灌漿荷載下左岸洞室的穩(wěn)定性

灌漿荷載下左岸洞室的穩(wěn)定性

前言

固結(jié)灌漿數(shù)值模擬方法

固結(jié)灌漿研究成果

小結(jié)由于錦屏一級(jí)水電站壩址區(qū)左岸斷層破碎帶發(fā)育，巖體受卸荷松馳影響較破碎，為使壩體達(dá)到較好的受力性態(tài)、滿足拱座的抗滑穩(wěn)定與變形穩(wěn)定，在建基面一定深度及范圍內(nèi)采取混凝土墊座及洞群固結(jié)灌漿處理。前言

1.1工程背景1.2研究內(nèi)容

①研究不同灌漿方案對(duì)洞室穩(wěn)定性的影響，并提出最優(yōu)的灌漿方案；②最優(yōu)灌漿方案下，分析左岸壩肩基礎(chǔ)處理洞室群永久襯砌的穩(wěn)定性，對(duì)于拉應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求的襯砌，采取配筋計(jì)算；對(duì)于壓應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求的襯砌，采取增加襯砌厚度或降低灌漿壓力值進(jìn)行控制。

圖1灌漿情況下洞室的研究思路示意圖1.3研究思路1.4研究技術(shù)路線借助奧地利隧道分析系統(tǒng)FINAL程序跟蹤仿真分析研究洞室開挖、支護(hù)及固結(jié)灌漿施工過程，分析左壩肩建基面洞室，在灌漿壓力所產(chǎn)生的臨時(shí)荷載下的穩(wěn)定性，提出滿足洞室穩(wěn)定性要求的固結(jié)灌漿施工方案，為施工提供可靠的技術(shù)支持。

施工后期灌漿荷載

初始地應(yīng)力+灌漿荷載+支護(hù)與巖體相互作用

1.5物理力學(xué)參數(shù)的選取根據(jù)中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院提供《錦屏一級(jí)壩基巖體質(zhì)量分級(jí)及其建議力學(xué)參數(shù)值》、《錦屏一級(jí)水電站壩區(qū)結(jié)構(gòu)面按性狀分類及配套力學(xué)參數(shù)表》。本研究采用的相關(guān)圍巖、結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)如下：表1灌漿前、后巖體物理力學(xué)參數(shù)值圍巖類別灌漿前后彈性模量泊松比容重抗剪斷(GPa)(kN/m3)?′C′(MPa)III1灌漿前9.00.3027.01.071.5灌漿后12.00.3027.51.071.5III2灌漿前3.00.3527.01.020.9灌漿后8.00.3027.51.020.9IV2（煌斑巖脈）灌漿前1.00.3526.00.60.4灌漿后4.00.3527.50.60.4V（F5斷層）灌漿前0.30.425.00.30.02灌漿后2.00.3525.00.30.021.6灌漿工藝及灌漿壓力采用分序加密、自上而下、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、高壓式灌漿方式；為減少冒漿及抬動(dòng)變形，啟灌深度為3m左右，灌漿基本段長為5m。段序：自上而下分段法；先做上部第一段的鉆孔和灌漿。然后再向下做第二段的鉆孔和注漿，如此辦法，自上而下地進(jìn)行。2.1灌漿分序圖2灌漿分層及荷載施加示意圖

2洞室固結(jié)灌漿的數(shù)值模擬方法2.2固結(jié)灌漿注漿孔布置

圖3注漿孔布置示意圖

固結(jié)灌漿孔徑φ48mm，孔入巖15m，間排距3.0m。

2.3固結(jié)灌漿數(shù)值模擬方案圖4不同灌漿方案示意圖☆方案一：先從底板灌漿孔開始逐層對(duì)稱向拱頂灌漿。☆方案二：上部→邊墻下部→底板

。（對(duì)比方案一）☆方案三：采取間隔對(duì)稱灌漿方式?！罘桨杆模翰扇×硪环N間隔對(duì)稱灌漿方式。（對(duì)比方案三）各洞室灌漿壓力均按照荷載一施加；當(dāng)荷載一使得洞室襯砌受力較大，且超過規(guī)范要求時(shí)，建議增加襯砌厚度或控制灌漿壓力即采用荷載二施加灌漿壓力。2.4灌漿荷載施加3洞室固結(jié)灌漿對(duì)襯砌內(nèi)力的影響分析▲f5斷層1#置換洞△f5斷層2#置換洞▲煌斑巖脈2#置換洞△煌斑巖脈3#置換洞▲2#傳力洞△3#傳力洞

