探测暗物质的科研殿堂——中国锦屏地下实验室

在美国好莱坞灾难大片《2012》里,有一个距离地面1万米深的地下实验室,在这里,印度科学家最先发现地球即将毁灭的征兆。这虽然是影片虚构的情节,1万米深的地下实验室并不存在,但国际上的确已建有十多个深度超过千米的极深地下实验室。值得骄傲的是,世界上最深的地下实验室,就藏身在我国四川锦屏山2400米的岩层下。2010年12月     

全球最深地下实验室正式启用

<正>清华大学和二滩水电开发有限责任公司共同建设的中国首个极深地下实验室——"中国锦屏地下实验室"投入使用仪式在四川雅砻江锦屏水电站隆重举行,标志着这个世界岩石覆盖最深的实验室正式启用。实验室利用交通隧道建成     

四川将建世界第一大水工隧道长达17 km

雅砻江锦屏二级水电站项目建议书获得省内外40多名水电专家评估认可。这标志着雅砻江上装机规模最大的一座水电站开工上马提上议事日程。二滩公司将根据专家意见,对建议书进行最后修改,并报国家发改委审批,力争2 0 0 7年前开工。锦屏二级建设将创造库区没有一户居民、淹没损失极小以及世界最长深埋引水隧洞等三项“世界纪录”。其中,建设4条平行穿透连绵的锦屏山腹部的引水隧道是工程的最难点也是最亮点。这些隧洞不仅平均每条长达16.6km ,直径约12m ,同时也是世界上目前在地下最深处作业的水工隧道。隧道埋深最深的地方达到2 5 0 0m ,工人…     

2400m埋深地下实验室洞群布置模式优化研究

深部地下试验室是未来人类开采深部资源的基础,中国锦屏地下实验室是全世界埋深最深的地下实验室,锦屏地下试验室二期#8实验洞的建设或许涉及极深岩石力学研究方向,故拟在#8实验洞内设计开挖多个实验洞群以开展原位力学测试及原理探索。然而,实验洞群的布置模式直接影响地下实验室的长期稳定特性。针对高地应力赋存环境地下实验洞室群开挖,建立了FLAC3D三维数值模型,对比研究了同侧相邻洞室不同间距和异侧洞室不同布置工况下,后续洞室开挖对已建洞室围岩稳定性的影响,并用位移变化值作为地下洞室群布置工况评价指标,判识开挖对已建洞室的影响程度。结果表明:同侧相邻洞室间距8 m,异侧洞室对称布置为最优布置工况。研究成果可直接指导锦屏地下实验室二期#8实验洞内实验洞群的布置设计,为其他高地应力环境下洞室群布置提供参考。     

工程信息

四川将建世界第一大水工隧道 日前, 雅砻江锦屏二级水电站项目建议书获得40多位水电专家评估认可。这标志着雅砻江上装机规模最大的一座水电站开工即将提上议事日程。下一步,二滩公司将根据专家意见,对建议书进行最后修改,并报国家发改委审批,力争2007年前开工。据悉,锦屏二级的建设将创造库区没有一户居民、淹没损失极小以及世界最长深埋引水隧洞等三项“世界纪录”。其中,建设4条平行穿透连绵的锦屏山腹部的引水隧道是工程的最难点也是最亮点。专家介绍,这些隧洞不仅平均每条长达16.6km ,直径约12m ,同时也是目前世界上在地下最深处作业的…     

