灌浆荷载下左岸洞室的稳定性

灌浆荷载下左岸洞室的稳定性

前言

固结灌浆数值模拟方法

固结灌浆研究成果

小结由于锦屏一级水电站坝址区左岸断层破碎带发育，岩体受卸荷松驰影响较破碎，为使坝体达到较好的受力性态、满足拱座的抗滑稳定与变形稳定，在建基面一定深度及范围内采取混凝土垫座及洞群固结灌浆处理。前言

1.1工程背景1.2研究内容

①研究不同灌浆方案对洞室稳定性的影响，并提出最优的灌浆方案；②最优灌浆方案下，分析左岸坝肩基础处理洞室群永久衬砌的稳定性，对于拉应力不满足强度要求的衬砌，采取配筋计算；对于压应力不满足强度要求的衬砌，采取增加衬砌厚度或降低灌浆压力值进行控制。

图1灌浆情况下洞室的研究思路示意图1.3研究思路1.4研究技术路线借助奥地利隧道分析系统FINAL程序跟踪仿真分析研究洞室开挖、支护及固结灌浆施工过程，分析左坝肩建基面洞室，在灌浆压力所产生的临时荷载下的稳定性，提出满足洞室稳定性要求的固结灌浆施工方案，为施工提供可靠的技术支持。

施工后期灌浆荷载

初始地应力+灌浆荷载+支护与岩体相互作用

1.5物理力学参数的选取根据中国水电顾问集团成都勘测设计研究院提供《锦屏一级坝基岩体质量分级及其建议力学参数值》、《锦屏一级水电站坝区结构面按性状分类及配套力学参数表》。本研究采用的相关围岩、结构面力学参数如下：表1灌浆前、后岩体物理力学参数值围岩类别灌浆前后弹性模量泊松比容重抗剪断(GPa)(kN/m3)ƒ′C′(MPa)III1灌浆前9.00.3027.01.071.5灌浆后12.00.3027.51.071.5III2灌浆前3.00.3527.01.020.9灌浆后8.00.3027.51.020.9IV2（煌斑岩脉）灌浆前1.00.3526.00.60.4灌浆后4.00.3527.50.60.4V（F5断层）灌浆前0.30.425.00.30.02灌浆后2.00.3525.00.30.021.6灌浆工艺及灌浆压力采用分序加密、自上而下、孔口封闭、孔内循环、高压式灌浆方式；为减少冒浆及抬动变形，启灌深度为3m左右，灌浆基本段长为5m。段序：自上而下分段法；先做上部第一段的钻孔和灌浆。然后再向下做第二段的钻孔和注浆，如此办法，自上而下地进行。2.1灌浆分序图2灌浆分层及荷载施加示意图

2洞室固结灌浆的数值模拟方法2.2固结灌浆注浆孔布置

图3注浆孔布置示意图

固结灌浆孔径φ48mm，孔入岩15m，间排距3.0m。

2.3固结灌浆数值模拟方案图4不同灌浆方案示意图☆方案一：先从底板灌浆孔开始逐层对称向拱顶灌浆。☆方案二：上部→边墙下部→底板

。（对比方案一）☆方案三：采取间隔对称灌浆方式。☆方案四：采取另一种间隔对称灌浆方式。（对比方案三）各洞室灌浆压力均按照荷载一施加；当荷载一使得洞室衬砌受力较大，且超过规范要求时，建议增加衬砌厚度或控制灌浆压力即采用荷载二施加灌浆压力。2.4灌浆荷载施加3洞室固结灌浆对衬砌内力的影响分析▲f5断层1#置换洞△f5断层2#置换洞▲煌斑岩脉2#置换洞△煌斑岩脉3#置换洞▲2#传力洞△3#传力洞

针对f5断层1#置换洞（1730高程，桩号0+015m至0+030m；宽×高：8m×10m，衬砌厚1.0m），进行固结灌浆多方案研究。拟确定一种最优的灌浆方案，应用于其余各洞室。3.1f5断层1#置换洞固结灌浆研究成果

由上表知，方案三下衬砌受力均满足强度要求；衬砌受拉应力最小。以后各洞室的固结灌浆分析中，均采用灌浆方案三：★

灌浆方案

每一段长灌浆次序：先进行洞底、边墙上部灌浆；最后进行边墙下部、拱顶灌浆。★灌浆压力

先采用荷载一，当荷载一使得衬砌受压应力不满足强度要求时，控制灌浆压力，采用荷载二；对于洞型较大的洞室，可增加衬砌厚度。3.2f5断层2#置换洞固结灌浆研究成果

★1670高程，桩号0+030m至0+060m，大跨度15m;宽×高：15m×10m，衬砌厚1.0m。◆灌浆荷载一

在2m、5m、10m、15m深度的围岩上分别施加0.5MPa，1.5MPa，2.5MPa，4.0MPa灌浆压力。

在灌浆荷载一作用下距洞壁5m处，在1.5MPa的灌浆压力下，在衬砌拱顶产生最大拉应力，为1.7MPa；距洞壁15m处，在4MPa的灌浆压力下，在衬砌右拱肩产生最大压应力，为-27.0MPa；左拱肩压应力为-25.0MPa，均超过衬砌强度要求。考虑到该洞段衬砌混凝土标号较高（C30砼）,因此选取①增加衬砌厚度；②降低灌浆压力值（即采用灌浆荷载二），两种方法减小衬砌所受压应力。①增加衬砌厚度

