：XLD/0266）所提供的高線系統(tǒng)地質(zhì)剖面圖等了解豎井及膠帶機(jī)洞工程地質(zhì)及水文地質(zhì)3.1 工程地質(zhì) 混凝土高線生產(chǎn)系統(tǒng)位于大壩右壩肩下游側(cè)，粗骨料豎井頂部高程為705m,底部高程631.88635m, 1#、2#膠帶機(jī)洞設(shè)計(jì)洞底高程615623.0，洞高3.2m。細(xì)骨料豎井頂部高程為705m,底部高程649.76650m, 4#、5#膠帶機(jī)洞設(shè)計(jì)洞底高程645.70643.5m，洞高3.2m。從“工程地質(zhì)資料參考文件”和“壩區(qū)橫工程地質(zhì)剖面圖”來(lái)看

5、，豎井及膠帶機(jī)洞所處位置及高程范圍內(nèi)基巖主要為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖(P2) 巖流層組成，巖流層主要為P211 P214致密狀玄武巖，灰黑色，塊狀構(gòu)造，間隱結(jié)構(gòu)，微風(fēng)化至新鮮巖塊濕抗壓強(qiáng)度259MPa，屬極堅(jiān)硬巖類。峨眉山玄武巖致密堅(jiān)硬，自身抗風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化作用主要沿裂隙和層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)等軟弱面（帶）進(jìn)行，具有典型的裂隙式和夾層狀風(fēng)化特征。巖體的風(fēng)化主要受巖體結(jié)構(gòu)控制，壩區(qū)玄武巖體堅(jiān)硬、強(qiáng)度高，除發(fā)育有較確定的層間錯(cuò)動(dòng)帶以外，還隨機(jī)分布有大量規(guī)模和性狀不一的層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，巖體結(jié)構(gòu)與巖體質(zhì)量主要受層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶和巖體的緊密程度控制。地質(zhì)報(bào)告按照巖體結(jié)構(gòu)類型及完整性、緊密程度、風(fēng)化卸荷、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)

6、帶發(fā)育程度和地下水狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合水電規(guī)范，針對(duì)溪洛渡壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將壩基巖體劃分為、1、2、1、2和級(jí)共五個(gè)巖級(jí)七個(gè)亞級(jí)，在“壩區(qū)橫工程地質(zhì)剖面圖”沒(méi)有進(jìn)行圍巖的分級(jí)，參照壩肩標(biāo)地質(zhì)報(bào)告及圖紙標(biāo)注豎井及膠帶機(jī)洞所處位置及高程范圍內(nèi)基巖主要分為1、2、IV1三類，具體1)IV1類圍巖IV1類圍巖位于強(qiáng)卸荷巖體內(nèi)，水平深度小于10m，垂直深度10m左右,巖體松馳，呈碎裂塊裂結(jié)構(gòu)，隱微裂隙和次生裂隙顯現(xiàn)，構(gòu)造裂隙普遍張開，且多處見有寬度2cm的陡傾角集中卸荷裂隙。常充填巖屑及次生泥，裂面普遍嚴(yán)重銹染，雨季沿裂隙滴水、滲水現(xiàn)象較嚴(yán)重。聲波速度起伏大，一般VP=23003000m/s，巖石完整性

7、系數(shù)小于0.25m。主要分布在豎井井臺(tái)部位。2) 2類圍巖2類圍巖位于強(qiáng)卸荷下限和弱風(fēng)化上段之間，巖體較松馳較緊密，呈次塊鑲嵌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較松弛較緊密，完整性較差，部分隱微裂隙顯現(xiàn)，構(gòu)造裂隙輕微張開，長(zhǎng)大裂面普遍嚴(yán)重銹染，一般裂面有輕微銹染，可見寬度達(dá)0.51cm的陡傾角集中卸荷裂隙，局部充填有巖屑及次生泥。巖體聲波縱波速度起伏大，均一性差，一般VP=26004000m/s，內(nèi)夾部分較完整巖體。2類圍巖水平深度右岸一般為1015m，河床鉛直深度一般1520m。3) 1類圍巖1類圍巖位于弱風(fēng)化上段和弱風(fēng)化下段之間，裂隙普遍輕微銹染，長(zhǎng)大裂面部分銹染較嚴(yán)重，隙壁風(fēng)化較弱，長(zhǎng)石斑晶輕度褪光褪色。巖體以

