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1、 岩石力学与工程学报 C h i s e s e J a s r s a l 可 R o c k姗e c h a s i c s o s d R u g i s e e r i s l 1 引 言 在地下工程建设中， 原位监测有举足轻重的作 用， 不仅可以 通过原位监测对工程的安全运行作出 评价， 对地下工程的施工作出 安全预报， 防患末然， 还可通过原位监侧脸证设计的合理性， 促进地下工 程设计水平的提高和科学技术的进步。 地下工程中原位监测技术的发展是随着人们对 围岩的认识不断提高而发展的。 过去人们是将围岩 作为一种荷载来考虑进行结构设计的。 由于岩体本 身具有一定的强度， 具有一定的稳
2、定性和不同程度 的承载能力。 设计中如何发挥围岩本身的承载能力， 在地下工程的设计中尤为突出， 由于围岩的各向异 性， 各种构造的存在， 围岩自身承载能力的有效利 用和充分发挥， 仅研究其本身的强度和力学性质是 不够的， 而围岩的原位监侧是能综合各种影响因索， 定量的评价其稳定性和本身固有承载能力的最有效 方法。 我们知道， 围岩自支撑能力的消失和破坏是围 岩变形发展到一定程度而产生的， 而这种变形的产 生和发展是有一个特定的过程的。 如果能够把这一 过程量侧记录下来， 研究如何充分利用这种变形， 如何限制有害变形的发展， 无凝对地下工程的设计 和施工都有重要意义。 原位监测则是解决这一间题
3、的最有效方法. 近十几年发展起来的新奥法， 是在 总结地下工程建造的经验墓础上， 旨在最大限度的 发挥围岩的自支承能力， 将地下工程的设计、 施工 和监测紧密结合起来， 原位监测技术的发展则使新 奥法的实施成为现实。 近十年来我国地下工程发展十分迅速， 大型地 第 1 8 卷 增刊 赵长海. 地下工程的原召 日 监 测与安全施工1 1 4 1. 影响不大。 经长时间多方面的研究和勘察认为， 洞群部位 层状结构体基本上属于I ，II 级围岩， 受断层影响 区域， 为碎裂结构岩体， 应属w， Y 级围岩。 地下厂房岩休为层状结构岩体， 按围岩分级应 属I ， 可 级围 岩， 部 分层间剪切带、 节
4、理密集带或泥 化夹层分布段为N， V 级围岩。 为2 0 0 - v 3 0 0 m m断层拥， 两侧为破碎带， 宽度达到 4 m, F ，为逆断层， 主断层带为 1 0 0 - 4 0 0 m m断层 泥， 两倡破碎带宽度为2 m. P ，和 F m断层与孔板 洞( 前期为导流洞) 明流洞、 排砂洞的交角为1 5 2 5 0 ， 对导流洞、 孔板洞、 排砂洞、 明流洞的稳定影响 较大。 地下工程区域内节理基本与层面垂直， 主要节 理有 4 组， 倾角均为 7 0 0 - - 8 0 0 。 该区域中节理在较 坚硬、 致密的岩层中相对较为发育， 密度较高， 而在 其他较软的岩层中， 节理密度较
5、低。 节理一般只发育在一个单一岩层内， 不切穿不 同岩层， 因 此垂直方向 延伸度不超过5 m， 节理的连 通率为3 0 肠-4 0 %; 地下工程区域内岩体， 地下水 补给条件差， 地下水不发育。 通过前期的测定， 小浪底地下工程区域中，可 级以上围 岩纵波速度均在4 0 0 0 m / a 以上。 而在断层 破碎带中， 围岩的纵波 速度则在2 0 0 0 M / S 以下。 ， . ， 围岩 的力 学性质 根据试验结果统计， 刘家沟组的T 1 - T 1 地层以 坚硬的硅质、 硅钙质砂岩为主， 其饱和抗压强度均 为6 0 MP a ， 平均软化系数在 0 . 9 以上。 而和尚沟组 的T
