宋智,孫強(qiáng)
(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,遼寧沈陽110006)
TBM組裝洞室未成型巖臺(tái)巖壁吊車梁設(shè)計(jì)研究
宋智,孫強(qiáng)
(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,遼寧沈陽110006)
在TBM地下組裝洞室的實(shí)際開挖過程中,因圍巖節(jié)理、裂隙、控制爆破、人為操作等的影響,個(gè)別洞室段巖臺(tái)開挖未能成型。針對(duì)TBM組裝洞室開挖過程中的未成型巖臺(tái),文中提出了不同程度未成型巖臺(tái)的處理方法,并以HJ隧道工程TBM1-1(4#支洞組裝洞室)為研究背景,對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證,對(duì)同類工程提供了參考依據(jù)。
TBM地下組裝洞室;巖壁吊車梁;未成型巖臺(tái)
TBM地下組裝洞室內(nèi)巖壁吊車梁結(jié)構(gòu)形式的實(shí)現(xiàn),需結(jié)合組裝洞室的結(jié)構(gòu)功能,并根據(jù)其地質(zhì)條件的復(fù)雜程度,嚴(yán)格控制開挖[1],保證巖臺(tái)成型角度在合理范圍內(nèi),但在組裝洞室的實(shí)際開挖過程中,因圍巖節(jié)理裂隙的存在、控制爆破的偏差以及人為操作等因素的影響,或多或少會(huì)造成組裝洞室段巖臺(tái)開挖未能成型。目前,對(duì)于巖壁吊車梁未能成型巖臺(tái)的處理方法并沒有相應(yīng)的國家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),為保證巖壁吊車梁的順利施作,本文以HJ隧道工程TBM1地下組裝洞室(4號(hào)支洞)為背景,對(duì)未成型巖臺(tái)巖壁吊車梁的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。
1.1地質(zhì)情況分析
HJ隧道工程TBM1地下組裝洞室(4號(hào)支洞)工程區(qū),大地構(gòu)造單元一級(jí)為中朝準(zhǔn)地臺(tái)(Ⅰ)和吉黑褶皺系(II)。洞室埋深較大,在300~400 m之間。
洞室開挖采用控制爆破分層開挖,組裝洞室長80 m[2—4]。第Ⅰ層頂拱開挖高度為4.92 m,第Ⅱ、Ⅲ層高度均分別為6.7 m和3.88 m。Ⅰ層開挖揭露巖石主要為花崗斑巖,巖石堅(jiān)硬,圍巖類別鑒定為Ⅱ類。Ⅱ?qū)佑疫厜皫r臺(tái)部位主要受走向?yàn)镹E63°~74°(與洞軸線交角小于30°)、傾角為63°~73°的節(jié)理影響,左邊墻巖臺(tái)部位主要受走向?yàn)镹E60°~83°(與洞軸線交角小于30°)、傾角為63°~ 85°的節(jié)理影響。兩部位主要節(jié)理裂隙都呈微張~張開狀,節(jié)理面多平直光滑或起伏光滑,與垂直下邊墻切割,形成不穩(wěn)定三角體掉塊超挖。1.2成型情況分析
因節(jié)理裂隙發(fā)育程度不同,開挖后巖臺(tái)成型條件不同,開挖后巖壁兩側(cè)邊墻地質(zhì)條件及成型情況見表1。根據(jù)不同超挖情況,對(duì)未成型情況按成型角度劃分為三類:A類,即成型差,成型角度β>25°;B類,成型條件更差,即成型角度15°<β<25°;C類,成型條件最差,即成型角度0°<β<15°。
在采用合理的開挖方法和控制爆破技術(shù)的情況下,巖臺(tái)成型率較高,左側(cè)成型長度60 m,未成型長度20 m,成型率為75.0%;右側(cè)成型長度67 m,未成型長度13 m,成型率為83.8%。對(duì)以上未成型巖臺(tái)本文提出兩種處理方案。
2.1方案一
在實(shí)際開挖中,由于控制爆破時(shí)開挖精度不夠或個(gè)別圍巖節(jié)理裂隙的影響,極易產(chǎn)生A,B情況?;舅悸罚?/p>
1)對(duì)于巖臺(tái)上巖壁吊車梁斷面形式、錨桿長度、錨桿傾角等參數(shù)按正常巖壁吊車梁進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)即可[5]。
2)將巖臺(tái)加固,處理出比較平滑的接觸面,以便接觸面能均勻坐落于巖臺(tái)上;巖臺(tái)以下邊墻破損部位厚度一般小于1.5 m,此部位用噴射混凝土填充密實(shí)即可。
表1 兩側(cè)巖臺(tái)成型情況表
圖1 方案一處理示意圖
3)以上開挖后巖壁吊車梁巖壁角小于原設(shè)計(jì)巖壁角,需相應(yīng)考慮加長受力錨桿、加大設(shè)計(jì)斷面等措施。
處理方案一如圖1所示。
一般情況下,巖壁角越小,受力條件就越差,錨桿用量即長度都會(huì)相應(yīng)增加。因此,這個(gè)種處理方案可以用來處理A,B巖壁角不小于15°的情況,而對(duì)于小于15°的C類情況,因巖壁角過小,主要受力錨桿就會(huì)無謂的加長,斷面無謂的增大,不經(jīng)濟(jì),也不合理。