8、次塊狀結(jié)構(gòu)為主，部分鑲嵌結(jié)構(gòu)。嵌合較緊密，巖體較完整，巖芯以短柱柱狀為主。巖體聲波縱波速度有起伏，但漸趨穩(wěn)定，一般VP=40005200m/s，1類圍            巖水平深度右岸一般為4050m，河床鉛直深度1525m。3.2 水文地質(zhì)    受地形地質(zhì)條件和特定的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，豎井及膠帶機(jī)洞主要受分布于壩區(qū)右岸的玄武巖裂隙水流系統(tǒng)影響，玄武巖呈似層狀和塊狀結(jié)構(gòu)，透水性除河谷周邊風(fēng)化卸荷帶內(nèi)較大外，其余均較微弱，加上上覆宣威組（P2x）底部粘土巖和分

9、布于P211、P213、P214層頂部的紫紅色凝灰?guī)r起著相對(duì)隔水作用，且地形較陡，上游有豆沙溪溝深切，使裂隙介質(zhì)中地下水的補(bǔ)給極其微弱。因此，玄武巖中地下水多以脈狀水形式貯存，補(bǔ)給主要來(lái)自地表沖溝玄武巖出露段大氣降水入滲補(bǔ)給，谷肩上部第四系孔隙水流少量下滲補(bǔ)給及谷坡卸荷帶雨季側(cè)向補(bǔ)給。由于壩址區(qū)處于緩傾構(gòu)造部位，層間、層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶較發(fā)育，陡傾裂隙一般短小，巖層透水性較弱，坡頂廣泛分布P2x相對(duì)隔水層和P2玄武巖頂部紫紅色凝灰?guī)r，河谷深切，岸坡陡峻，地表水入滲困難，補(bǔ)給水源有限，排泄條件良好。因此，兩岸地下水位埋藏較深，水位低緩，總體上地下水補(bǔ)給江水。在兩岸水平深度1000m范圍內(nèi)，地下水位水力坡

10、度約1%。另現(xiàn)根據(jù)1#膠帶機(jī)洞開挖所揭示地質(zhì)情況判斷，右岸壩肩標(biāo)所描述的地質(zhì)剖面與現(xiàn)場(chǎng)情況基本符合，巖石裂隙水比較發(fā)育，圍巖類別基本為1、2類。4、結(jié)構(gòu)計(jì)算 4.1基本參數(shù) 4.1.1計(jì)算系數(shù) 作用在豎井井壁上的永久荷載主要為井壁自重及水平山巖壓力，可變荷載主要為貯料荷載和作用井壁上的水壓力，作為貯料豎井，結(jié)構(gòu)計(jì)算受可變荷載控制。鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，筒倉(cāng)結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)荷載組合采用基本組合，其中鋼筋砼料倉(cāng)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 為1.0；對(duì)于作用效應(yīng)受可變荷載控制的荷載組合，永久荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，可變荷載中分項(xiàng)系數(shù)貯料荷載取1.3，其他可變荷載取1.4；豎井井壁結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)主要

11、切取單位高度水平圓環(huán)研究結(jié)構(gòu)水平承載能力，同時(shí)將豎井井壁作為軸對(duì)稱的薄壁圓筒，在軸對(duì)稱荷載作用下，簡(jiǎn)化成以圓形井壁為彈性鏈桿一根等效的文克爾彈性地基梁，井壁自重對(duì)上述兩種方式的結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力無(wú)影響，故不考慮重力影響。為計(jì)算方便，沿用傳統(tǒng)的安全系數(shù)模式，在荷載組合時(shí)不考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)，將計(jì)算所得彎矩、軸向力、剪力乘以等同于考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)安全系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算，以保持與鋼筋混凝土筒倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范的一致性，該安全系數(shù)為1.0×1.31.30。4.1.2豎井材料參數(shù) 豎井井壁采用C25混凝土，主要受力鋼筋采用熱軋級(jí)鋼筋，混凝土及鋼筋強(qiáng)度指標(biāo)如下。表4-1  

