熊紅陽，夏萬求，郝志強(qiáng)

(1.南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京211106；2.洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；3.中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西西安710061)

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洪屏抽水蓄能電站巖壁吊車梁荷載試驗

熊紅陽1，夏萬求2，郝志強(qiáng)3

(1.南京南瑞集團(tuán)公司，江蘇南京211106；2.洪屏抽水蓄能有限公司，江西靖安330603；3.中國水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司，陜西西安710061)

巖壁吊車梁及圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定關(guān)系到整個地下廠房施工期的安全。通過巖錨梁荷載試驗分析了巖壁吊車梁及接觸邊墻圍巖在各級輪壓荷載試驗下的變形和受力特征。實時監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，洪屏抽水蓄能電站巖壁吊車梁在各級吊裝荷載下對廠房頂拱邊墻及母線洞結(jié)構(gòu)影響較小，且卸荷后大部分測點測值都能回彈到與空荷時相近的狀態(tài)，說明巖壁吊車梁的設(shè)計是合理的。

地下廠房；巖壁吊車梁；荷載試驗；變形；洪屏抽水蓄能電站

0 引 言

洪屏抽水蓄能電站位于江西省宜春市靖安縣境內(nèi)，地下廠房圍巖為致密堅硬的含礫中粗砂巖，斷層、節(jié)理不發(fā)育，巖體較完整，多以基本穩(wěn)定的Ⅱ類巖體為主。主副廠房尺寸為161 m×22 m×51.1 m。其中，機(jī)組段長98.0 m，安裝場段長43.0 m，副廠房段長20.0 m。利用廠房較好的地質(zhì)條件，洪屏抽水蓄能電站采用巖壁吊車梁設(shè)計方案，不設(shè)吊車梁柱，即縮減了廠房洞室開挖跨度，又能盡早為廠房下部吊裝材料設(shè)備的施工提供有利條件，從而加快施工進(jìn)度。

采用剛體極限平衡法計算錨桿的受力和巖壁吊車梁的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[1- 2]。該方法對模型進(jìn)行了理想的剛性簡化，考慮的是一種極限狀態(tài)，計算出的錨桿受力與實際情況相差較大。近年來，采用數(shù)值模擬有限單元法對巖錨梁進(jìn)行受力分析越來越受到業(yè)界的青睞[3- 4]，但受工程地形、地貌、地質(zhì)條件、巖性、斷裂帶以及模型的本構(gòu)關(guān)系及初始地應(yīng)力場選取的不同等因素的影響，計算結(jié)果會出現(xiàn)顯著差異[5- 6]。目前，地下廠房巖壁吊車梁尚無完善的計算方法和規(guī)范可循。為減小施工期橋機(jī)吊裝的風(fēng)險，進(jìn)行巖錨梁荷載試驗是最有效的手段。

1 巖壁吊車梁的監(jiān)測設(shè)計

1.1 監(jiān)測儀器布置

根據(jù)巖壁吊車梁的工作和受力特點，設(shè)計了相應(yīng)的監(jiān)測項目，主要有：與混凝土梁接觸的邊墻圍巖支護(hù)應(yīng)力監(jiān)測、圍巖變形監(jiān)測、混凝土梁同巖壁間接縫開合度和壓應(yīng)力監(jiān)測以及混凝土梁內(nèi)自身鋼筋應(yīng)力監(jiān)測等。

表1 主要監(jiān)測儀器

序號名稱類型符號數(shù)量規(guī)格/型號量程13點式錨桿應(yīng)力計差阻式R12組/36支NZGR300MPa(拉);100MPa(壓)22點式錨桿應(yīng)力計差阻式R6組/12支NZGR300MPa(拉);100MPa(壓)34點式多點變位計振弦式M6組/24支NVJ100mm4鋼筋計差阻式G24支NZGR300MPa(拉);100MPa(壓)5測縫計差阻式J12支NZJ-12-1～12mm6壓應(yīng)力計差阻式S12支NZYL-33MPa7讀數(shù)儀差阻式—2臺NDA1111—8讀數(shù)儀振弦式—2臺NDA1411—

