岩锚梁施组设计本科毕业设计.docx

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岩锚梁施组设计本科毕业设计

毕业设计任务书

题目：

赞比亚卡里巴水电站扩机厂房岩锚梁施工组织设计

一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。

）

卡里巴水电站位于非洲赞比亚和津巴布韦两国交界的赞比西河中游的卡里巴峡谷内，位于赞比西河和喀辅埃河交汇处上游40km，距首都卢萨卡192km的南方省Siavonga地区。

水电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高128m，坝顶长617m，顶宽13m，最大底宽24m，长高比接近5，最大宽高比为0.1875。

坝址区系由前寒武纪岩石组成。

整个河床、左岸及右岸下部三分之二高度以下均为变质黑云母片麻岩，表面有灰色与白色相间条纹，叶理呈现折曲。

河床中岩石露头质地坚硬，有细裂隙，两岸岩石侵蚀深度达4.5～6m，易受风化。

右岸上部为坚硬的褐色石英岩，裂隙发育，夹有风化的黑云母片麻岩侵入体，伟晶花岗岩呈脉状出现。

片麻岩中几乎全是黑云母透镜体，由于分布不广，对地下工程不致有重大影响。

卡里巴扩机项目为EPC项目，承包方负责工程设计、设备采购、施工建设，直到工程建成运行并整体交付给业主方。

工程项目包括2×18万千瓦水电设备、附属设备和变电站的设计、建造、供应、运输和试验及维修等，现已于2014年初投入运行。

从引水系统到发电厂房再到尾水系统，然后还有输变电系统，内容齐全，规模较大如同再建一个新的发电厂。

扩建工程总体平面布置如图1所示，三维模型如图2所示。

图1卡里巴北岸扩机项目总体平面布置图

图2卡里巴扩机项目地下厂房三维模型

在卡里巴扩机工程项目施工过程中，往往需要面对以下关键问题：

如何针对不同部位选择合理的开挖方式；如何保证地下洞室的安全稳定；如何能尽可能多的增加工作面以加快施工进度而不至于相互干扰；扩建厂房如何在不影响仅40米之外的老厂房运行的情况下施工等。

因此，优化施工工序和施工工艺此时显得格外重要，本设计结合卡里巴水电站扩机项目厂房岩锚梁施工开展施工组织设计，主要设计内容为施工机械配套方案、支护方式和岩锚梁施工工艺。

二、参考文献

[1]DL/T5198-2004.水利水电工程岩壁梁施工规程[S].2004.

[2]DL/T5099-1999.水工建筑物地下开挖工程施工技术规范[S].1999.

[3]SL303-2004.水利水电工程施工组织设计规范[S].2004.

[4]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程详细设计报告（工程地质）[R].2008.

[5]中国水电顾问集团西北勘测设计院.赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程地下厂房岩锚吊车梁施工级承载试验技术要求[R].2010.

[6]水利水电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册-第2卷：

施工技术[M].北京：

中国水利水电出版社，2003.

[7]杨述仁，周文铎.地下水电站厂房设计[M].北京:

中国水利水电出版社，1998.

[8]李洪涛.大型地下厂房施工程序及开挖方法研究[D].武汉：

武汉大学，2004.

[9]唐柏林.糯扎渡水电站地下厂房洞室群施工顺序研究[D].成都：

四川大学，2006.

[10]马洪琪，周宇，和孙文，等.中国水利水电地下工程施工[M].北京：

中国水利水电出版社，2011.

[11]党林才，侯靖，吴世勇，等.中国水电地下工程建设与关键技术[M].北京：

中国水利水电出版社，2012.

[12]张黔，李宝成，李建英.江口电站地下厂房岩壁吊车梁台座开挖施工技术[J].四川水力发电，2003，22

（1）：

36-42.

[13]陈雷，逄立辉，贾志刚，等.地下厂房岩锚吊车梁锚杆设计探析[J].东北水利水电，2011，01：

9-10,18.

[14]ChenMing,LuWenbo,YiChangping.Blastingvibrationcriterionforarock-anchoredbeaminanundergroundpowerhouse[J].InTunnellingandUndergroundSpaceTechnologyincorporatingTrenchlessTechnologyResearch200722

（1）:

69-79.

[15]BarlaG.,FavaA.R.,PeriG.DesignandConstructionoftheVenausPowerhouseCaverninCalcschists.GeomechanicsandTunnelling,2008,1（5）:

399–406.

