水电站地下厂房洞室群支护原则综述.doc

1、水电站地下厂房洞室群支护原则综述中图分类号：TV731.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）09-0040-01 我国幅员辽阔，水资源丰富，目前我国水电开发主要集中于西南地区，大部分水电站建于河谷较窄的高山峡谷河段。在这种地形条件下，水电站厂房选择地面厂址会带来诸多困难和不便，因此受到地形和地貌条件制约该区域水电站以下厂房为主；因此通过合理的支护措施保证不同地质条件的地下厂房洞室的稳定成为了新的课题。地下厂房洞室群设计施工的原则应从各方面体现现代支护原理，以期达到技术上可靠，经济上合理的目的。本文就水电站地下厂房洞室群的支护原则进行简单论述。 一、采取合理措施确保围岩不

2、产生有害松动 1、在洞室的布置和造型上应适应原岩应力状态和岩体的地质、力学特征，尽量争取一个较好的受力条件。 2、施工过程中要尽量减少对围岩强度的恶化。可以采用控制爆破技术，以减少对围岩的扰动影响。还有在支护时要及时快速，及时支护的目的是抑制围岩变形的有害发展。 3、合理利用开挖掌子面的端部支撑效应，抑制围岩过度变形。地下洞室在开挖过程中，由于受到开挖掌子面的端部约束，使掌子面附近的围岩不能立即释放其全部变形。如果在端部支撑效应完成前实施支护，就可以避免有害变形的发生，从而起到稳定围岩的作用1。 4、尽量减少其它外界因素（主要是水和潮气）对围岩的影响。如对风化、潮解、膨胀等岩体要及早封闭；有地

3、下水的裂隙岩体，则要注意防止大的渗透水压力。 二、控制围岩变形并允许其在一定程度内发展 1、初期支护采用分次施工。作为洞室永久性的锚喷支护，一般应分两次完成，初期支护必须保证围岩进入稳定状态，最终支护（即二次支护）主要是提高支护的安全余度。为了在更好地发挥出围岩自承能力的同时，也充分发挥支护结构的承载能力，初期支护又可以分成两次喷锚施作。第一次的作用主要是在有控制的条件下实现“卸压” ，而第二次的作用主要是限制变形过量，使围岩进入稳定状态。初期支护的喷混凝土层，在确保围岩不丧失稳定的情况下，一般允许其产生少量的开裂，在此基础上再次支护。对于围岩变形很大的情况，则必须加大支护的可缩性。锚杆支护本

4、身就是一种良好的可缩性支护，在所有支护构件中，只有锚杆支护能不受围岩变形影响而保持支护抗力。 2、调节支护封底时间。有时，尽管作了补强支护，围岩变形仍不断发展，但封闭仰拱后，变形很快就停止。可见，在抑制围岩变形方面，封闭仰拱是一项行之有效的措施。所以，叫以利用调节仰拱封闭的时间来调控围岩变形。但仰拱只是在必要时才设置，而且施作的时机一定要适时。 三、 保证支护与围岩形成共同体 由于计算模型把支护与围岩视作不可分割的共同体，因此，在设计施工中要求保证实现围岩、喷层和锚杆之间具有良好的粘结和接触，使三者共同受力。确保喷层与岩石、喷层之间、喷混凝土与钢筋网、锚杆与岩石之间都要做到良好的结合。锚杆的设

5、计锚固力与锚杆杆体材料的承载力应相匹配，以充分发挥锚杆的强度作用。 四、选择合理的支护类型和参数 1、支护类型的确定应根据围岩地质特点、工程断面大小和使用条件等综合考虑。一般情况下，应优先考虑选用喷混凝土支护或喷锚联合支护；对于坚硬裂隙岩体中的大断面洞室，通常在长锚杆之间还要加设短锚杆以支承其间的岩体； 对于破碎软弱岩体，一定要早支护、早封闭，设仰拱、加强支护。一般应采用挂网喷锚联合支护；对于塑性流变岩体，围岩变形与日俱增，变形量很大，围岩压力也大且变化延续时间长。对于此类围岩的支护施作宜“先柔后刚” ，设置仰拱，形成全封闭环。为了增加支护的后期刚度，可考虑采用锚喷支护与混凝土相结合的复合衬砌