結(jié)合廠房實際地質(zhì)條件及結(jié)構(gòu)特點，沿巖錨梁上、下游對稱布置3個監(jiān)測斷面，即6個監(jiān)測部位與廠房監(jiān)測斷面相對應(yīng)，主要監(jiān)測斷面位于1、3號機(jī)組中心線及安裝間主變運輸洞中心線。每個部位布置2組上傾(受拉)錨桿應(yīng)力測點，每組采用3點式錨桿應(yīng)力計(R)進(jìn)行監(jiān)測；1組下傾(受壓)錨桿應(yīng)力測點采用2點式錨桿應(yīng)力計(R)監(jiān)測；在2組受拉錨桿之下，與梁接觸圍巖的變形采用4點式多點變位計(M)監(jiān)測；巖錨梁與圍巖接縫采用測縫計(J)監(jiān)測；巖錨梁與圍巖接觸應(yīng)力采用壓應(yīng)力計(S)監(jiān)測；混凝土梁內(nèi)主筋上布置鋼筋計(G)測點；測點在上、下游對稱布置。監(jiān)測儀器布置見圖1。圖中，n為樁號。

圖1 監(jiān)測儀器布置

1.2 監(jiān)測設(shè)備

巖錨梁內(nèi)埋設(shè)的監(jiān)測儀器及試驗中使用的二次儀表統(tǒng)計見表1。

2 試驗步驟

巖錨梁荷載試驗包括靜載試驗和動載試驗。其中，靜載試驗又分為1號橋機(jī)和2號橋機(jī)設(shè)計荷載的80%(200 t)、100%(250 t)、125%(312.5 t)等3個階段靜載試驗。動載試驗主要為1號橋機(jī)和2號橋機(jī)設(shè)計荷載的110%(275 t)動載試驗。根據(jù)設(shè)計要求，靜載試驗的每級荷載試驗都在安裝間加載，每次加載到相應(yīng)工況下保持荷載不變，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。動載試驗先在安裝間加載停留，然后載重運行并在主機(jī)間每個監(jiān)測斷面處停留10 min，以對主機(jī)間相應(yīng)斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3 成果分析

3.1 靜載試驗

試驗中監(jiān)測儀器較多，采集數(shù)據(jù)量較大，為了便于分析簡化問題，觀測成果值采用凈增量值，即以試驗開始時觀測值作為基準(zhǔn)值(零值)，試驗加載過程中測值相對于基準(zhǔn)值的凈增量作為成果值。

3.1.1 錨桿應(yīng)力計

在橋機(jī)逐級加載過程中，巖錨梁內(nèi)受拉錨桿測點Rybs- 0+103.4- 2、Rybs- 0+103.4- 3、Rybx- 0+103.4- 2和Rybx- 0+103.4- 3隨荷載量的增減，相應(yīng)的應(yīng)力也有增減，基本呈線性變化。在125%級負(fù)荷試驗中，應(yīng)力增量均大于其他級荷載時應(yīng)力增量。卸荷后，各測點錨桿應(yīng)力增量明顯減小至誤差范圍內(nèi)甚至歸零。應(yīng)力變化較大的測點主要發(fā)生在離巖壁較近的1號和2號測點，Rybx- 0+103.4- 3- 1號測點應(yīng)力增量最大，為6.15 MPa。圍巖內(nèi)上排受拉錨桿應(yīng)力增量基本大于第2排。1、2號橋機(jī)測點Rybs- 0+103.4- 3拉應(yīng)力增量變化過程見圖2。

圖2 測點Rybs- 0+103.4- 3拉應(yīng)力增量過程線

受壓錨桿測點Rybs- 0+103.4- 1和Rybx- 0+103.4- 1與受拉錨桿增量變化規(guī)律大致相同，隨荷載的增減而相應(yīng)增減，基本呈線性關(guān)系。在125%級負(fù)荷試驗中，各測點壓應(yīng)力增量值均大于其他級荷載。離巖壁較近的1號測點應(yīng)力增量明顯大于離巖壁稍遠(yuǎn)的2號測點。其中，Rybx- 0+103.4- 1- 1號測點的壓應(yīng)力增量最大，為-6.42MPa。1、2號橋機(jī)Rybx- 0+103.4- 1測點壓應(yīng)力增量變化過程線見圖3。

