大跨度地下厂房岩锚梁结构施工过程受力与变形计算和监测研究

梁钦露

葛洲坝集团试验检测有限公司

摘要：岩锚梁结构施工是大跨度地下厂房建设关注的焦点。以现阶段大跨度地下厂房施工建设情况为基础，结合近年来岩锚梁结构施工特点，明确新时代工程建设提出的要求，分析如何监测和计算施工过程中的受力与变形，以此为保障厂房工程建设质量安全奠定基础。

关键词：地下厂房;岩锚梁;受力;变形

岩锚梁作为大跨度地下厂房工程建设的重要组成部分，有助于减少地下厂房在施工期间的开挖跨度，且能提高整体工程建设的支护水平。由于岩锚梁结构应用优势非常明显，且在实践工程建设中占据重要地位，所以施工单位在工作时必须要加大对这项施工项目的关注，只有保障岩锚梁结构的安全性和有效性，才能为后续工程施工有序落实提供依据。因此，下面对大跨度地下厂房岩锚梁结构施工过程受力与变形计算和监测进行分析。

一、案例介绍

某地水电站工程在应用单机单管供水时，安装了四台单机容量达到600MW的水轮发电机组。其中，厂房开挖长度达到了243米左右，高度在76米上下，跨度为31.10米。在实践工程建设期间，岩锚梁施工质量直接影响着整体桥机的工作安全，因此施工单位应加大对施工过程中岩锚梁的受力与变形計算和监测的探索。

二、受力与变形计算和监测的必要性

在本文概述案例中，施工单位在进行岩锚梁施工时，因所处区域属于软弱岩层、薄层及陡倾角的高边墙，不仅岩性的稳定性不高，而且在开挖过程中很容易出现不均衡沉降、卸荷等问题，严重的势必会影响施工期间岩锚梁的结构安全[1]。通过在施工期间，整合以往建设经验，按照现场施工要求，选择符合条件的计算和监测方案，不仅可以及时发现整体工程建设问题，而且可以保障岩锚梁结构施工质量，进而为后续工程建设奠定基础保障。

三、构建受力及变形计算的模型

（一）计算剖面

以厂房某机组中心线地质剖面为例，在构建计算坐标系时，将下游方向看作正X轴，而垂直向上的是正Y轴，此时计算区域就是以厂房中心线为中心，两边边界要控制在X=-170.200米，而底部高程为0，顶部要取到地表。同时，计算区域的两边与底边要引用法向约束条件进行工作。

（二）岩体力学参数和初始应力场

一方面，要对多个区域进行等效弱化岩体参数模拟，如尾水洞、母线洞等;另一方面，施工人员要在岩锚梁中引用C30钢筋混凝土。根据本文概述案例分析，在计算过程中，不管是围岩还是夹层等都会引用实体单元进行模拟，而吊车梁和岩壁间的接触缝要应用节理单元实施操作[2]。

（三）施工开挖及锚固的数值模型

在以大跨度地下厂房建设要求与岩锚梁为核心，实施开挖建造模拟工作时，施工人员要从以下几步入手，且保障每步开挖深度在10到20米之间：第一步要对上体地表和厂房顶拱实施开挖;第二和第三步要明确厂房岩锚梁结构，并进行基础和高边墙开挖工作;第四步要为厂房提供符合要求的岩锚梁;第五步要开挖大跨度地下厂房;在完成整体开挖工作后，施工人员要进行最后一步，也就是为岩锚梁提供吊车运输荷载。需要注意的是，每完成一步工作，施工单位都要进行喷锚支护工作。

（四）岩锚梁

岩锚梁属于地下厂房的重要组成部分，其中包含的基础构件指锚入岩体的斜拉锚杆以及锚索等。通常情况下，在实践过程中，施工人员要按照预期提出的设计要求，分别在上游和下游吊车梁的区域布置斜拉锚杆与锚索。