三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。

）

1、研究内容：

1确定厂房岩锚梁开挖施工程序，合理布置开挖分层、采用不同的施工机械配套方案，确保岩锚梁开挖的质量满足设计要求；

2选择合理的支护方式，确定注浆锚杆的技术参数；

3设计合理的模板支撑方案和钢筋安装顺序，结合实际确定岩锚梁混凝土施工的组织设计。

2、要求：

①英文文献翻译1篇；

②设计论文1篇（不少于3万字）；

③三号CAD工程图纸2张。

指导教师（签字）

年月日

审题小组组长（签字）

年月日

天津大学本科生毕业论文开题报告

课题名称

赞比亚卡里巴水电站扩机项目厂房岩锚梁施工技术研究

学院名称

建筑工程学院

专业名称

工程管理（建二学位）

学生姓名

徐习帅

指导教师

李明超

1.课题背景和意义

卡里巴北岸水电站工程位于赞比亚和津巴布韦两国交界的赞比西河上，喀辅埃河与赞比西河交汇处上游40公里处，距赞比亚首都卢萨卡192公里。

卡里巴水库的水资源由赞比亚和津巴布韦两国共享。

卡里巴北岸水电站由一个128米高的混凝土双曲拱坝、进水口、引水洞、地下厂房、尾水洞、地面主变压器和开关站构成。

卡里巴北岸水电站扩机工程是对原有水电站的发电进水口和尾水出口、引水洞和尾水洞、地下厂房及开关站等进行扩建。

卡里巴北岸水电站扩机工程地下厂房的开挖尺寸为51.9m×25.8m×51m（长×宽×高），右侧和原有厂房相接，左侧、上下游侧分别布置了配电盘室、母线室和中央控制室。

岩锚吊车梁布置在厂房上下游侧，单侧长37.2m,其岩台的底部高程为EL388.7m，顶部高程为EL390.43m，岩台和垂直面的夹角为30°，水平面投影宽度为100m。

厂房岩石的岩性主要为黑云母片麻岩，局部有混合岩和长石石英岩，岩石坚硬，没有大的断裂面切割。

岩锚梁是利用一定数量的深孔锚杆和岩壁台座把混凝土梁固定在岩石上，由锚杆和钢筋混凝土联合构成壁式受力结构。

然后混凝土梁体承受全部荷载及梁体自重通过锚杆和岩壁台座传递到岩体内，充分利用围岩的承载能力。

所以首先对岩壁台座的开挖质量要求极为严格，开挖既要打到设计要求还不能破坏岩体的自稳能力；其次对受力锚杆也提出了很高的要求，装入的角度、深度以及注浆量都要有严格的控制，也就是要求更高的钻孔成孔的质量控制；再次混凝土的质量控制也直接影响了岩锚梁的成败，钢筋摸板混凝土每道工序的执行都有很高的控制要求，否则混凝土不足以承受巨大的荷载或者无法有效的把荷载传递到岩体中去。

岩壁吊车梁在地下厂房工程建设中已被广泛采用,但目前水电行业尚无规范明确其设计方法。

因此，对岩锚梁施工的开挖、支护、混凝土衬砌每一步都至关重要，对岩锚梁的研究也就显得很有必要。

2.国内外研究现状

20世纪70年代挪威开始在地下厂房建设中采用岩锚梁设计与施工技术，由于其大量的成功运用,为减少工程建设投资,充分利用地下围岩的承载能力,被各国在地下工程建设中广泛采用。

岩锚梁主要应用于大型水利枢纽工程地下厂房中机电设备的安装、维修等。

它与岩台梁及其他结构梁相比，能缩窄地下厂房的跨度，减少工程量，降低工程造价，增加洞室的稳定。

开挖到相应部位即可施工岩锚梁，无需等整个洞室全部开挖完成后再施作，岩锚梁的提前施工又为下一步的施工创造了十分有利的条件，经济效益极为显著。

在我国，岩壁吊车梁在地下厂房工程建设中正处于起步和推广阶段，像小浪底、拉西瓦等水电站都有采用这种新型结构，其施工技术正在逐步完善。

3.研究目标

紧密联系工作实际，对比类似工程项目的施工工艺，研究合理的施工方案与快速施工的方法，以期达到保证质量加快工期的目的。

总结岩锚梁施工的一般性做法，形成一套合理有效的施工组织方案。

4.研究内容

（1）确立厂房岩锚梁开挖施工程序，合理布置开挖分层、采用不同的施工机械配套方案，确保岩锚梁开挖的质量满足设计要求。

（2）选择合理的支护方式，确定注浆锚杆的技术参数。

（3）设计合理的模板支撑方案和钢筋安装顺序，结合实际确定岩锚梁混凝土施工的组织设计。

5.进度安排

12014.12.8前：

选题、收集相关资料；

22014.12.8至2015.3.6：

撰写开题报告与开题，收集资料，开展研究，形成写作提纲；

32015.3.6至2015.5.15：

深入研究，形成论文初稿；

42015.5.15至2015.6.15：

老师指导论文修改，定稿，打印，准备答辩。

6.参考文献

[1]DL/T5198-2004.水利水电工程岩壁梁施工规程[S].2004.