12、; 混凝土強(qiáng)度指標(biāo)表混凝土強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)值軸心抗壓抗拉強(qiáng)度軸心抗壓抗拉強(qiáng)度N/mm2N/mm2N/mm2N/mm2C2516.71.7811.991.27表4-2   鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值鋼筋種類抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）級(jí)210210級(jí)310310豎井井壁內(nèi)、外設(shè)雙層鋼筋，井壁水平鋼筋直徑大于8mm，間距不大于200mm，最小總配筋率為0.3%，豎向鋼筋直徑大于10mm，間距不大于330mm，最小總配筋率為0.4%。4.1.3骨料物理力學(xué)指標(biāo) 參照施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)P222，骨料的物理特性參數(shù)見表4-3。表4-3 

13、0;      骨料主要物理力學(xué)參數(shù)散料名稱容重（kN/m3）內(nèi)摩擦角（。）側(cè)壓力系數(shù)K對(duì)混凝土倉(cāng)壁摩擦系數(shù)粗骨料18360.2490.6干砂16300.3330.64.2荷載計(jì)算 豎井井壁承受的主要荷載有水平山巖壓力、外水壓力及作用在豎井井壁上貯料荷載。根據(jù)前述地質(zhì)資料分析，假定在豎井深度范圍內(nèi)，高程695.0m705m之間為類圍巖，以下為類圍巖。由于類圍巖位于強(qiáng)卸荷巖體內(nèi)，巖體松馳，呈碎裂塊裂結(jié)構(gòu)，雨季沿裂隙滴水、滲水現(xiàn)象較嚴(yán)重，假定由玄武巖裂隙水流產(chǎn)生的地下水位與地面齊平為705.0m。4.2.1外水壓力 外水壓力按地下水位以下水柱高乘以

14、折減系數(shù)作用于襯砌外表的面力計(jì)算，公式式中： 作用在襯砌結(jié)構(gòu)表面法線方向的外水壓力；外水壓力的折減系數(shù)；外水壓力計(jì)算點(diǎn)水頭；豎井壁后滲水經(jīng)環(huán)向和豎向排水盲溝收集，從底部廊道邊墻排水管，進(jìn)入膠帶機(jī)洞排除，因此考慮地下水活動(dòng)情況，、類圍巖外水壓力折減系數(shù)分別取0.2和0.4，表4-4為不同高程井壁外水壓力計(jì)算值。表4-4        井壁外側(cè)水壓力分布表序號(hào)深度(m)外水壓力(kpa)序號(hào)深度(m)外水壓力(kpa)110.0 39.20 550.0 98.00 220.0 39.20 660.0 117.60 330.0 5

15、8.80 770.0 137.20 440.0 78.40 880.0 156.80 4.2.2水平山巖壓力 圍巖類別為類時(shí)，井壁結(jié)構(gòu)計(jì)算不考慮水平山巖壓力，對(duì)于類圍巖考慮初期支護(hù)影響，作用在井壁上的水平山巖壓力按下式計(jì)算   qh0.05rH                             

16、;  式中： qh水平均布圍巖壓力，kN/m2；r巖體重度，取26.0kN/m3，H 豎井開挖高度， m。取H=10.0m，則、類圍巖分界線處水平山巖壓力qh0.05×10×26 =13 kpa。4.2.3貯料荷載    粗骨料豎井直徑12.0m，高度7076.0m，細(xì)骨料豎井直徑10.0 m，高度55m， 粗、細(xì)骨料貯料高度與豎井直徑比均大于1.5，故按貯料倉(cāng)深倉(cāng)貯料壓力計(jì)算作用在豎井井壁上的水平壓力、豎直壓力及豎向摩阻力等貯料荷載，荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖1。圖1豎井荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖4.2.3.1貯料荷載計(jì)算公式 （1）水平壓力 作用在井頂以下S處井壁

17、單位面積上的水平壓力 按下式計(jì)算: 式中： 深倉(cāng)貯料水平壓力修正系數(shù)；貯料容重；水平截面的水力半徑，取 ；貯料與倉(cāng)壁的摩擦系數(shù)；側(cè)壓力系數(shù)；貯料頂面至所計(jì)算截面的距離，m；貯料的內(nèi)摩擦角；表4-5           豎井井壁荷載計(jì)算參數(shù)（2）水平截面豎直壓力    井內(nèi)水平截面單位面積上的豎向壓力 按下式計(jì)算: 式中: 深倉(cāng)儲(chǔ)料垂直壓力修正系數(shù)；貯料計(jì)算高度，m；（3）井壁豎向摩擦力   作用在某高度以上單位周長(zhǎng)井壁上總的豎向摩擦力 按下式計(jì)算: 深倉(cāng)儲(chǔ)