6、；对于浅埋洞室，覆盖层小，一般不能形成整体的支撑环，支护结构主要承受松散压力，因此，支护结构的强度和刚度要大于一般埋深的情况；对于在膨胀潮解岩体中采用锚喷支护时，首先应及早封闭围岩和采用防排水的措施处理，以防止岩体潮解和形成膨胀地压。 2、支护参数的设计应贯彻“等强度支护”的设计思想和整体加固与局部加强相结合的原则。在洞室轴线和横断面方向，可采用不同的支护参数，乃至不同的支护类型。 3、 选择合理的锚杆类型与参数。在围岩中形成承载圈是根据围岩性质、工程断面和使用条件，选定锚杆类型，布置间距等。锚杆支护设计，主要确定锚杆直径、长度、布置间距等。锚杆的类型按照作用原理分为全长粘结性、端头锚固型、摩

7、擦型和预应力型四类。全长粘结性锚杆应用最广，其价廉、施作简单，适用于围岩变形不大的各类地下工程永久性系统支护。端头锚固型锚杆安装后能立即提供支护抗力，并能对围岩施加不人的预应力，适用于坚硬裂隙岩体中的局部支护和系统支护。摩擦型锚杆安装后也可立即提供抗力，其最大特点是能对围岩施加三向预应力，韧性好，适于软弱破碎、塑性流变围岩及经受爆破振动的隧道工程。预应力型锚杆或锚索，由于能对围岩施加较大的预应力，适于大跨度高边墙洞室的系统支护及加固大的不稳定块体的局部支护。在锚杆间距的选定上，除考虑围岩稳定条件外，一般应能充分发挥喷层作用和便于施工上，即通过锚杆数量的变化使喷层始终具有有利厚度。锚杆长度的选取

8、以能充分发挥锚杆的功能作用，并获得经济合理的锚固效果为原则。一般来说，锚杆越长，支护效果越好，但当锚杆长度超过塑性区厚度以后，其超过部分锚杆的功效增长甚微，所以锚杆不宜太长。为维护锚杆的经济效果，通常以不超过塑性区为宜。 4、选择合理的喷层厚度。充分发挥围岩和喷层自身的承载力既能使围岩稳定，又允许围岩有一定的塑性变形，以实现卸压，有利于围岩自承和减少喷层的受弯应力。无论是喷层初期厚度还是总厚度，过厚都是不合理的。通常初期喷层厚度宜在 515cm 之间，喷层总厚度不宜大于20cm，只有大断面洞室才可适当增大喷层厚度。在地应力较大，喷层不足以维持围岩稳定的情况下，应采取增设锚杆、配置钢筋网、锚索等

9、联合支护方式或其它控制措施，而不能盲目加大喷层厚度。 5、合理配置钢筋网。钢筋网具有防止或减少喷层收缩裂缝，提高支护结构的整体性和抗震性，使喷层混凝土中的应力得以均匀分布，增加喷层的抗拉、抗剪强度等功能。 五、采取正确的施工方法 施工方法的正确性和合理性对锚喷支护效果有重大影响，特别是开挖顺序、掘进进尺、支护时机等。 对于断面较小的洞室，应尽量采用全断面或分上下台阶一次开挖的方案，以减少扰动次数，提高功效。大跨度洞室，尤其在松散岩体中，则可采用分部开挖方案，化大断面为小断面，以减小扰动的强度。 掘进进尺，根据围岩类别、等级和施工技术等因素确定。对于松散、自稳性差的围岩，进尺应短些，且需减小开挖

10、面与支护面的距离。 支护的顺序及初期支护时机与围岩自稳时间与开挖到发生局部坍塌的时间关系密切。若自稳时间长，可先锚后喷；若自稳时间短或围岩比较破碎，则应改为先喷后锚再喷施工的顺序。初喷要求在围岩自稳时间内至少完成一半以上的喷层厚度，以防围岩失稳。 结语：在地下厂房洞室群工程支护上其实最重要的原则就是利用围岩并且充分发挥围岩自身的承载能力。可靠的技术手段是前提条件，还有要积极探索和发现新材料、新工艺、新方法，同时也应该考虑施工难度及造价上的经济合理因素。 参考文献 1、侯东奇，臧海燕，廖成刚.“动态设计理会和适度性支护原则”在锦屏一级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计和施工中的初步应用与体会. 水电站设计. 2011（3）