过活动断裂隧洞抗错断适应性结构响应分析

输水隧洞作为长距离跨流域调水工程的关键控制性工程为缓解经济布局与水资源分布之间的区域矛盾发挥着巨大作用。而我国西南高烈度地区地质构造复杂,活动断裂分布密集,导致输水隧洞工程不可避免地需要穿越多条活动断裂带建设。针对滇中引水工程香炉山隧洞过活动断裂带,开展隧道适应性结构在断层错动条件下的影响校核。以龙蟠—乔后断层F10-1为代表,基于隧洞关键部位的位移、相对变形、最大主应力和纵向等效内力等指标,评估活动断层对香炉山隧洞抗错断适应性结构的影响,并基于数值计算验证其在减小衬砌内力与变形方面的作用。结果表明受走滑为主的断层运动影响,隧洞的一侧边墙表现为受拉状态,拉应力较小,约为5 MPa;铰接缝的最大法向变形与切向变形均位于断层带中央节段之间;铰接设计这一适应性结构的存在有效改善了衬砌在错动条件下的受力状态。研究成果可以直接应用于穿越活断层输水隧洞的工程设计与施工,为相关工程隧洞建设提供有利支撑。     

香炉山隧洞龙蟠—乔后断裂带西支蠕滑特性与位错模式

为了全面认识活动断裂蠕滑运动的位错规律,以滇中引水工程香炉山隧洞的龙蟠-乔后西支断裂带(F10-1)为工程依托。综合地质条件、岩性参数和力学特征,建立F10-1的地质概化模型。研究整个服务周期内,断裂带的错动变形规律。考虑不同破碎带宽度和不同断层倾角的影响因素,分析其位错变形特征和位移梯度,并讨论隧洞的稳定性。结果表明:断裂带的位错模式较为相似,呈现“坡面”型。强度较大的错动盘呈现平动的位移模式,位移主要发生在软弱岩层的破碎区。随着服务年限增加、破碎带宽度增大和断层倾角减小,破碎带位移随之增加。由上影响带与破碎带交界面位移可知,隧洞的左肩窝位置存在较大变形(除30°和50°,其最大变形位于隧洞左侧);由位移梯度分布规律可知,位移梯度呈现先增加后减小的“单峰”分布特征,且峰值位于破碎区。峰值大小随着服务年限和断层倾角的增大而增大,随着破碎带宽度的增大而减小。研究成果可以为滇中引水工程隧洞的安全建设提供有力的支撑。     

走滑断层作用下跨断层隧洞破坏机理研究

中国西部地区断层带分布广泛,使得西部地区隧洞建造过程中不可避免穿越活动断层。为研究不同因素对隧洞衬砌结构的影响,根据滇中引水工程香炉山引水隧洞穿越断层的活动形式,采用数值模拟方法模拟不同工况下走滑断层错动引发的隧洞衬砌变形及受力,由此得到断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角这4个主要因素对衬砌结构的影响程度。结果表明:(1)断层错动量、断层带宽度、断层带围岩强度及断层倾角4个因素对衬砌影响的程度依次减弱。(2)隧洞衬砌在走滑断层错动作用下的变形模式呈"Z"字形分布。(3)断层破碎带范围内的剪力较大,衬砌弯矩分布沿隧洞纵向方向呈中心对称,在断层界限处达到弯矩最大值,衬砌中点的弯矩为0。(4)位于断层带处的隧洞衬砌洞顶及洞底应力分布受敏感参数影响的变化较大,隧洞衬砌两端的压应力较小;左右拱腰的纵向应力沿衬砌中间截面迹线呈对称分布,最大压应力出现在断层界限处,因此断层界限应该成为隧洞抗错断的控制重点。     

长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即:与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。     

滇中引水工程凤凰山隧洞过活动断裂带结构适应性研究

滇中引水工程输水建筑物多采用隧洞,占比高达92%,线路多次穿越区域性活动断裂带等地质条件复杂的地层,工程建设及安全运行均受到严重威胁。结合滇中引水工程隧洞穿越活动断裂带的工程设计案例,从建筑物结构型式选择以及结构对断裂带蠕滑变形及黏滑变形的适应性进行了三维仿真分析,并提出了工程运行期合理的检修年限。研究结果表明:采用短衬砌和宽变形缝结构形式可有效减小区域性活动断裂带位移产生的结构应力,大大延长了衬砌结构的使用寿命。研究结论为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供参考。     