針對(duì)f5斷層1#置換洞（1730高程，樁號(hào)0+015m至0+030m；寬×高：8m×10m，襯砌厚1.0m），進(jìn)行固結(jié)灌漿多方案研究。擬確定一種最優(yōu)的灌漿方案，應(yīng)用于其余各洞室。3.1f5斷層1#置換洞固結(jié)灌漿研究成果

由上表知，方案三下襯砌受力均滿足強(qiáng)度要求；襯砌受拉應(yīng)力最小。以后各洞室的固結(jié)灌漿分析中，均采用灌漿方案三：★

灌漿方案

每一段長灌漿次序：先進(jìn)行洞底、邊墻上部灌漿；最后進(jìn)行邊墻下部、拱頂灌漿?！锕酀{壓力

先采用荷載一，當(dāng)荷載一使得襯砌受壓應(yīng)力不滿足強(qiáng)度要求時(shí)，控制灌漿壓力，采用荷載二；對(duì)于洞型較大的洞室，可增加襯砌厚度。3.2f5斷層2#置換洞固結(jié)灌漿研究成果

★1670高程，樁號(hào)0+030m至0+060m，大跨度15m;寬×高：15m×10m，襯砌厚1.0m?！艄酀{荷載一

在2m、5m、10m、15m深度的圍巖上分別施加0.5MPa，1.5MPa，2.5MPa，4.0MPa灌漿壓力。

在灌漿荷載一作用下距洞壁5m處，在1.5MPa的灌漿壓力下，在襯砌拱頂產(chǎn)生最大拉應(yīng)力，為1.7MPa；距洞壁15m處，在4MPa的灌漿壓力下，在襯砌右拱肩產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，為-27.0MPa；左拱肩壓應(yīng)力為-25.0MPa，均超過襯砌強(qiáng)度要求。考慮到該洞段襯砌混凝土標(biāo)號(hào)較高（C30砼）,因此選?、僭黾右r砌厚度；②降低灌漿壓力值（即采用灌漿荷載二），兩種方法減小襯砌所受壓應(yīng)力。①增加襯砌厚度

襯砌厚度由1.0m增加至1.3m時(shí)，襯砌最大壓應(yīng)力由26.91MPa，減少到18.6MPa。滿足襯砌抗壓強(qiáng)度要求。

②降低灌漿壓力值（

灌漿荷載二）

在2m、5m、10m、15m深度的圍巖上分別施加0.3MPa，1.0MPa，2.0MPa，3.0MPa灌漿壓力。

按照荷載二施加灌漿壓力，該洞段襯砌壓應(yīng)力減小25%左右。距洞壁15m處，在3MPa的灌漿壓力下，在襯砌右拱肩產(chǎn)生最大壓應(yīng)力，由在荷載一下的-27.0MPa，降為

-20.0MPa。

可知按照荷載二施加灌漿荷載，襯砌受力滿足要求。★1670高程，樁號(hào)0+100m至0+120m，小跨度11m；寬×高：11m×10m，襯砌厚1.0m。3.3煌斑巖脈2#置換洞

1730高程，樁號(hào)0+012m至0+055m；寬×高：8m×10m，襯砌厚0.8m?？芍?，灌漿壓力采用荷載一，煌斑巖脈2#置換洞襯砌受力滿足強(qiáng)度要求。3.4煌斑巖脈3#置換洞

1670高程，樁號(hào)0+012m至0+050m，寬×高：8m×10m，襯砌厚0.8m?？芍酀{壓力采用荷載一，襯砌受力滿足強(qiáng)度要求。3.52#傳力洞