2.2處理方案二
基本思路:所有未成型巖臺(tái)情況與成型巖臺(tái)的區(qū)別在于,巖壁吊車梁與巖臺(tái)接觸面受到破壞,以致于巖壁吊車梁無法坐落于巖臺(tái)上,不能正常傳力。因此,針對(duì)這種共性,可以考慮將所有破壞巖臺(tái)均還原或者加強(qiáng)成原設(shè)計(jì)成型的巖臺(tái),以上未成型部位巖壁吊車梁就可按正常成型巖壁吊車梁的錨桿長度、斷面形式等設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此,對(duì)不同成型角度的巖臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),補(bǔ)強(qiáng)方案如圖2所示。
2.2.1對(duì)于情況A的具體處理
1)先對(duì)超挖部位巖面進(jìn)行清理,排除松動(dòng)巖塊,回填C30混凝土,并在混凝土表面加φ22間距200 mm鋼筋網(wǎng);
2)需布置2~3排φ25加強(qiáng)錨桿,長4 000 mm,縱向間距1 500 mm,排距1 500 mm,梅花型布置,并將鋼材與鋼筋網(wǎng)焊接,錨桿傾角15°~25°。
2.2.2對(duì)于情況B的具體處理
1)先對(duì)超挖部位巖面進(jìn)行清理,排除松動(dòng)巖塊,回填C30混凝土,并在混凝土表面加φ22間距200 mm鋼筋網(wǎng);
2)需布置2~3排φ25加強(qiáng)錨桿,長4 500 mm,縱向間距1 000 mm,排距1 000 mm,梅花型布置,并將鋼材與鋼筋網(wǎng)焊接,錨桿傾角15°~25°。
圖2 方案二處理示意圖
2.2.3對(duì)于情況C的具體處理
1)先對(duì)超挖部位巖面進(jìn)行清理,排除松動(dòng)巖塊,回填C30混凝土,并在混凝土表面加φ22間距200 mm鋼筋網(wǎng);
2)需布置2~3排φ28加強(qiáng)錨桿,長6 000 mm,縱向間距500 mm,排距800 mm,梅花型布置,并將鋼材與鋼筋網(wǎng)焊接,錨桿傾角15°~25°。
此種處理方式,針對(duì)不同角度,采取不同的加強(qiáng)措施,施工簡單,操作靈活,對(duì)本身巖壁吊車梁的設(shè)計(jì)參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生影響。因此,這種方法亦不用反復(fù)試算巖壁吊車梁的各參數(shù),節(jié)省計(jì)算時(shí)間和計(jì)算量。此種方法的缺點(diǎn):對(duì)于開挖成型特別差的情況(如情況C),實(shí)際超挖較大,有的部位甚至超挖達(dá)到3 m左右;加強(qiáng)錨桿用量大,鋼筋網(wǎng)用鋼筋和回填混凝土方量均較多。
對(duì)于方案一與方案二的處理措施操作方式不同,各有優(yōu)缺點(diǎn):
1)方案一只需對(duì)超挖部位噴混凝土噴平,局部掛網(wǎng)即可,處理較簡單;缺點(diǎn)是對(duì)小角度不能處理,且對(duì)不同成型角度均需進(jìn)行試算,最終選取優(yōu)化參數(shù),計(jì)算量相對(duì)較大。
2)方案二適用于所有未成型情況,適用廣泛,而且,原理相對(duì)簡單,不用進(jìn)行巖壁吊車梁的重復(fù)設(shè)計(jì)和參數(shù)試算,節(jié)省計(jì)算量;缺點(diǎn)是投資大不經(jīng)濟(jì)。
因此建議,對(duì)于巖壁吊車梁首先控制開挖,因?yàn)榍闆rC的處理無論采用哪種方案,投資均較大、不經(jīng)濟(jì),所以盡量避免情況C的產(chǎn)生,可以允許A與B兩種情況產(chǎn)生,可以按實(shí)際情況采用方案一和方案二。
[1]鄧勇.錦屏電站引水隧洞φ12.43 m大直徑TBM組裝洞室設(shè)計(jì)與施工[J].隧道建設(shè),2010,30(3):271—275.
[2]李世民,張世杰,俞學(xué)輝,等.超長隧洞TBM地下擴(kuò)大洞室施工[J].云南水利發(fā)電,2014,30(Z):63—66.
[3]李世民,李驅(qū),李登鉞,等.TBM地下組裝間施工[J].云南水利發(fā)電,2014,30(1):62—64.
[4]閆景參,王鵬禹,李光前,等.大直徑TBM組裝洞室設(shè)計(jì)與施工[J].水利水電施工,2014(5):33—35.
[5]Q/CHECC 003-2008,地下廠房巖壁吊車梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
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1002-0624(2016)01-0005-03
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