6、, 岩层总体上以泥质胶结泥钙质砂岩为主， 岩 体软弱， 其饱和抗压强度小于3 0 MP a ， 平均软化系 数为0 . 3 左右。 通过室内和现场三轴试验结果的统计分析， 各 岩层的抗剪强度见表 l a 表 1 岩体抗剪强度 鑫致 T , “ T , “ T , “ 5此舫 T , “ T , “ 4 0 4 5 0 . 8 4 1 . 0 0 1 . 2 0 1 . 8 0 T , 0 ,T , s z T , a - ,T , 4 9 1 . 1 5 3 . 0 5 岩层的各向 异性明显， 岩体变形模量差异较大。 平行层面的静变形模量为 1 2 - 2 7 G P a , 垂直层面的 变形
7、模最为6 - 1 0 G P a ， 动静弹性模量之比为1 . 2 - 1 . 6 , 由于小浪底地下工程的岩层之中含有粉砂质粘 土岩和枯土质粉砂岩等软岩， 还有断层破碎带， 他 们均有一定的场变特性， T 1 s - 1 粉砂质粘土岩蠕变变 形占全变形的3 0 % 左右， 而断层、 断层带的徐变特 性将更加明 显。 小浪底地下工程区域中是以自主重应力场为主， 最大水平地应力方向为N E 2 0 0 , 与厂房轴线夹角为 3 0 0 ， 和泄洪洞， 排沙洞及明流洞的交角为8 3 0 ， 地应 力最大值不超过 5 MP a , 侧压力系为0 . 7 -0 . 9 , 属 低应力区， 且空间应力较
8、为均匀， 对地下建筑物的 3 初期原位监测的主要结果 为了 进一步了 解地下工程区 域围 岩的变形特性， 对地下工程建设中可能遇到的间题进行预测， 研究 设计优化的可能， 为保证安全施工提供信息， 结合 导流洞上中导洞的开挖， 进行了较全面的初期监侧 工作， 这些工作包括: ( 1 ) 7 . 8 mX 8 m上中导洞开挖过程中 的系统原 位监测， ( 2 ) 对班 级围岩上半圆扩挖过程中的监侧， ( 3 ) 对N 级围岩上中导流洞支护参数修改后的 监测。 3 . 1 导流 洞 设计、 施 工的 荃本概况 3 . 1 . 1 设计 导流洞施工期采用锚喷支护， 在班 级围岩中， 开挖直径1 6
9、. 4 m , 1 V ， V 类围岩中开挖直径 1 6 . 9 ， 喷射混凝土厚度 1 5 0 m m, 锚杆为张拉型锚杆， 张拉力为1 0 0 K N， 长度为 5 . 0 m， 杆体直径为0 2 5 m m， 间距1 . 2 5 m ( 上中导洞开挖及导流洞全面施工 期改为普通砂浆锚杆) 。 钢筋网采用郝， 间 距2 0 0 m m X 2 0 0 mm, 31 . 2 施工 导流洞采用5 次序开挖， 见图1 . 在正式投标之 前， 为摸清地质情况， 研究成洞条件、 全断面开挖后 的稳定和施工的安全措施， 首先在上半圆开挖上中 导洞， 导洞尺寸为7 . 8 mx8 m。 承包商进点后再依
10、 次开挖上中导洞两侧边墙， 下半圆， 最后拉底。 每次 序开挖后， 沿设计开挖轮廓线采用锚杆、 喷射很接 图1 导流洞开挖程序 二 一口 乓 于 .1 1 4 2岩石力 学与工穆学报1 侧 拍年 土进行临时支护。 在导流洞全线贯通后， 再进行导 流洞的匆筋混凝土衬砌， 衬砌后洞径为1 4 . 5 m . 上中导洞采用钻爆法施工， 开挖尺寸为78 m X8 . 0 M, 顶拱为圆形， 半径为8 . 2 m。 开挖面积为 6 7 . 1 m 。 在断层带， 断层影响带采用短进尺， 小药 盘开挖， 并准备了活动俐性支架应急。 东2 上中导洞施工期系 统监测 上中导洞施工期系统监测以收效监侧、 顶拱下