1785高程，樁號(hào)0+040至0+070，寬×高：9m×12m，襯砌厚1.2m。可知灌漿壓力采用荷載一，襯砌受壓應(yīng)力滿足要求；鑒于襯砌拉應(yīng)力較大，本報(bào)告對(duì)2#傳力洞襯砌進(jìn)行配筋計(jì)算。建議2#傳力洞襯砌配Ⅱ級(jí)鋼筋6Φ28，雙排布置。箍筋配Ⅰ級(jí)鋼筋4肢φ10@100。3.6凈3#傳力洞178脊5高程，樁寫號(hào)0+0描40至0+0耗70；寬×高：9m×罵12m，襯砌誘厚1.2童m?！舭酀{盟荷載一可知灌漿豈壓力采用銹荷載一，淋襯砌受拉耳應(yīng)力滿足承強(qiáng)度要求炒；襯砌壓懲應(yīng)力較大右拱騰肩襯砌壓起應(yīng)力達(dá)-21M化Pa?？紤]眨到3#傳力洞襯宰砌混凝土懸標(biāo)號(hào)為C30，因此女不再提高眾混凝土標(biāo)副號(hào)，采用貼以下兩種忌方法來減諒小襯砌壓睡應(yīng)力：①歪增加混凝土厚度敬；②減小獻(xiàn)灌漿壓力繩。①增加混鈴凝土厚度襯砌厚度珍由1.2凍m增加到1.3m時(shí)，襯砌雞最大壓應(yīng)袖力由21.1亭MPa，減少為18.陶9MP薦a。滿足嬸襯砌強(qiáng)維度要求符。若以C30混凝土軸皺心抗壓強(qiáng)抓度標(biāo)準(zhǔn)值20M逮Pa作為襯砌武壓應(yīng)力控方制值的話大，可以進(jìn)迫一步優(yōu)化摧襯砌厚度權(quán)。當(dāng)襯砌宏厚度為1.2奔5m時(shí)，襯砌暢最大壓應(yīng)卷力由21.欄1MP站a，減少為20MP遣a。在襯粘砌軸心盯抗壓強(qiáng)捉度標(biāo)準(zhǔn)嘩值范圍搜內(nèi)。②降低灌漿擠壓力（灌鵲漿荷載二非）即在該偷洞段四炎個(gè)深度育的圍巖狗上分別靠施加0.3M妥Pa，1.0M應(yīng)Pa，2.0應(yīng)MP，3.0M穿Pa灌漿壓億力。按照荷虜載二施狐加灌漿她壓力，商該洞段斯襯砌受盯壓應(yīng)力師明顯減帆?。壕喽幢?5m處，在3MPa的灌漿誕壓力下燈，在襯叛砌右拱紗肩產(chǎn)生日最大壓張應(yīng)力，拉由在荷壇載一下銅的-21搬.1M憑Pa，降為-15性.4M竭Pa?？芍凑瞻旰奢d二施刊加灌漿荷調(diào)載，襯砌遮受力滿足胳要求。4小結(jié)對(duì)于洞思室灌漿妖，根據(jù)殼固結(jié)灌領(lǐng)漿試驗(yàn)禿，設(shè)計(jì)筑模擬灌轎漿壓力齡有兩種貍施加方煮式：荷載一爹：在2m、5m、10m、15m深度的干圍巖上療分別施都加0.5樓MPa，1.5M洲Pa，2.5M怒P，4.0加MPa灌漿壓辣力。荷載二間：在2m、5m、10m、15m深度的圍箭巖上分別棵施加0.3葉MPa，1.0M使Pa，2.0M夫P，3.0菌MPa灌漿壓獎(jiǎng)力。先采用荷咸載一；當(dāng)務(wù)荷載一使知得襯砌受焦力不滿足鐘抗壓強(qiáng)度院要求時(shí)，際對(duì)于某些越洞段采用夕增加襯砌齒厚度或控改制灌漿壓至力，采用暢荷載二；跨當(dāng)襯砌受洲力不滿足籌抗拉強(qiáng)度仆時(shí)，進(jìn)行未配筋計(jì)算顫。以f5-1鋒#置換洞置（樁號(hào)0+01秒5m至0+03程0m，跨度8m）為研川究對(duì)象色，在荷逗載一作挑用下，挑擬采用孤四種不賴同的固鑒結(jié)灌漿業(yè)方案，醉如下：①底板→快邊墻下部嘩→邊墻上音部及拱肩貌→拱頂；②拱頂務(wù)→拱肩胖及邊墻羅上部→麻邊墻下饑部→底與板③底板及某邊墻上部具→邊墻下丈部及頂拱④邊墻下礎(chǔ)部及頂拱諷→底板及安邊墻上部由分析可起知，相比獸之下，方過案三是一參種最優(yōu)的濤固結(jié)灌漿竹次序：先進(jìn)行柴底板、壤邊墻上前部灌漿疼→最后灑進(jìn)行邊程墻下部謝、拱頂稍灌漿。其他洞段里均按最優(yōu)宵固結(jié)灌漿梢方案進(jìn)行照灌漿模擬眾計(jì)算大跨度f5-叢2#置換洞采用荷載補(bǔ)一，在優(yōu)線化的灌漿躲方案下，割當(dāng)在15m處施加4MP川a的灌漿壓嶺力時(shí)，襯先砌產(chǎn)生最縫大壓應(yīng)力霸為-27M知Pa左右（右架拱肩）；5m處施加1.5薪MPa的灌漿壓頌力下時(shí)，沸拱頂產(chǎn)生1.7啞Mpa左右的最趁大拉應(yīng)力突?？芍?，中在荷載騙一下，江大跨度蜂的f5-魔2#置換洞摸襯砌壓老應(yīng)力超躺出強(qiáng)度志要求，唱建議將呈襯砌厚吹度增加確到1.3途m或采取婆荷載二戚進(jìn)行灌晌漿。在采取叼荷載二樣后，襯浙砌壓應(yīng)羨力降低25%左右，雹最大壓化應(yīng)力由-27M痕Pa降為-20M統(tǒng)Pa，滿足聾襯砌強(qiáng)鋼度要求板。小跨度f5-2脊#置換洞（雞樁號(hào)0+10錫0m—0棒+120盲m，

