大跨度地下廠房巖錨梁結(jié)構(gòu)施工過程受力與變形計算和監(jiān)測研究

梁欽露

葛洲壩集團試驗檢測有限公司

摘要：巖錨梁結(jié)構(gòu)施工是大跨度地下廠房建設(shè)關(guān)注的焦點。以現(xiàn)階段大跨度地下廠房施工建設(shè)情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來巖錨梁結(jié)構(gòu)施工特點，明確新時代工程建設(shè)提出的要求，分析如何監(jiān)測和計算施工過程中的受力與變形，以此為保障廠房工程建設(shè)質(zhì)量安全奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地下廠房;巖錨梁;受力;變形

巖錨梁作為大跨度地下廠房工程建設(shè)的重要組成部分，有助于減少地下廠房在施工期間的開挖跨度，且能提高整體工程建設(shè)的支護水平。由于巖錨梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯，且在實踐工程建設(shè)中占據(jù)重要地位，所以施工單位在工作時必須要加大對這項施工項目的關(guān)注，只有保障巖錨梁結(jié)構(gòu)的安全性和有效性，才能為后續(xù)工程施工有序落實提供依據(jù)。因此，下面對大跨度地下廠房巖錨梁結(jié)構(gòu)施工過程受力與變形計算和監(jiān)測進行分析。

一、案例介紹

某地水電站工程在應(yīng)用單機單管供水時，安裝了四臺單機容量達到600MW的水輪發(fā)電機組。其中，廠房開挖長度達到了243米左右，高度在76米上下，跨度為31.10米。在實踐工程建設(shè)期間，巖錨梁施工質(zhì)量直接影響著整體橋機的工作安全，因此施工單位應(yīng)加大對施工過程中巖錨梁的受力與變形計算和監(jiān)測的探索。

二、受力與變形計算和監(jiān)測的必要性

在本文概述案例中，施工單位在進行巖錨梁施工時，因所處區(qū)域?qū)儆谲浫鯉r層、薄層及陡傾角的高邊墻，不僅巖性的穩(wěn)定性不高，而且在開挖過程中很容易出現(xiàn)不均衡沉降、卸荷等問題，嚴(yán)重的勢必會影響施工期間巖錨梁的結(jié)構(gòu)安全[1]。通過在施工期間，整合以往建設(shè)經(jīng)驗，按照現(xiàn)場施工要求，選擇符合條件的計算和監(jiān)測方案，不僅可以及時發(fā)現(xiàn)整體工程建設(shè)問題，而且可以保障巖錨梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，進而為后續(xù)工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)保障。

三、構(gòu)建受力及變形計算的模型

（一）計算剖面

以廠房某機組中心線地質(zhì)剖面為例，在構(gòu)建計算坐標(biāo)系時，將下游方向看作正X軸，而垂直向上的是正Y軸，此時計算區(qū)域就是以廠房中心線為中心，兩邊邊界要控制在X=-170.200米，而底部高程為0，頂部要取到地表。同時，計算區(qū)域的兩邊與底邊要引用法向約束條件進行工作。

（二）巖體力學(xué)參數(shù)和初始應(yīng)力場

一方面，要對多個區(qū)域進行等效弱化巖體參數(shù)模擬，如尾水洞、母線洞等;另一方面，施工人員要在巖錨梁中引用C30鋼筋混凝土。根據(jù)本文概述案例分析，在計算過程中，不管是圍巖還是夾層等都會引用實體單元進行模擬，而吊車梁和巖壁間的接觸縫要應(yīng)用節(jié)理單元實施操作[2]。

（三）施工開挖及錨固的數(shù)值模型

在以大跨度地下廠房建設(shè)要求與巖錨梁為核心，實施開挖建造模擬工作時，施工人員要從以下幾步入手，且保障每步開挖深度在10到20米之間：第一步要對上體地表和廠房頂拱實施開挖;第二和第三步要明確廠房巖錨梁結(jié)構(gòu)，并進行基礎(chǔ)和高邊墻開挖工作;第四步要為廠房提供符合要求的巖錨梁;第五步要開挖大跨度地下廠房;在完成整體開挖工作后，施工人員要進行最后一步，也就是為巖錨梁提供吊車運輸荷載。需要注意的是，每完成一步工作，施工單位都要進行噴錨支護工作。

（四）巖錨梁

巖錨梁屬于地下廠房的重要組成部分，其中包含的基礎(chǔ)構(gòu)件指錨入巖體的斜拉錨桿以及錨索等。通常情況下，在實踐過程中，施工人員要按照預(yù)期提出的設(shè)計要求，分別在上游和下游吊車梁的區(qū)域布置斜拉錨桿與錨索。

