水电站地下厂房洞室顶拱的形成与锚固

在水电站地下洞室顶锚固设计中,认识岩石顶拱的形成与结构特征,又了解锚固的增强效果十分重要。应用古典楔块拱理论分析了地下洞室顶拱形成和拱的作用,根据极限平衡分析对顶拱锚杆加固进行了评价,并以小浪底工程地下厂房洞顶为例进行了分析,结合数值模型,针对锚杆和锚索对

第24卷 第8期

岩石力学与工程学报 Vol.24 No.8

2005年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2005

水电站地下厂房洞室顶拱的形成与锚固

，

黄子平1，Einar Broch2，吕 明23

(1. 挪威Rogaland研究院，Stavanger，Norway；2. 挪威科技大学，Trondheim，Norway；3. 挪威SINTEF科学研究院，Trondheim，Norway)

摘要：在水电站地下洞室顶锚固设计中，认识岩石顶拱的形成与结构特征，又了解锚固的增强效果十分重要。应用古典楔块拱理论分析了地下洞室顶拱形成和拱的作用，根据极限平衡分析对顶拱锚杆加固进行了评价，并以小浪底工程地下厂房洞顶为例进行了分析，结合数值模型，针对锚杆和锚索对顶拱加固的不同效果进行了比较论证。结果表明：地下厂房洞顶自然拱结构在开挖后基本形成；系统灌浆锚杆加固是必要的；整个洞顶安装系统张拉锚索应谨慎，因其对顶拱稳定作用不大，且可能有负面影响。 关键词：岩石力学；洞顶；拱结构；稳定；锚杆；锚索；加固

中图分类号：TU 457 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)08–1348–07

FORMATION OF ARCH AND ROCKBOLTING OF UNDERGROUND

POWERHOUSE ROOFS

HUANG Zi-ping1，Einar Broch2，LU Ming 23

，

(1. Rogaland Research Institute，Stavanger，Norway；2. Norwegian University of Science and Technology，Trondheim，Norway；

3. SINTEF Civil and Environmental Engineering，Trondheim，Norway)

Abstract：For supporting roof of underground powerhouse，a proper design of rock bolts should be based on a clear understanding of both formation and characteristics of the rock roof arch structure and the effect of rock bolt reinforcement. For this purpose，the mechanism of a rock cavern roof arch is studied and effects of different types of rock bolts are evaluated. Numerical modelling of rock bolt support of the Xiaolangdi powerhouse cavern is carried out and applications of arching theory are studied with the purpose to look into the effects of fully grouted rock bolts and tensioned cable anchors in reinforcing the cavern roof. It is concluded that a stable roof arch may be formed after excavation，systematic fully-grouted rock bolting is necessary in reinforcing the roof arch. However，the systematic tensioned cables should be used with caution since they may not be efficient after bolting，and further，they may create upward force to the arch，which counteracts the arch forming and possibly causes instability problems.

Key words：rock mechanics；cavern roof；arch structure；stability；rock bolt；cable；reinforcement

“栋桡，凶。栋隆，吉；有它，吝。”(房屋栋梁向

1 引 言

人类对拱的最早利用可以追溯到原始穴居时期，当时以天然洞穴为家，如著名的周口店“北京人”洞穴。约三千多年前的上古时期，中国人就有了对拱的深刻认识。《易经》中对拱有这样的论述：

收稿日期：2003–10–15；修回日期：2003–11–05

下弯曲必然发生凶险。栋梁向上弯曲成拱是有利的；向上弯曲，则会出问题)。拱结构古建筑物如2 000 a前的罗马渡槽至今保存完好，公元610年建成的赵州桥至今仍在使用。深入研究表明，拱的长期稳定是利用了自重及其承受的向下荷载的挤压和岩石或拱石具有高抗压强度的特点。因此，水电站地下

作者简介：黄子平(1965–)，男，1989年毕业于清华大学水利水电工程系水资源工程专业，现任高级工程师，主要从事岩石力学、数值分析方面的研究工作。E-mail：ziping.huang@http://doc.xuehai.net。

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