断裂作用对输水管道的影响效应研究

输水工程不可避免地要穿越活动断裂带地段,容易受到断裂带上下盘错动影响产生变形破坏,危及工程安全。通过依托引汉济渭二期南干线输水管道工程,构建穿越秦岭北缘活动断裂带输水管道的三维数值模型,研究输水管道在断裂作用下的变形规律、力学响应和破坏特征,揭示断裂活动对输水管线的破坏机理。结果表明,断裂带的错动会使管道中部发生沉降变形,且变形呈对称分布并随着断裂带错距的增大而增大;断裂带区域管道顶部与底部出现压应力与拉应力集中,在两侧部位出现剪应力集中;管道剪应力在断裂上下盘附近呈反对称分布,同时侧壁中线剪应力峰值随着与管道错距增加而增加。此研究成果可为后续秦岭北缘活动断裂区域修建输水工程提供技术参考。     

跨活断层隧洞抗错断技术模型试验研究

长大隧洞工程不可避免地要跨越活动断裂带及其影响区域,为减少因断层错动而导致的隧洞结构破坏,抗错断设计是隧洞设计的重要内容。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,对包括铰接设计、扩挖-缓冲层设计以及铰接-扩挖-缓冲层在内的3种抗错断措施进行模型试验研究;从衬砌内部破坏、隧洞整体破坏、衬砌应变方面,对上述3种抗错断措施抗断效果进行了验证评估。研究结果表明：(1)从隧洞衬砌结构内部破坏特征来看,铰接设计与扩挖-缓冲层设计都可以对衬砌起到保护作用。(2)从隧洞整体变形和裂纹分布来看,使用铰接设计增大了隧洞在断层带区域的变形程度,但减小了衬砌本身的破坏;使用扩挖-缓冲层设计不仅减小了隧洞在断层带区域的变形,同时也相对减小了对衬砌本身的破坏,经铰接-扩挖-缓冲层设计的隧洞变形几乎只出现在铰接处,衬砌破坏更小。(3)从隧洞纵向应变分布规律来看,扩挖设计和铰接设计都减小了衬砌的应变,其中铰接设计对衬砌应变的减弱最为突出。相关研究成果可为跨活断裂隧洞实际工程中抗错断方案的选用提供参考。     

川滇地区强震诱发断层错动量值的概率危险性分析

在中国川滇强震区兴建的大型工程中,隧道常不可避免地横跨多条区域性活动断裂.受活断裂错动的影响,隧洞结构面临着严重的错断威胁.在跨活断层隧洞抗断设计中,断层错动量是重要的输入参数.然而,传统的确定性方法提供的断层错动量很难反映地震发生并引发断层错动的随机性影响,因此常高估了错动量大小.为此,提出了强震诱发断层错动的超越概...     

引水隧洞断裂地质缺陷分析及工程应对策略

穿越大型断裂(断层)破碎带的隧洞段往往是隧洞工程施工与运行的安全隐患段,因此也往往是勘察、设计、施工研究的重点和热点。以正在建设中的十堰市中心城区水资源配置工程的主线引水隧洞(2号隧洞)穿越竹山断裂段为例,根据研究区工程地质条件,以及竹山断裂空间分布和地质特性,对竹山断裂的地质缺陷进行分析。结果表明：竹山断裂主要有断裂带物质组成复杂、断裂带岩性软弱破碎、破碎带含水丰富三大地质缺陷。借鉴该工程中已完工隧洞过竹山断裂的工程建设经验,进一步对主线引水隧洞穿越断裂(断层)的工程应对策略进行分析研究,总结出应对策略具体技术路线为：应用“精细化”工程技术理念,制定经济合理、技术可行的隧洞开挖、支护方案;采用综合勘察手段,开展精细化超前地质预报工作;研究精细化施工处理措施,及时调整隧洞开挖、支护方案;按照确定的隧洞开挖、支护方案,开展隧洞施工工作;加强洞身变形监测,根据施工揭露的地质情况及时进行设计变更。     

新疆某输水工程无压隧洞设计方案比选

结合新疆某输水工程长距离输水工程无压输水隧洞实际情况,隧洞断面型式从工程地质条件、结构受力等方面进行比选,推荐优化的马蹄形断面型式;纵坡从施工条件、工程量、投资等方面进行比较,在输水隧洞均能满足主体设计功能的前提下,最终选取1/5000作为经济纵坡比。     

输水隧洞穿越石沟河断层段的施工方案研究

结合引红济石工程输水隧洞的地质条件,提出了超前预报查明断层倾角、走向、破碎带宽度及地下水活动等情况,据以选择切实可行的处理方法和措施.建议针对不同围岩采取不同的支护措施,再根据变形监测的结果,及时修正支护参数,确保隧洞安全施工.对类似工程的施工有借鉴意义.     

