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武都水库坝基大型溶洞处理方案及信息化施工研究

胡爱国  
【摘要】: 武都水库坝基下存在大型岩溶洞穴,特别是K111溶蚀大厅正斜穿坝基底下,埋深很浅,溶洞的空间很大,对该处碾压混凝土坝体的安全构成了危险,影响了坝基防渗帷幕的可靠性。该岩溶洞穴的洞顶存在软弱结构面,洞室上下游边墙在清挖过程中将出现高临空面,清挖有时需要进行爆破施工,这些都对洞室围岩的稳定极为不利,安全问题突出。本文以K111溶蚀大厅和坝基为主要研究对象,建立三维数值模型,研究了溶洞处理方案对坝基坝体的影响,开挖及围岩加固方式对洞室稳定性的影响,并在施工中进行安全监测与信息化施工研究。通过以上的研究得到了如下成果: (1)通过数值模拟分析后发现,坝基底部的大型溶洞恶化了坝基坝体的受力条件,位于溶洞处的坝基在大坝建成后及运行期将产生较大的应力集中,在溶洞洞周将产生较大的拉应力区域,对坝基及坝体结构安全构成了威胁,影响坝基防渗帷幕的可靠性,所以对坝基底部应力影响范围内的洞室进行彻底治理是必要的。 (2)在溶洞的处理过程中,根据应力及防渗综合考虑,回填C15混凝土较为合理。处理的范围至少应从坝轴线起向上游处理16m才能消除溶洞对坝基坝体及防渗帷幕的影响。 (3)在溶洞处理施工过程中,应采取对溶洞围岩影响较小的施工方案。分段开挖回填的方式能够有效地减小对围岩的扰动,洞周围岩的塑性区也明显减小。研究表明,对围岩使用锚杆加固是必要的,间距为小于2m,长度为不小于7m的锚杆能够有效地减小拉应力区及塑性区的发展,基本上能消除上游高边墙的层面效应,能保证围岩的整体稳定性。 (4)在溶洞安全监测设计中,充分利用地质及数值模拟成果,合理地布设了内观及外观监测仪器,对围岩的整体稳定性进行了实时监控,并及时反馈监测成果,为施工单位的正常施工作业提供了安全保障。 (5)通过对K111溶蚀大厅安全监测资料及数值模拟成果的分析,认识到溶洞内的充填物对围岩的作用力较小,围岩的位移已基本释放完毕,所以在评判围岩稳定性、确定安全预警指标时,应侧重考虑位移及支护内力的变化率,选取这两个为控制指标。 (6)在溶洞处理中,围岩的局部稳定性问题也同样是制约施工的重要因素,由于溶洞内的充填物多为粘土,并且存在钙化等物质,掩盖了围岩的裂隙及结构面,大大增加了评判的难度和清挖的危险性,所以正确分析地质资料,加强地质巡视,在施工中及时加固围岩,是预防局部失稳保证施工安全的有效途径。


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