11、 沉蛋 监侧为主。 系统的收敛监侧断面共布置4 1 个断面， 其中在 ， 级围岩中 布置 1 6 个断面， 在N，V 级围岩中 为2 5 个监侧断面， 各导流洞顶拱沉降变形分布状况见图 2 ， 典型剖面顶拱沉降和收敛变形见图3 . 实侧结果表明， :在，级国岩中， 顶拱下沉t万 2 8 - - 9 . 4 8 m m , 平均为3 . 2 2 m m， 边幼收 动 空形海 0 - 1 4 . 3 6 m i n , 平均为3 . 4 8 m m ， 两 公边 漪收 傲 变珍 之和最大值为 1 5 . 9 1 ， 二。 在N, V 级国岩中， 顶拱 下沉t在 0 . 2 8 - 3 4 . 0
12、4 m m之间， 平均为 6 . 1 6 小于平均下沉it的侧点占5 8 . 5 5 %, 边堵收浪俄为准 - 5 2 . 9 7 m m， 平均收敬变形之和为2 8 . 9 3 m a p , 边培平均位移值为曰 为7 5 . 0 3 m m , 盯， 二， 边培欣放之和盆 实侧资料表明， 就小浪庵的地质愉况面官， 无 论哪一级围岩， 顶拱下沉A， 比 边绪收放变形要小 些， 尤其对围岩德定性差的地段更为明显， 边幼独 移大于顶拱下沉2 . 3 5 倍. 其主要原因有二， 一是娜 浮一 0 叭 通。 . 一 - 叫 九创 卜二吧 . 二 ， . u 习 1 o 图4 . 2 . 1 小 I
13、浪底导流洞于 比例 卜w o o ll 卜 挖及围岩变 枯 卜 下 泊二 侧】 I形 图la w 给a e 二 触 盯 I L . -瞬.一 、 泣 厂F s 15 , 6F Z Z i “ 上中孕润宾 产 - a s a - s n 皿 一 1. 日 ; . 曰 . 、卜月 j 厂 “ 1 从 - -下 了 下 二 二 二 二 灭 33 71-a- F/_ _ 二 . r F yf yRi ! 一 ，巧弋 i * i* - 己 - 17 .云 一渡 ，; 广I. 一If 一一1I 。 ， _ 一 _ JI一 ! 二- - s9.u 万: L m , . 下沉交形 V w lt * x 一八
14、一 冲之 嘴 醉 肠 一 ， 一 匕-z二 = -s . a- 护 曰与二二汤盈盔二二二 一一飞 ，一 ， 二 若 写 上中寻月 全断百开: ! 多 过 住 中 ， 鱿 派 冷 交 形一 _。 _丁 补i 5.9t-n.m16 97 一 - I O I” 一” 扭 竺f N 洲 鲜 差较大， 造成侧 值结果偏小， 一度也影响了 盆肠王 _ 作的进行和信息的正确反债， 经工程师正.指势粉 才有所改进。 ( 4 ) 监测工作必须有组织保证 监侧工作对地下工程施工的指导作用， 的相应组织是必不可少的。 一 定 的 组 织 措 施 作 为 保 证 ， 在 小 浪 底 地 下 工 侧 维 著 的 承 包 商 进 点 后， 并 没 有 建 立 相 应 的 机 梅 ， 娜 姆 i f 相应的工作计划， 以致于开始摘工有，目 性， _ 造成 场方事故， 塌方后在工程师的价促下， 才开 工作， 井在工程施工中不断充实完穆组权 主也配备了负贵监侧的监理工程师， 建 组织机构， 并及时对承包商的原位监公进 经验证明对于大型地下工程建立一支负 贵盈洲工作