穿越活动断层输水隧洞病害研究进展

穿越活动断裂带及大型城镇的输水隧洞,具有洞线长、埋深大、地质条件复杂等特点。为研究穿越活动断裂带的输水隧洞病害,归纳总结了关于穿越活动断裂带的隧洞结构变形、应力和损伤特征等方面的研究成果,对汶川地震和台湾集集地震灾区位于活动断裂带影响范围内的隧洞结构破坏统计数据进行系统整理,分析隧洞病害的主要特点、产生原因、破坏机理与案例病害类型,并将病害等级分成无病害、轻度病害、中度病害和严重病害4级。最后对隧洞病害处理措施进行归纳,并提出相应处置建议。研究结果可为输水隧洞病害的归类与处置提供参考。     

西北某42 km超长输水隧洞掘进机选型分析

42km超长输水隧洞是西北某长距离跨流域输水工程建设的关键项目，决定此工程建设的可行性，也直接影响工程建设的总工期，在输水工程中占有相当重要的地位，对此超长输水隧洞的掘进方法和掘进机的选型进行分析和论述至关重要。     

掘进机法在瓦窑水工隧洞开挖中的应用研究

瓦窑隧洞为滇中引水鲁地拉水电站水资源综合利用配套二期输水工程的控制性节点项目，施工工期紧，任务重。隧洞围岩多为强风化岩体，节理裂隙发育，岩石破碎，地下水位高，围岩类别以IV类、V类为主，V类居多，成洞条件差。为确保工程进度和质量，采用掘进机法开挖，取得了较好成果。对该隧洞掘进机法进行了总结和分析，以利后续掘进机法开挖长距离小断面隧洞。     

乌鲁木齐市东和平渠输水隧洞施工方案优化设计

在对新疆乌鲁木齐市东和平渠输水隧洞所处地段的围岩地质状况、裂隙断层分布、地下水分布和活动情况进行详细勘察的基础上,文章以保证渠道输水隧洞施工质量和安全运行为目的,针对工作面狭小、进身长、工程地质条件复杂的渠道输水隧洞,提出了具体的、安全可靠的施工方案。     

断层破碎带隧洞管棚支护参数设计方法

为确保断层破碎带内隧洞的安全施工和掌子面岩体稳定,提出了一种管棚支护参数的设计方法。首先,对管棚分段且取其中一部分作为有效计算长度,采用太沙基理论计算松散破碎岩体对管棚的荷载,根据约束条件将洞内管棚简化为两端固支梁,得到管棚弯矩、挠度和端部反力。然后,根据岩体和管棚的各类破坏条件,推导了管棚支护参数的计算公式。最后,介绍该方法在某断层破碎带隧洞的应用情况。该隧洞前期超前支护仅采用小导管,已发生数次掌子面坍塌。基于此方法分析小导管支护偏弱并进行了管棚支护设计,在之后开挖过程中收敛变形减小,管棚支护取得了较好的加固效果。研究成果可为断层破碎带隧洞管棚支护参数设计提供参考。     

上湾子I级水电站引水隧洞塌方成因分析

从内蒙古赤峰市克什克腾旗上湾子I级水电站引水隧洞地质特征及施工实践出发，通过分析地质状况，施工爆破、地下水等因素与塌方类型的关系，阐述了隧洞掘进中的塌方在成因：（1）塌方与围岩构造断裂带有关，断裂，含水带与塌方相伴存在，每遇断裂破碎带就产生塌方；（2）地下水的活动降低围岩强度，加速围岩破坏进程；（3）爆破震动造成岩体松塌，提出塌方的防治措施；应及时支护和严格控爆，妥善处理地下水，提高岩体自稳能力，把施工方法和喷锚技术紧密结合起来，形成系统的防治体系。     

断层错位影响下输水管道结构分析

对于穿越复杂地质条件下的输水管道，有的工程中采取了在输水管道中间设置波纹管伸缩节的措施，它有效地控制了管道的变形，改善了结构的应力分布。通过采用大型有限元结构分析软件，对在活动断层错位影响下的隧洞内输水管道进行了分析计算，对其安全性进行了评价，结果是安全的。     

延安黄河引水工程杨家山隧洞断面体型方案研究

杨家山隧洞为延安黄河引水工程的咽喉工程.本文主要根据长距离输水隧洞的地质条件、衬砌结构和施工条件对体型的要求,并结合已成长距离输水隧洞的实践经验,经综合分析,杨家山无压隧洞宜采用圆拱直墙式断面.通过经济技术方案比选,选择出较合理的设计横断面尺寸,可缩短施工工期,使延安黄河引水工程提前发挥工程效益.     

特长输水隧洞通过大型断层带的施工技术

大伙房水库输水隧洞连续长度达85km，洞室最大埋深600m。工程所通过的F12大型断层带宽达180m，地质条件异常复杂，涌水与塌方严重威胁着工程的成败，经过采取了系统灌浆、管棚施工、短进尺开挖、及时支护等综合施工措施，解决了特长输水隧洞通过大型断层带的诸多技术难题，其施工技术和工艺措施可资类似工程借鉴。