中国锦屏地下实验室二期工程安全原位综合监测与分析

 中国锦屏地下实验室是目前世界上埋深最大的实验室。以中国锦屏地下实验室二期(CJPL–II)工程为研究对象,通过变形、开裂、弹性波、扰动应力、微震、声发射、三维激光扫描、岩体结构面遥测、爆破振动测试等原位综合监测手段,实时获取深部地下实验室开挖全过程的岩体响应及其演化特性,实现对深部岩体微观到宏观多尺度破裂、隧洞表面到岩体深部变形的综合监测。研究工程场址的地质辨识方法,给出深部复杂地质结构条件下的地质分区,结合真三轴、结构面实验和地应力测试,揭示各实验室开挖过程中不同的变形特征和破坏模式,实时捕获了深部工程灾害变形破裂的前兆信息,有效预警了岩爆和塌方工程灾害,确保了实验室施工全过程的工程安全。研究成果和基础数据为中国锦屏地下实验室安全建设运行、探讨深部岩体力学与工程科学难题均具有十分重要的意义。     

中国锦屏地下实验室——极深隧道送风浅谈

中国锦屏地下实验室二期项目,位于雅砻江畔锦屏山极深地下山体内,隧道内需要通风送风,前期设计主要解决送风问题,根据极深隧道内潮湿环境,通风管道设计为800mmPE管道,风机房布置在隧道口,本文主要阐述了送风管道的路径设计与布置,空气最初净化,隧道内排水处理,隧道内管道支架和吊架的设计与安装,送风机房和机房设备的设计,供电设备设计、辅助设备的设计与计算,送风管道的安装。     

世界第二深埋隧道锦屏山隧道贯通

8月8日连接四川锦屏一、二级“双子星座”电站的锦屏山隧道，在历时近5年建设后实现双洞贯通。锦屏山隧道工程位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁县交界处的雅砻江干流上，处于三大河湾之一的锦屏大河湾的中间。它既是为锦屏一级、锦屏二级、卡拉、杨房沟、孟底沟等水电站服务的特长交通隧道，又是锦屏二级水电站引水隧道施工的超前勘探洞和施工辅助洞。锦屏山隧道的贯通，将为几座大型水电站做出巨大贡献。     

中国锦屏地下实验室空气氡浓度监测(2010—2011)

为评估中国锦屏地下实验室的氡本底辐射环境对稀有物理事件探测实验及极低本底伽玛能谱测量装置的影响,使用测氡仪对实验大厅的空气氡浓度进行了跨度为10个月(134d)的实时监测。监测数据显示:在无通风情况下,实验大厅空气氡浓度平均值为101Bq·m-3,波动范围为60~149Bq·m-3;在通风情况下,实验大厅空气氡浓度平均值为86Bq·m-3,波动范围为19~179Bq·m-3;与国际地下实验室相比,中国锦屏地下实验室的空气氡浓度处于平均水平,能够保证各低本底实验的正常运行。     

北京地铁7号线九龙山站7月完成装修年底启用

<正>6月3日,北京最大规模地下暗挖车站——7号线、14号线的换乘车站九龙山站施工已近尾声,其中7号线车站7月将完成装修,2014年底启用。14号线车站也很快将开始装修,2015年实现与7号线的换乘功能。地处北京广渠路与西大望路交叉口地下深处的九龙山站,7号线、14号线车站同步建设,总建筑面积3.68万m2,总开挖土方量高达23万m3。两座     

锦屏水电站辅助洞工程地下水及治理对策

位于雅砻江锦屏大河湾上装机容量8.4×106 kW的锦屏水电站(包含一、二级)已正式开工建设。锦屏一级混凝土双曲拱坝高305 m,锦屏二级平行布置4条长约17 km引水隧洞。锦屏水电站计划于2012年第一批机组投入运行。2条长17.5 km的锦屏辅助洞是联系锦屏一、二级水电站的交通洞,也是锦屏二级水电站引水隧洞施工的超前地质勘探洞和施工辅助洞。锦屏辅助洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的地下水预报及处理、通风、岩爆防治等三大关键技术问题,自2003年开工建设以来,已遭遇到系列高压大流量突涌水,目前,均已得到有效控制。对锦屏辅助洞在掘进过程中遇到的几次高压大流量突涌水及其规律进行分析总结,同时对隧洞掘进过程中采用的地下水超前地质预报方式以及各种优缺点进行分析说明。对有代表性的涌水点处理过程和技术路线进行全面剖析,在此基础上提出锦屏辅助洞地下水处理的对策和施工总结。锦屏辅助洞地下水问题具有较大难度,实施中积累的治理经验和方法对锦屏二级引水隧洞施工和类似工程建设具有重要的借鉴作用。     