[2]DL/T5099-1999.水工建筑物地下开挖工程施工技术规范[S].1999.

[3]SL303-2004.水利水电工程施工组织设计规范[S].2004.

[4]DL/T5397-2007.水电工程施工组织设计规范[S].2007.

[5]中国水电顾问集团西北勘测设计研究院.赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程详细设计报告（工程地质）[R].2008.

[6]中国水电顾问集团西北勘测设计院.赞比亚卡里巴北岸水电站扩机工程地下厂房岩锚吊车梁施工级承载试验技术要求[R].2010.

[7]水利水电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册-第2卷：

施工技术[M].北京：

中国水利水电出版社，2003.

[8]杨述仁，周文铎.地下水电站厂房设计[M].北京:

中国水利水电出版社，1998.

[9]李洪涛.大型地下厂房施工程序及开挖方法研究[D].武汉：

武汉大学，2004.

[10]唐柏林.糯扎渡水电站地下厂房洞室群施工顺序研究[D].成都：

四川大学，2006.

[11]马洪琪，周宇，和孙文，等.中国水利水电地下工程施工[M].北京：

中国水利水电出版社，2011.

[12]党林才，侯靖，吴世勇，等.中国水电地下工程建设与关键技术[M].北京：

中国水利水电出版社，2012.

[13]BarlaG.,FavaA.R.,PeriG.DesignandConstructionoftheVenausPowerhouseCaverninCalcschists[J].GeomechanicsandTunnelling,2008,1（5）:

399–406.

[14]张黔，李宝成，李建英.江口电站地下厂房岩壁吊车梁台座开挖施工技术[J].四川水力发电，2003，22

（1）：

36-42.

[15]ChenMing,LuWenbo,YiChangping.Blastingvibrationcriterionforarock-anchoredbeaminanundergroundpowerhouse[J].InTunnellingandUndergroundSpaceTechnologyincorporatingTrenchlessTechnologyResearch2007,22

（1）:

69-79.

[16]陈雷，逄立辉，贾志刚，等.地下厂房岩锚吊车梁锚杆设计探析[J].东北水利水电，2011，01：

9-10,18.

[17]袁光裕，胡志根，钟登华，等.水利工程施工[M].北京:

中国水利水电出版社，2009.

[18]Borsetto,M.Giuseppetti,G.Martinetti,S.Ribacchi,R.Silvestri,T.DesignandconstructionoftheTimpagrandepowerhouse[J].RockMechanics&RockEngineering;1983,16

（2）:

85-115

选题是否合适：

是□否□

课题能否实现：

能□不能□

指导教师（签字）

年月日

选题是否合适：

是□否□

课题能否实现：

能□不能□

审题小组组长（签字）

年月日

摘要

岩锚梁施工是一项复杂且重要的工作，如何实现科学的施工组织、合理的资源配置和进度安排，进行施工方案优化，是工程人员关心的问题。

结合卡里巴水电站扩机项目厂房岩锚梁施工开展施工组织设计，本设计主要内容为施工机械配套方案、支护方式和岩锚梁施工工艺，具体工作如下：

（1）依据组织设计资料，综合考虑各种因素的影响，通过现场的多次试验确定了基本施工方案和多种对比方案及其相关的参数。

（2）根据现场实际地质条件，确定合理的岩台开挖技术方案，以保证对现有厂房机组的扰动在可控范围内。

（3）通过现场多次试验，确定长锚杆施工方案，进而比较并择优确定合理的灌浆方案。

（4）根据施工现场情况，确定合理的钢筋模板安装顺序和加固方案，进一步选择合理的混凝土浇筑和养护方案。

关键词：

卡里巴扩机项目；岩壁吊车梁；岩台开挖；岩体支护措施；混凝土浇筑

ABSTRACT

Theconstructionofrockanchoredbeamisaverycomplexandimportantwork.Whatarousesourengineers’greatattentionishowtorealizeascientificorganizationoftheconstruction,areasonableallocationofresourcesandscheduling,andhowtoachieveoptimizationforconstructionproject.ThisdesigniscarriedoutbasedontherockanchoredbeamconstructionoftheKaribaNorthBankExtensionPowerStation,anditmainlydescribestheconstructionmachinerymatchingscheme,rockmasssupportmeasuresandconstructiontechnologyoftherockanchoredbeam,specificallyasfollows:

（1）Determinethebasicconstructionplansandavarietyofcomparativeprogramanditsassociatedparameters,byacomprehensiveanalysisofthesitebasicinformationandmanyotherfactors.