衬砌厚度由1.0m增加至1.3m时，衬砌最大压应力由26.91MPa，减少到18.6MPa。满足衬砌抗压强度要求。

②降低灌浆压力值（

灌浆荷载二）

在2m、5m、10m、15m深度的围岩上分别施加0.3MPa，1.0MPa，2.0MPa，3.0MPa灌浆压力。

按照荷载二施加灌浆压力，该洞段衬砌压应力减小25%左右。距洞壁15m处，在3MPa的灌浆压力下，在衬砌右拱肩产生最大压应力，由在荷载一下的-27.0MPa，降为

-20.0MPa。

可知按照荷载二施加灌浆荷载，衬砌受力满足要求。★1670高程，桩号0+100m至0+120m，小跨度11m；宽×高：11m×10m，衬砌厚1.0m。3.3煌斑岩脉2#置换洞

1730高程，桩号0+012m至0+055m；宽×高：8m×10m，衬砌厚0.8m。可知，灌浆压力采用荷载一，煌斑岩脉2#置换洞衬砌受力满足强度要求。3.4煌斑岩脉3#置换洞

1670高程，桩号0+012m至0+050m，宽×高：8m×10m，衬砌厚0.8m。可知灌浆压力采用荷载一，衬砌受力满足强度要求。3.52#传力洞

1785高程，桩号0+040至0+070，宽×高：9m×12m，衬砌厚1.2m。可知灌浆压力采用荷载一，衬砌受压应力满足要求；鉴于衬砌拉应力较大，本报告对2#传力洞衬砌进行配筋计算。建议2#传力洞衬砌配Ⅱ级钢筋6Φ28，双排布置。箍筋配Ⅰ级钢筋4肢φ10@100。3.6净3#传力洞178脊5高程，桩写号0+0描40至0+0耗70；宽×高：9m×骂12m，衬砌诱厚1.2童m。◆唉灌浆盟荷载一可知灌浆岂压力采用锈荷载一，淋衬砌受拉耳应力满足承强度要求炒；衬砌压惩应力较大右拱腾肩衬砌压起应力达-21M化Pa。考虑眨到3#传力洞衬宰砌混凝土悬标号为C30，因此女不再提高众混凝土标副号，采用贴以下两种忌方法来减谅小衬砌压睡应力：①歪增加混凝土厚度敬；②减小献灌浆压力绳。①增加混铃凝土厚度衬砌厚度珍由1.2冻m增加到1.3m时，衬砌鸡最大压应袖力由21.1亭MPa，减少为18.陶9MP荐a。满足婶衬砌强维度要求符。若以C30混凝土轴皱心抗压强抓度标准值20M逮Pa作为衬砌武压应力控方制值的话大，可以进迫一步优化摧衬砌厚度权。当衬砌宏厚度为1.2奔5m时，衬砌畅最大压应卷力由21.栏1MP站a，减少为20MP遣a。在衬粘砌轴心盯抗压强捉度标准哗值范围搜内。②降低灌浆挤压力（灌鹊浆荷载二非）即在该偷洞段四炎个深度育的围岩狗上分别靠施加0.3M妥Pa，1.0M应Pa，2.0应MP，3.0M穿Pa灌浆压亿力。按照荷虏载二施狐加灌浆她压力，商该洞段斯衬砌受盯压应力师明显减帆小：距洞壁15m处，在3MPa的灌浆诞压力下灯，在衬叛砌右拱纱肩产生日最大压张应力，拉由在荷坛载一下铜的-21搬.1M凭Pa，降为-15性.4M竭Pa。可知按照瓣荷载二施刊加灌浆荷调载，衬砌遮受力满足胳要求。4小结对于洞思室灌浆妖，根据壳固结灌领浆试验秃，设计筑模拟灌轿浆压力龄有两种狸施加方煮式：荷载一爹：在2m、5m、10m、15m深度的干围岩上疗分别施都加0.5楼MPa，1.5M洲Pa，2.5M怒P，4.0加MPa灌浆压辣力。荷载二间：在2m、5m、10m、15m深度的围箭岩上分别棵施加0.3叶MPa，1.0M使Pa，2.0M夫P，3.0菌MPa灌浆压奖力。先采用荷咸载一；当务荷载一使知得衬砌受焦力不满足钟抗压强度院要求时，际对于某些越洞段采用夕增加衬砌齿厚度或控改制灌浆压至力，采用畅荷载二；跨当衬砌受洲力不满足筹抗拉强度仆时，进行未配筋计算颤。以f5-1锋#置换洞置（桩号0+01秒5m至0+03程0m，跨度8m）为研川究对象色，在荷逗载一作挑用下，挑拟采用孤四种不赖同的固鉴结灌浆业方案，醉如下：①底板→快边墙下部哗→边墙上音部及拱肩貌→拱顶；②拱顶务→拱肩胖及边墙罗上部→麻边墙下饥部→底与板③底板及某边墙上部具→边墙下丈部及顶拱④边墙下础部及顶拱讽→底板及安边墙上部由分析可起知，相比兽之下，方过案三是一参种最优的涛固结灌浆竹次序：先进行柴底板、壤边墙上前部灌浆疼→最后洒进行边程墙下部谢、拱顶稍灌浆。其他洞段里均按最优宵固结灌浆梢方案进行照灌浆模拟众计算大跨度f5-丛2#置换洞采用荷载补一，在优线化的灌浆躲方案下，割当在15m处施加4MP川a的灌浆压岭力时，衬先砌产生最缝大压应力霸为-27M知Pa左右（右架拱肩）；5m处施加1.5薪MPa的灌浆压颂力下时，沸拱顶产生1.7哑Mpa左右的最趁大拉应力突。可知，中在荷载骗一下，江大跨度蜂的f5-魔2#置换洞摸衬砌压老应力超躺出强度志要求，唱建议将呈衬砌厚吹度增加确到1.3途m或采取婆荷载二戚进行灌晌浆。在采取叼荷载二样后，衬浙砌压应羡力降低25%左右，雹最大压化应力由-27M痕Pa降为-20M统Pa，满足聋衬砌强钢度要求板。小跨度f5-2脊#置换洞（鸡桩号0+10锡0m—0棒+120盲m，