坎夫兰克地下实验室总部

坎夫兰克地下实验室总部位于比利牛斯山Somport公路隧道和铁路隧道之间,Tobazo山顶下850m处．这个位置能够过滤宇宙射线．获得科研所必需的环境。     

高地应力条件下大型地下洞室群围岩失稳模式分类及调控对策

锦屏一级、猴子岩等大型水电工程地下洞室群的施工过程中出现岩爆、塌方、大变形及支护后喷层、围岩开裂等围岩变形破坏现象,对围岩变形失稳模式及针对性的调控措施缺乏系统、总结性的研究。在收集大岗山、锦屏一级、猴子岩、官地等多个典型水电工程地下洞室群施工地质、设计、物探、监测资料及现场调查的基础上,从控制因素上将围岩失稳模式分为岩体结构控制型重力驱动型、应力驱动型、复合驱动型3种类型;从破坏主要发生的工程部位将破坏模式归纳为5个部位、16种基础模式;以猴子岩水电工程主厂房动态调控为实例,说明所提出的调控措施的有效性和可行性。该研究成果可为大型地下洞室动态设计提供借鉴,为施工安全的保障提供理论依据,具有重要的工程意义。     

低渗透介质渗透性试验研究

在核废料地下处置、能源地下储存和深埋地下工程中,低渗透率岩石的渗透性测试是难点问题.通过研制的低渗透率岩石渗透仪,在氮气形成稳态渗流的条件下,对锦屏大理岩进行渗透特性研究.比较气体渗流偏微分方程中考虑气体Klinkenberg效应的渗透率精确解和通过拟压力法得到的渗透率解,表明渗流偏微分方程中考虑气体Klinkenberg效应的计算方法在理论上和试验数据处理结果上更为优越.研究结果表明:(1) 低渗透率岩石渗透仪稳定、误差小,可以进行致密岩石的低渗透率测定;(2) Klinkenberg效应对低渗透率岩石的气体渗透影响显著,考虑Klinkenberg效应的数值模拟方法可以很好地模拟气体渗透;(3) 锦屏大理岩的渗透率为10-20 m2左右.     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。     

大型地下厂房洞室群围岩稳定分析

 锦屏一级水电站最大坝高305 m,为混凝土双曲拱坝,电站装机容量360×104 kW,总库容77.6×108 m3,调节库容49.1×108 m3,是目前已建、在建和设计中的世界最高拱坝,其设计难度处于世界最高水平。针对地下厂区围岩类别较低、结构面发育、高地应力场以及洞室群规模巨大等情况,应用损伤力学理论,对地下洞室群的稳定性进行三维非线性弹塑性损伤有限元模拟计算,以判定地下厂房洞室群布置、施工开挖顺序、围岩支护参数的合理性,并对数值模拟结果与地质力学模型试验结果进行对比分析。结果表明,数值模拟和模型试验结果基本吻合,地下厂房洞室群围岩的整体稳定状态良好。     