跨度11m）采取荷姓載一施賊加灌漿頭壓力后靜，在15m處施加4MPa灌漿壓泡力時(shí)，到襯砌右疲拱肩（崗靠近斷蒸層部位泰）產(chǎn)生凈最大壓疲應(yīng)力，貴約-18揪MPa；2m處施加0.5柜MPa灌漿壓力哄時(shí)，左邊心墻產(chǎn)生最攝大拉應(yīng)力互約為1.4瘦MPa?？芍?，胞對(duì)于小洽跨度f5-2在#置換洞代，在荷著載一下緣瑞襯砌均芒能滿足嗎強(qiáng)度要嘗求?；桶邘r鞭脈2#置換洞扇（樁號(hào)0+01薪2m至0+0圍55m，

跨費(fèi)度8m）采用荷蠶載一，售當(dāng)在15m處施加4MP智a的灌漿丘壓力時(shí)勤，右側(cè)痰拱肩襯棟砌產(chǎn)生警最大壓海應(yīng)力，嫌為-21M守Pa左右，旱右側(cè)邊納墻上部睜襯砌產(chǎn)泡生1.3貍MPa的最大欺拉力。灌漿壓允力采用什荷載一幫，煌斑怕巖脈2#置換洞襯嗎砌受力滿策足強(qiáng)度要約求?；桶邘r烤脈3#置換洞踏（樁號(hào)0+0熔12m至0+05碧0m，

跨悉度8m）采取荷載呆一，15m處施加4MP蠅a灌漿壓誼力時(shí)，舍右拱肩樣（靠近沾斷層部樸位）襯豆砌受到為的壓應(yīng)濃力最大昂約-15珍MPa；距邊墻2m處施加0.5降MPa灌漿壓頑力時(shí)，妥左、右蘭邊墻中翁部處產(chǎn)得生最大剛拉應(yīng)力盟均為1.1M顆Pa左右?？芍瑢?duì)輕于煌斑巖稈脈3#置換洞，犁采用荷載凈一襯砌滿左足強(qiáng)度要璃求。2#傳力洞（志樁號(hào)0+0派00至0+0霸40，跨度9m）采取荷載愉一，15m處施加4MPa灌漿壓比力時(shí)，坐右拱肩襯襯砌出片現(xiàn)最大斜壓應(yīng)力嬌，為-15貸.0M判Pa，左邊墻抱下部出現(xiàn)太最大拉應(yīng)義力，為2.2立MPa，鑒于稱襯砌拉猴應(yīng)力較余大，對(duì)2#傳力洞杜襯砌進(jìn)爺行配筋移計(jì)算。建議對(duì)該踐洞段襯砌怪采取Ⅱ級(jí)鋼筋6Φ28，雙排無布置，嬸箍筋配Ⅰ級(jí)鋼筋4肢φ10錦@10擱0。滿足瓣抗裂要挖求，裂塵縫開展悠寬度小名于允許吊值。3#傳力洞乒（樁號(hào)0+00趕0至0+0肢40，跨度9m）采取荷載醬一，15m施加4MPa灌漿壓力史時(shí)，右拱希肩襯砌出謀現(xiàn)最大壓活應(yīng)力，為-2爹1.0MPa。局部襯鉤砌壓應(yīng)砍力不滿冠足強(qiáng)度忽要求，宵可將