（2）DetermineareasonableRockBenchExcavationTechnologyprogramtoensuredisturbancetotheexistinggeneratorunitswithincontrol,accordingtotheactualgeologicalconditions.

（3）Determinethelongboltconstructionprogram,compareandpreferredtodetermineareasonablegroutingprogram,throughseveralsitetests.

（4）Accordingtotheconstructionsiteconditions,determineareasonableinstallationsequenceandreinforcementprogramofthereinforcingsteelbarandformwork,furtherchoosetherightconcretepouringandconservationprograms.

Keywords:

KaribaNorthBankExtensionProject;Rockanchoredbeam;Rockmasssupportingmeasures;Concretepouring

中文译文

致谢

第一章绪论

1.1研究背景及意义

在大型水利工程建设中，厂房往往是影响整个工程进度的关键，也就是说厂房施工处于施工计划的关键线路上。

厂房的施工包括开挖支护浇筑等土建工作，还包括水轮机层以及发电机层等大型部件的吊装维护试运行等。

对于大型部件比如发电机定子以及转子等的吊装通常我们会采用桥机吊装的方式进行，那么桥机的轨道梁的施工也就直接影响了一个厂房后续工作。

吊车梁的形式有很多种，有从发电机层设混凝土立柱直接现浇至桥机轨道高程的一般岩台梁，也有本文所研究的岩壁吊车梁（下称“岩锚梁”）。

岩锚梁是一项从挪威引进的技术，涵盖了开挖爆破和混凝土浇筑等方面的各种工艺，技术运用程度高，施工难度大。

目前该技术在我国正在逐步完善并且已经被广泛运用于各个水利工程建设中，比如国内知名的溪洛渡水电站、官地水电站、瀑布沟水电站以及小浪底水电站等。

作者参与的赞比亚卡里巴北岸扩机项目也是采用这种工艺，并于2014年底投入运行，目前状况良好。

岩锚梁的核心理念就是利用特殊形式的锚杆将梁体与岩体紧密结合起来，并利用岩体的自身承载能力以抵消梁体所承受的荷载并实现稳定。

不同于传统的岩台梁和其他结构的梁体的是，它能够减小厂房洞室的跨度从而减少工程量。

地下厂房开挖到一定高度以后即可进行岩锚梁施工，而不是等整个洞室全部开挖完成后再施作，这样就可以为下一步的施工创造了十分有利的条件争取了更多的时间，整个主厂房的施工工期就得以缩短，直接产生显著的经济效益。

1.2工程概况及岩锚梁研究现状

卡里巴北岸扩机工程位于赞比亚和津巴布韦两国交界的赞比西河上，在赞比亚首都卢萨卡以南197公里赞、津边境卡里巴峡谷内。

卡里巴水库的水资源由赞比亚和津巴布韦两国共享，按水域面积排名为世界第四大水库，按库容排名则是世界第一大水库。

卡里巴北岸水电站主要结构物有128米高的混凝土双曲拱坝、进水口、引水洞、地下厂房、尾水洞、地面主变压器和开关站等。

卡里巴北岸水电站扩机工程是在原有水电站的基础上扩建两台180MW的发电机组并扩建相应的引水洞、厂房、尾水洞及进出水口。

扩建厂房的尺寸为51.9m*27.8m*56.4m（长*宽*高），岩锚梁岩台开挖宽度为1m，岩台斜面高程在EL388.7~EL390.43，长度2m，与垂直方向夹角为30度，岩锚梁砼顶部高程为EL391.85，在厂房上下游中间位置分别布置有母线室和控制室，将岩锚梁分为四段，岩锚梁顶部与洞室混凝土顶部高程相同。