大型洞室群稳定性分析与智能动态优化设计的数值仿真研究

 为实现数值仿真计算结果能准确反映大型洞室围岩实际力学行为,结合锦屏二级水电站地下厂房枢纽洞室群稳定性分析,在阐述大型地下洞室群数值仿真计算要点基础上,首先重点从岩体本构模型识别和力学参数识别2个方面详细介绍如何实现数值仿真计算的正确化。采用考虑空间分布协调的多元监测信息的6次岩体力学参数跟踪识别,获得锦屏二级地下厂房岩体的等效力学参数,从而通过参数反分析的方法在一定程度上证明岩体等效力学参数具有相对稳定性和可识别性。同时,结合数值模拟展现出的围岩应力、变形、塑性区等方面计算结果与工程岩体的具体地质条件和洞室群结构特点,论述锦屏二级水电站地下厂房上游高边墙变形较大、下游侧拱围岩与喷混凝土破坏、母线洞环状开裂、交叉洞口局部塌落等洞室围岩的变形与破坏机制。最后,结合锦屏二级地下厂房枢纽洞室群稳定性分析与实践的研究认识,对大型地下洞室修建中诸如结构面密集的高边墙支护问题、围岩应力集中区支护问题、工程区地下水对围岩稳定性影响等问题进行论述,并探讨如何通过数值仿真计算、现场监测与经验丰富的专业人员的有机结合来实现大型地下洞室群稳定性设计的科学化。     

基于层状岩体卸荷演化的锦屏I级地下厂房洞室群稳定性与调控

 锦屏I级水电站地下厂房洞室群开挖支护设计与施工控制以及整体稳定性等问题十分突出,施工期已经明显呈现出高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏特征。根据锦屏I级地下厂房层状岩体力学特性,采用考虑卸荷演化的层状岩体本构模型及其数值模拟方法,反演获得初始地应力场以及层状岩体力学参数。在此基础上,对锦屏I级地下厂房洞室群进行三维数值模拟分析,获得一些对高应力下锦屏I级水电站大型地下洞室群施工期围岩稳定与支护安全等方面的认识,提出洞室群围岩应力释放调控、松弛区承载力调控以及变形开裂调控等适时工程调控措施与建议。研究结果表明,洞室群整体开挖完成后的现场监测结果和围岩稳定现状等证实了所提出的认识和调控措施的合理性,表明层状岩体本构模型及其数值模拟分析方法能够较好地反映高应力下层状岩体中大型地下洞室群施工期的工作性状。     

锦屏高拱坝整体安全度评估

锦屏高拱坝是目前世界上拟建的最高的双曲薄拱坝,水压力巨大,其设计和分析都超出现行规范。锦屏一级拱坝的环境条件存在明显的不对称特点：一是两岸地形不对称;二是两岸地质条件明显不对称;三是坝体的坝面受日照时间不对称。这些不对称性和高水压使锦屏高拱坝的安全性成为锦屏拱坝建设中最重要的关键技术问题之一。运用三维非线性有限元数值分析方法,研究锦屏拱坝在多种工况下的应力场和位移场以及左、右岸不利地质构造对拱坝工作性态的影响。坝体的应力和位移分布存在比较明显的左右不对称,引起不对称的原因除两岸地基刚度不对称外,拱坝坝体的不对称也是重要原因,因此应进一步优化拱坝体型。确定锦屏拱坝地基系统在不同破坏模式下的整体安全度：上游水压力超载引起系统失效的整体安全度约为5.0;坝基岩体抗剪强度降低使系统失效的整体安全度约为3.0;地震灾害引起系统失效的整体安全度约为6.0。根据屈服破坏区的分布,指出坝基加固处理的重点部位为左拱端下游侧1 800 m高程以上和右拱端上游侧1 630～1 800 m高程之间。     

地下厂房围岩松动圈声波拟合及监测反馈分析

 在对锦屏一级水电站和溪洛渡水电站地下厂房围岩大量声波波速–深度曲线及其曲线拟合的基础上,将声波波速–深度曲线分成5类;利用经典的波速–弹性模量关系式将地下厂房围岩深度与弹性模量联系起来,对开挖后的洞壁岩体松弛现象和弹性模量下降的规律进行评价,提出洞周松动圈深度拟合公式。将提出的松动圈拟合公式应用于地下厂房围岩监测反馈分析和超前预报,分析成果比传统弹塑性理论更符合围岩实际变形规律。研究结果为围岩变形稳定分析和开挖反馈分析提供理论基础。