四、研究變形與應(yīng)力計算結(jié)果

（一）洞室圍巖

具體內(nèi)容分為以下幾點：其一，圍巖變形。在做好洞室開挖工作后，圍巖出現(xiàn)最大的位移量是30.10毫米，且出現(xiàn)在主廠房的下游邊墻處。同時，由于開挖結(jié)束后，直接引用巖錨梁運輸荷載，雖然洞周邊的圍巖變形不顯著，但最大位移依舊達到了0.30毫米，存在于廠房上游拱座區(qū)域內(nèi)。其二，開挖應(yīng)力場。在開挖洞室時，因受開挖擾動的影響，在圍巖應(yīng)力場周邊會出現(xiàn)較大變化，且在開挖工作結(jié)束后，洞室鄰近周邊都會有應(yīng)力環(huán)流，此時頂拱和機窩底板會有顯著的切向應(yīng)力，不管是上游還是下游的邊墻、鄰近范圍都有應(yīng)力松弛，具體展現(xiàn)為拉應(yīng)力區(qū)、低壓應(yīng)力。其三，系統(tǒng)錨桿及噴層的支護應(yīng)力。在開挖下延中，錨桿應(yīng)力會隨之提高，尤其是接近上游拱座區(qū)域的頂拱錨桿應(yīng)力的變化最為顯著。其四，塑性區(qū)。在結(jié)束全斷面開挖工作后，不管是主廠房還是尾水閥門廊道洞周邊都會出現(xiàn)塑性區(qū)，其中一廠房頂拱為例，具體塑性區(qū)的厚度可以達到2.4米左右，

（二）施工期間

具體包含：其一，變形。在施工建設(shè)過程中，導(dǎo)致巖錨梁出現(xiàn)變形的主要原因在于圍巖開挖變形，且具體位移狀態(tài)都是水平方向的。一般來講，上游邊墻吊車梁的最大位移17.82毫米，下游最大位移是16.23毫米。其二，巖錨梁應(yīng)力。在結(jié)束開挖和建設(shè)工作后，不管是上游還是下游的吊車梁應(yīng)力都會降低，且粉筆控制在1.31MPa和1.75MPa左右。其三，錨桿的軸向應(yīng)力。由于各錨桿應(yīng)力的分布狀態(tài)存在一致性，且會隨著下延隨之提高，因此圍巖變形對應(yīng)力影響極大。

（三）施工運行

具體包含：其一，變形。在結(jié)束洞室開挖工作后，影響洞室圍巖形變的吊車梁荷載非常低，通常情況下在0.05毫米以下，且?guī)r錨梁會出現(xiàn)位移，一般來講會向著中心線偏移，且具體數(shù)值控制在0.63毫米左右。其二，應(yīng)力。運行荷載影響巖錨梁的應(yīng)力并不顯著，且上游和下游的吊車梁最大主壓應(yīng)力會隨之提高。其三，錨桿應(yīng)力。在運行荷載后，應(yīng)力分布規(guī)律并不會改變，相應(yīng)的上游和下游巖錨梁斜拉錨桿應(yīng)力會隨之提高。其四，梁體穩(wěn)定性。在完成實踐工作后，保障噴錨支護工作質(zhì)量，有助于提升圍巖的平穩(wěn)性和安全性，且可以優(yōu)化巖錨梁的受力情況。

五、施工過程中巖錨梁受力與變形監(jiān)測分析

在本文概述案例中，為了讓施工單位更快掌握全面的巖錨梁受力特點，正確檢查施工及工作狀態(tài)下巖錨梁的質(zhì)量，施工人員會在大跨度地下廠房的上游和下游巖錨梁安裝十二個監(jiān)測斷面。通過實踐數(shù)據(jù)分析可知，巖錨梁錨桿應(yīng)力的變化并不明顯，且具有極強的承載水平[3]。由此可知，巖錨梁結(jié)構(gòu)在大跨度地下廠房工程建設(shè)中占據(jù)重要地位。

六、結(jié)語：

綜上所述，隨著我國地下廠房建設(shè)要求的增加，施工單位為了保障實踐工程建設(shè)質(zhì)量，必須要多借鑒和引用優(yōu)質(zhì)地下洞室高邊墻穩(wěn)定控制技術(shù)經(jīng)驗，并明確巖錨梁結(jié)構(gòu)施工的重要性。只有這樣才能在有效處理以往施工問題的同時，提升整體大跨度地下廠房工程建設(shè)質(zhì)量安全。同時，在施工建設(shè)期間，施工單位還要強化現(xiàn)場安全監(jiān)測與巡視工作，并學(xué)會引用收集數(shù)據(jù)進行研究，以此為工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)保障。

參考文獻：

[1]魏勇軍，王強，蔣懷.聚丙烯腈纖維混凝土在固滴水電站地下廠房巖錨梁混凝土施工中的運用[J].四川水力發(fā)電，2019，38（2）：45-47.

[2]龍川，倪松巖.地下廠房巖錨梁開挖施工技術(shù)研究[J].技術(shù)與市場，2018，25（10）：114-115.

[3]仵海強，李亞東.仙居抽水蓄能電站地下廠房巖錨梁開挖爆破施工[J].四川水力發(fā)電，2017，36（3）：19-23.