图1-1赞比亚卡里巴地下厂房开挖断面图

图1-2厂房岩锚梁锚杆布置图

我国对于岩锚梁的施工正处于完善推广阶段，对此也逐步形成了自己的一整套较为成熟的技术规范[1~4]，这对于类似工程的设计和施工也起到了很好的指导作用。

随着我国对于水利等基础建设的力度逐渐加大，岩锚梁技术成功运用于一大批水电站，为类似工程积累了大量的宝贵经验。

参与建设的各个单位诸如中国水电顾问集团西北勘测设计研究院、水利水电力部水利水电建设总局等积极对施工经验进行总结和研究，并取得了相关的研究成果[5~7]。

而施工参建人员对岩锚梁施工的研究成果也是贯穿岩锚梁施工的整个过程，包括地下厂房的设计[8]、地下厂房施工顺序[9~13]、岩锚梁的开挖技术[14~15]、锚杆设计[16]、混凝土施工等[17~18]。

综观国内外岩锚梁的施工研究现状，岩锚梁使得厂房的施工程序多样化，能缩短厂房的关键线路，提高现场资源的使用效率，对施工方案的设计和优化有很大的帮助，因此岩锚梁在地下厂房中的运用是一个趋势，是会在未来水利建设中经常使用的一项工艺。

1.3主要研究内容

岩锚梁施工是一项综合性技术，内容涉及土建施工的各项工作。

从开挖爆破到梁体的系统支护，从锚杆施工到混凝土浇筑，再到混凝土成型保护等。

根据现场情况确定开挖爆破方案，针对岩石地质条件并经过多次现场试验确定锚杆安装及注浆参数，结合实际确定合理的岩锚梁混凝土施工方案，并根据后续的开挖特点研究确定可行的混凝土养护及外观保护方案。

本文共分为七个章节，主要内容如下：

第一章为绪论，主要是综述相关研究背景、意义、工程的概况和目前研究现状等，指出本文的主要研究内容；第二章主要讲地下厂房岩锚吊车梁基础开挖技术,针对岩台的较高的质量要求提出切实可行的开挖方案；第三章讲岩锚吊车梁锚固施工，从锚杆的造孔到安装注浆，这直接关系到梁体成型后的承重能力；第四章是岩锚梁浇筑前需要安装埋设的监测仪器及施工技术要求；第五章叙述混凝土浇筑施工；第六章讲混凝土的成型外观保护；第七章为结束语，综述了本文的主要研究成果，同时也提出了一些不足之处，有待进一步地研究。

第二章卡里巴地下厂房岩锚梁岩台开挖技术

2.1开挖施工方案选择

在确定岩锚梁开挖施工方案前，应先结合地下厂房的开挖措施的特点，合理安排施工程序，确保厂房洞室群的整体稳定，此时合理的开挖分层显得尤为重要：

既要考虑现场施工设备的性能和能力及其他工作面的干扰，又有确保岩锚梁岩台的最终成型质量。

这样不仅能够加快地下厂房的整体施工进度，又可以确保岩锚梁施工不受其它因素约束。

作为一个水电站项目，地下厂房施工一直是施工进度计划上的关键线路，而岩锚吊车梁施工又是厂房前期工作的重中之重，因为只有岩锚梁的混凝土强度达到设计要求后，才能进行后续的开挖。

而一个岩锚吊车梁的施工成功与否，首先需要考虑的就是岩台的开挖。

根据施工技术规范，岩锚梁岩台开挖不允许欠挖，超挖量应小于10cm，残孔率应不小于90%，开挖后的岩台斜面角度偏差小于1°。

这就要求开挖的精确性，所以岩锚吊车梁的施工前应采用主爆区预裂后预留保护层的方法分层开挖，然后岩台采用人工钻孔的方式进行。

厂房中间的拉槽爆破可采用液压D7钻机垂直钻孔、台阶爆破方式。

而岩台顶部的水平保护层、岩台的上下直墙和斜面开挖钻孔方法、保护层厚度和爆破参数等都应通过现场多次试验后分析确定。

岩锚吊车梁保护层开挖必须采用光面爆破技术，采取密集钻孔、隔孔装药、多周期、短进尺的方式，严格控制每个循环的起爆药量以使得爆破引起的围岩松动及超欠挖满足设计要求。

为减少厂房下层开挖对岩锚梁振动的影响，在梁体混凝土浇筑前，应提前对下层边墙进行预裂爆破。

2.2开挖施工步骤

卡里巴北岸扩机地下厂房开挖可以按高程分为四层，大致分为岩锚梁以上（EL392以上）、岩锚梁施工区域（EL392~EL382）、发电机层（EL382~371）及发电机层以下（EL371以下）四层。

结合现场施工需要，主爆区施工也需要根据高程分为四层进行，