圖3 測點Rybx- 0+103.4- 1壓應(yīng)力增量過程線

3.1.2 巖錨梁與圍巖間的開合度

試驗過程中，巖錨梁與巖石間的開合度增量普遍較小，最大開合度增量為0.05 mm，其他測值增量在0.02～0.04 mm范圍內(nèi)。卸荷后，巖壁與梁間接縫都有一定的回彈量，最大開合度回彈量為0.04 mm。

3.1.3 巖錨梁內(nèi)其他監(jiān)測儀器

與吊車梁結(jié)合的圍巖內(nèi)多點變位計位移增量均在0.10 mm以內(nèi)，變形都發(fā)生在距巖壁3 m的范圍以內(nèi)；卸荷后，大多測點都回彈到與試驗前測值相近或相同的水平。

巖錨梁內(nèi)的鋼筋計應(yīng)力測點增量為-11.48～4.90 MPa，絕大部分鋼筋計能恢復(fù)至試驗前的狀態(tài)。其中，測點Gybx- 0+103.4- 1鋼筋計在1號橋機(jī)125%靜載試驗過程中，由受拉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭軌籂顟B(tài)，變幅為11.48 MPa。后續(xù)試驗過程中及1周內(nèi)跟蹤監(jiān)測，測值維持在試驗后的狀態(tài)。經(jīng)分析認(rèn)為，該部位處于主變運輸洞上方，巖錨梁體型不同于其他部位，且1號橋機(jī)在試驗過程中，2號橋機(jī)空載位置剛好位于該斷面上方，結(jié)構(gòu)受力略有調(diào)整。

巖錨梁內(nèi)，壓應(yīng)力計應(yīng)力增量在0.03 MPa以內(nèi)，卸荷后測值與空荷時壓應(yīng)力相近。

3.2 動載試驗

在動載試驗中，對1號橋機(jī)運行過程進(jìn)行了重點監(jiān)測。1號橋機(jī)開至監(jiān)測斷面時均停留10 min，選擇制動后狀態(tài)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，采用試驗開始時的觀測值作為基準(zhǔn)值(零值)，試驗加載過程中測值相對基準(zhǔn)值的凈增量為成果值。2號橋機(jī)同等負(fù)荷動載試驗僅對試驗前后測值進(jìn)行比對監(jiān)測分析。

3.2.1 錨桿應(yīng)力計

1號橋機(jī)動載試驗過程中，受拉錨桿測點應(yīng)力增量為2.11～5.52 MPa，最大應(yīng)力增量發(fā)生在巖壁附近Rybx- 0+048- 3- 1號測點處。受壓錨桿測點壓應(yīng)力增量為2.13～4.39 MPa，最大應(yīng)力增量發(fā)生在巖壁附近Rybx- 0+0- 1- 1號測點處。從動載試驗結(jié)束后的卸荷數(shù)據(jù)看，絕大多數(shù)錨桿應(yīng)力在卸荷后都恢得至試驗前的數(shù)值，個別測點應(yīng)力增量較試驗前略有變化，但均在誤差范圍內(nèi)。

2號橋機(jī)動載試驗過程中，錨桿應(yīng)力計應(yīng)力測值試驗前后對比與1號橋機(jī)動載工況基本相同。所有測點應(yīng)力值較試驗前相比，應(yīng)力變幅范圍在-1.04～2.02 MPa之間，均在誤差允許范圍內(nèi)。

3.2.2 巖錨梁與圍巖開合度

1號橋機(jī)動載試驗過程中，各測點部位接縫開合度增量為-0.02～0.04 mm，且累積變形量均在1 mm以內(nèi)。2號橋機(jī)動載試驗后，各測點部位接縫開合度前后相差在-0.01～0.02 mm范圍以內(nèi)，測點測值大都回彈到試驗前的狀態(tài)。

3.2.3 巖錨梁內(nèi)其他監(jiān)測儀器

1號橋機(jī)動載試驗過程中，與吊車梁結(jié)合的圍巖內(nèi)多點變位計測點位移增量在0.04 mm以內(nèi)，變形都發(fā)生在距巖壁3 m范圍以內(nèi)。在2號橋機(jī)動載試驗后，圍巖內(nèi)多點變位計測點位移值基本與試驗前數(shù)值相近。