四、研究变形与应力计算结果

（一）洞室围岩

具体内容分为以下几点：其一，围岩变形。在做好洞室开挖工作后，围岩出现最大的位移量是30.10毫米，且出现在主厂房的下游边墙处。同时，由于开挖结束后，直接引用岩锚梁运输荷载，虽然洞周边的围岩变形不显著，但最大位移依旧达到了0.30毫米，存在于厂房上游拱座区域内。其二，开挖应力场。在开挖洞室时，因受开挖扰动的影响，在围岩应力场周边会出现较大变化，且在开挖工作结束后，洞室邻近周边都会有应力环流，此时顶拱和机窝底板会有显著的切向应力，不管是上游还是下游的边墙、邻近范围都有应力松弛，具体展现为拉应力区、低压应力。其三，系统锚杆及喷层的支护应力。在开挖下延中，锚杆应力会随之提高，尤其是接近上游拱座区域的顶拱锚杆应力的变化最为显著。其四，塑性区。在结束全断面开挖工作后，不管是主厂房还是尾水阀门廊道洞周边都会出现塑性区，其中一厂房顶拱为例，具体塑性区的厚度可以达到2.4米左右，

（二）施工期间

具体包含：其一，变形。在施工建设过程中，导致岩锚梁出现变形的主要原因在于围岩开挖变形，且具体位移状态都是水平方向的。一般来讲，上游边墙吊车梁的最大位移17.82毫米，下游最大位移是16.23毫米。其二，岩锚梁应力。在结束开挖和建设工作后，不管是上游还是下游的吊车梁应力都会降低，且粉笔控制在1.31MPa和1.75MPa左右。其三，锚杆的轴向应力。由于各锚杆应力的分布状态存在一致性，且会随着下延随之提高，因此围岩变形对应力影响极大。

（三）施工运行

具体包含：其一，变形。在结束洞室开挖工作后，影响洞室围岩形变的吊车梁荷载非常低，通常情况下在0.05毫米以下，且岩锚梁会出现位移，一般来讲会向着中心线偏移，且具体数值控制在0.63毫米左右。其二，应力。运行荷载影响岩锚梁的应力并不显著，且上游和下游的吊车梁最大主压应力会随之提高。其三，锚杆应力。在运行荷载后，应力分布规律并不会改变，相应的上游和下游岩锚梁斜拉锚杆应力会随之提高。其四，梁体稳定性。在完成实践工作后，保障喷锚支护工作质量，有助于提升围岩的平稳性和安全性，且可以优化岩锚梁的受力情况。

五、施工过程中岩锚梁受力与变形监测分析

在本文概述案例中，为了让施工单位更快掌握全面的岩锚梁受力特点，正确检查施工及工作状态下岩锚梁的质量，施工人员会在大跨度地下厂房的上游和下游岩锚梁安装十二个监测断面。通过实践数据分析可知，岩锚梁锚杆应力的变化并不明显，且具有极强的承载水平[3]。由此可知，岩锚梁结构在大跨度地下厂房工程建设中占据重要地位。

六、结语：

综上所述，随着我国地下厂房建设要求的增加，施工单位为了保障实践工程建设质量，必须要多借鉴和引用优质地下洞室高边墙稳定控制技术经验，并明确岩锚梁结构施工的重要性。只有这样才能在有效处理以往施工问题的同时，提升整体大跨度地下厂房工程建设质量安全。同时，在施工建设期间，施工单位还要强化现场安全监测与巡视工作，并学会引用收集数据进行研究，以此为工程建设奠定基础保障。

参考文献：

[1]魏勇军，王强，蒋怀.聚丙烯腈纤维混凝土在固滴水电站地下厂房岩锚梁混凝土施工中的运用[J].四川水力发电，2019，38（2）：45-47.

[2]龙川，倪松岩.地下厂房岩锚梁开挖施工技术研究[J].技术与市场，2018，25（10）：114-115.

[3]仵海强，李亚东.仙居抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖爆破施工[J].四川水力发电，2017，36（3）：19-23.