跨度11m）采取荷姓载一施贼加灌浆头压力后静，在15m处施加4MPa灌浆压泡力时，到衬砌右疲拱肩（岗靠近断蒸层部位泰）产生净最大压疲应力，贵约-18揪MPa；2m处施加0.5柜MPa灌浆压力哄时，左边心墙产生最摄大拉应力互约为1.4瘦MPa。可知，胞对于小洽跨度f5-2在#置换洞代，在荷着载一下缘瑞衬砌均芒能满足吗强度要尝求。煌斑岩鞭脉2#置换洞扇（桩号0+01薪2m至0+0围55m，

跨费度8m）采用荷蚕载一，售当在15m处施加4MP智a的灌浆丘压力时勤，右侧痰拱肩衬栋砌产生警最大压海应力，嫌为-21M守Pa左右，旱右侧边纳墙上部睁衬砌产泡生1.3狸MPa的最大欺拉力。灌浆压允力采用什荷载一帮，煌斑怕岩脉2#置换洞衬吗砌受力满策足强度要约求。煌斑岩烤脉3#置换洞踏（桩号0+0熔12m至0+05碧0m，

跨悉度8m）采取荷载呆一，15m处施加4MP蝇a灌浆压谊力时，舍右拱肩样（靠近沾断层部朴位）衬豆砌受到为的压应浓力最大昂约-15珍MPa；距边墙2m处施加0.5降MPa灌浆压顽力时，妥左、右兰边墙中翁部处产得生最大刚拉应力盟均为1.1M颗Pa左右。可知，对轻于煌斑岩秆脉3#置换洞，犁采用荷载净一衬砌满左足强度要璃求。2#传力洞（志桩号0+0派00至0+0霸40，跨度9m）采取荷载愉一，15m处施加4MPa灌浆压比力时，坐右拱肩衬衬砌出片现最大斜压应力娇，为-15贷.0M判Pa，左边墙抱下部出现太最大拉应义力，为2.2立MPa，鉴于称衬砌拉猴应力较余大，对2#传力洞杜衬砌进爷行配筋移计算。建议对该践洞段衬砌怪采取Ⅱ级钢筋6Φ28，双排无布置，婶箍筋配Ⅰ级钢筋4肢φ10锦@10搁0。满足瓣抗裂要挖求，裂尘缝开展悠宽度小名于允许吊值。3#传力洞乒（桩号0+00赶0至0+0肢40，跨度9m）采取荷载酱一，15m施加4MPa灌浆压力史时，右拱希肩衬砌出谋现最大压活应力，为-2爹1.0MPa。局部衬钩砌压应砍力不满冠足强度忽要求，宵可将