1號橋機(jī)動載試驗過程中，巖錨梁內(nèi)的鋼筋計應(yīng)力增量范圍在-4.23～4.20 MPa之間，試驗結(jié)束后絕大部分鋼筋計能恢復(fù)至試驗前的狀態(tài)，所有測點較試驗前相比，應(yīng)力變化范圍在-2.04～1.16 MPa之間，均在誤差允許范圍內(nèi)。2號橋機(jī)動載試驗后，與試驗前應(yīng)力相比，鋼筋計應(yīng)力終值變幅范圍在-1.82～1.04 MPa之間，未超過誤差允許范圍。

1號橋機(jī)動載試驗過程中，巖錨梁內(nèi)大多數(shù)壓應(yīng)力計應(yīng)力增量在0.03 MPa內(nèi)。其中，在廠右0+048監(jiān)測斷面停留時段中，當(dāng)小車運行至下游側(cè)時，下游側(cè)壓應(yīng)力計測點Sybx- 0+048- 1測值增量為0.26 MPa，小車運行返回中部并結(jié)束在該斷面的停留后，測值恢復(fù)至原來狀態(tài)，為-0.42 MPa。2號橋機(jī)動載試驗過程中，小車一直位于中間位置，動載試驗前后各測點壓應(yīng)力值變幅均在0.01 MPa以下。

3.3 廠房其他部位監(jiān)測

巖錨梁荷載試驗進(jìn)行期間，每日試驗開始前和試驗結(jié)束后均對頂拱、邊墻及3號母線洞部位監(jiān)測儀器進(jìn)行觀測，試驗前后測值未發(fā)現(xiàn)任何異常，測值變化均在誤差范圍內(nèi)，表明荷載試驗對頂拱、邊墻及3號母線洞部位的影響較小。

4 結(jié) 語

在不同工況下，巖錨梁的受拉錨桿測點和受壓錨桿測點大都隨荷載變化呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，受拉與受壓實測最大應(yīng)力增量均在7 MPa以內(nèi)，變化較大的測點主要位于巖壁表面附近。巖錨梁體與巖壁間開合度在不同工況下增量值均在0.05 mm以內(nèi)，與巖錨梁接觸的巖壁在不同工況下變形量均在0.10 mm以內(nèi)，且距接觸面3 m深以后的巖體基本無變化。在不同工況下，巖錨梁與巖壁間的接觸壓應(yīng)力增量多在0.03 MPa以內(nèi)。

綜上所述，各測點在加載過程中不同工況下測值變化呈現(xiàn)相同或相似的規(guī)律，且卸荷后多能恢復(fù)到空載狀態(tài)，應(yīng)力及圍巖變形增量不大，均在彈性變化階段，各測點均未出現(xiàn)超過監(jiān)測儀器量程和錨桿(鋼筋)屈服強(qiáng)度的現(xiàn)象，表明各部位受力及變形情況均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。巖錨梁以外的廠房頂拱、邊墻及3號母線洞各部位受巖錨梁荷載試驗的影響較小。

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(責(zé)任編輯 楊 健)

Loading Tests of Powerhouse Rock Wall Crane Beam in Hongping Pumped-storage Power Station

XIONG Hongyang1, XIA Wanqiu2, HAO Zhiqiang3

(1. Nanjing NARI Group Corporation, Nangjing 211106, Jiangsu, China;2. Jiangxi Hongping Pumped Storage Co., Ltd., Jing’an 330603, Jiangxi, China; 3. China Water Conservancy and Hydropower Construction Engineering Consulting Xibei Co., Ltd., Xi’an 710061, Shaanxi, China)

The stabilities of rock wall crane beam and surrounding rock structure relate to the security of entire underground powerhouse during construction period. By rock anchor beam load tests, the characteristics of deformation and stress of rock wall crane beam and surrounding rock under different wheel pressure load are analyzed. The real-time monitoring data shows that the rock wall crane beam of Hongping Pumped-storage Power Station under different load has a small influence on the top arch and sidewall of underground powerhouse and the structure of busbar cavern, and after unloading, most of the measuring points will rebound to the state of no load. The design of rock wall crane beam is reasonable．

underground powerhouse; rock wall crane beam; load test; deformation; Hongping Pumped-storage Power Station

2016- 06- 07

熊紅陽(1982—)，男，湖北崇陽人，工程師，主要從事大壩安全監(jiān)測施工管理工作．

TV698.1(256)

A

0559- 9342(2016)08- 0065- 04