18、料水平及豎向壓力修正系數(shù) 、 參照表4-5取值。4.2.3.2荷載計(jì)算參數(shù)    根據(jù)豎井結(jié)構(gòu)尺寸、井壁材料、豎井骨料種類，選取計(jì)算參數(shù)表4-6               豎井井壁荷載計(jì)算參數(shù)豎井料物容重(KN/m3)摩擦系數(shù)水力半徑（m)側(cè)壓力系數(shù)k垂直壓力修正系數(shù)Cv粗骨料豎井190.843.000.2491.40細(xì)骨料豎井160.602.500.3331.404.2.3.3荷載計(jì)算結(jié)果    按照上述參數(shù)及公

19、式計(jì)算井壁水平、總豎向摩擦力及水平截面豎向壓力，計(jì)算結(jié)果見下表。表4-7           粗骨料豎井井壁荷載計(jì)算成果序號(hào)深度（m）豎向壓力(kpa)總豎向摩擦力(kpa)水平壓力(kpa)15.0 112.29 44.37 27.96 210.0 191.53 159.57 47.69 315.0 247.45 324.74 61.62 420.0 286.91 525.18 71.44 525.0 314.76 750.51 78.38 630.0 334.41 993.40 83.27

20、735.0 348.28 1248.69 86.72 840.0 358.06 1512.72 89.16 945.0 364.97 1782.92 90.88 1050.0 369.84 2057.48 92.09 1155.0 373.28 2335.11 92.95 1260.0 375.71 2614.91 93.55 1365.0 377.42 2896.24 93.98 1470.0 378.63 3178.65 94.28 1575.0          特性的變化等不利因素，在垂直壓力計(jì)算公式仍乘以

21、修正系數(shù)。從粗骨料豎井荷載計(jì)算結(jié)果來(lái)看，豎向壓力隨深度增加而增加，但受井壁摩擦力的作用，豎向壓力增加速率逐漸減小，粗骨料豎井深度5075.0范圍內(nèi)，豎向壓力由369.84 kpa 增加至379.48 kpa。4.3豎井結(jié)構(gòu)計(jì)算 4.3.1計(jì)算工況 分別切取單位高度水平圓環(huán)和單寬豎向井壁進(jìn)行水平和豎向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算分以下兩種工況工況一：豎井開挖及支護(hù)完成，井內(nèi)無(wú)骨料，井壁承受圍巖山巖壓力和外水壓力；工況二：豎井作為輸料井，在貯料流動(dòng)壓力的作用下，承受料倉(cāng)水平壓力、豎向摩擦力及井外圍巖彈性抗力和外水壓力；各工況荷載按第4.2 .3節(jié)取值，計(jì)算模型見圖4-1。圖4-1  

22、   豎井井壁水平計(jì)算模型4.3.2井壁水平向計(jì)算 分別截取深10.0m、30.0m、60.0m、76.0處單位高度水平圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，工況一圓環(huán)承受圍巖水平山巖壓力和外水壓力；工況二圓環(huán)承受圍巖貯料水平壓力，圍巖對(duì)圓環(huán)產(chǎn)生彈性抗力，、類圍巖彈性抗力系數(shù)分別取15Mpa 和10Mpa，各截面在不同工況下所受荷載數(shù)值見表4-9。表4-9            粗骨料豎井井壁水平向荷載取值表計(jì)算工況計(jì)算截面高程（m）荷載（kpa）水壓力水平山巖壓力貯料水平壓力合計(jì)工況一1

23、039.213.0 52.2 3058.858.8 5098.098.0 76147.0147.0 工況二1046.746.7 3083.283.2 5092.192.1 7694.594.5 采用sap84進(jìn)行井壁水平向計(jì)算，各截面在對(duì)應(yīng)荷載作用下內(nèi)力計(jì)算成果表見下表。表4-10           粗骨料豎井井壁水平向荷載內(nèi)力計(jì)算結(jié)果表計(jì)算工況計(jì)算截面高程（m）軸力（kN）壓應(yīng)力（Mpa）工況一10339.30.6830382.20.7650637.01.2776955.51.91工況二10289.20.58 30523.01.05 50579.01.16 76594.1