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长江三峡工程永久船闸是目前世界上水头最高、规模最大、工程量最巨、技术最为复杂的通航建筑物。其位于长江西陵峡段左岸,由上游引航道、闸室段、下游引航道三部分组成,总长6442m。其中闸室段轴线方向为110°58′08″,长1621m,单级闸室有效尺寸为280m×34m×5m(长×宽×坎上最小水深),为双线五级连续船闸,两线闸室间为宽54~57m的中隔墩。
根据地形地质条件,设计采用在左岸山体劈岭深挖方案修建左右两线船闸。左右两线之间是采用岩体隔墩的形式,还是采用砼隔墩的形式,在初步设计之前即争论激烈。若采用岩体隔墩的形式,就能充分利用岩体,避免中隔墩部位岩体的挖除和相应的砼浇筑,将直接节省工程投资约3亿元,还可缩短工期,综合效益巨大;但与此同时,岩体隔墩的左右两侧将形成2条高40~70m、长约1650m的直立坡,设计要求该直立坡在保征自身稳定的同时,还要与薄砼衬砌墙连在一起受力,成为船闸结构的一部分,特别是闸首部位的岩体在闸门安装之后,其变形不得超过5mm。因此,在短短的两年时间内开挖形成的高陡岩质边坡在周围应力条件急剧变化的情况下其变形和稳定状况能否满足这些设计要求就成为船闸劈岭深挖、采用岩体隔墩的修建方案是否成立的关键所在,亦是三峡工程的几个关键技术问题之一。而工程界又没有类似高陡岩质边坡的成功先例可供借鉴,学术界又无相关的较成熟理论可依,所以,双线五级永久船闸中隔墩的设计方案争议很大。即使在初步设计确定了采用岩体隔墩的形式之后,在技术设计阶段进行永久船闸单项建筑物设计时,甚至在船闸已动工兴建的情况下,仍有人对该方案持怀疑甚至坚决反对的态度,担忧中隔墩岩体能否稳定,强烈要求采用更为可靠和稳妥的砼中隔墩设计方案,以确保处于川鄂咽喉部位的三峡船闸的正常运行,确保长江黄金水道航运的畅通。1997年10月,在中隔墩岩体两侧直立坡下挖仅1/4即仅十几米的情况下,于二闸室中隔墩顶面找平砼上发现了裂缝,随后裂缝呈逐渐增多、增宽之势,一时,质疑中隔墩岩体稳定性之声大增,甚至有人怀疑中隔墩岩体会有“散架”之势;同时,裂缝的产生亦引起了国内外众多工程地质专家、岩体力学专家和三峡工程建设决策层的高度关注。为此,1999年,成立了由多个专业组成的中隔墩岩体性状科研攻关小组,对中隔墩岩体的现状及发展趋势进行了研究,本人主持地质专业的科研工作。本文根据中隔墩的基本地质条件和施工地质成果,对中隔墩岩体的整体稳定性和局部稳定性进行了分析研究;根据中隔墩岩体的变形特征,找平砼裂缝的发育特征,卸荷岩体的本质特征,卸荷变形引起的松弛带岩体的性状等方面,对中隔墩岩体的现状、发展趋势进行了综合分析和研究,全面阐述了中隔墩岩体的特征,对中隔墩岩体狭义和广义的稳定性进行了科学的评价。