环北部湾广东水资源配置工程深埋隧洞段初始地应力场反演分析

在深埋隧洞建设过程中，地应力是影响洞室围岩稳定性的重要因素，准确确定工程区初始地应力场可以有效地指导隧洞的设计及施工。为探究环北部湾广东水资源配置工程深埋隧洞的初始地应力分布情况，结合工程地质条件及实测地应力数据，采用有限差分软件FLAC^3D建立三维地质模型，在初始地应力场各影响因素的单独作用下进行分析计算，然后建立实测值与计算值之间的多元回归模型，通过多元回归分析，求出最优回归系数，从而获得地应力回归方程。比对回归值及实测值发现，二者量值大小及方向接近，说明通过回归分析建立的初始地应力场是合理的，可以为后续隧洞围岩稳定性评价、支护设计和长期安全的评价与预测提供有效的基础数据。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

昆明掌鸠河供水工程引水隧洞穿越普渡河断裂带的支护安全评价

简要介绍了昆明掌鸠河引水供水工程和普渡河断裂带的地质情况，引水隧洞穿越普渡河断裂带发生的塌方事故，以及所采用的施工和支护措施。通过监测资料分析表明，支护有较大的安全裕度，能够保证工程的安全。     

中条山深埋隧洞地应力及岩爆防治措施

介绍了中条山引水隧洞工程概况,为查明中条山引水深埋隧洞段初始地应力场,在钻孔内进行了水压致裂法地应力测量,根据地应力、岩性特征等分析评价隧洞围岩地应力及产生岩爆的可能性,建议本段隧洞在施工过程中采取应力释放钻孔、超前导洞、围岩加固等防治措施。     

昆明掌鸠河输水工程厂口隧洞穿越泥石流塌方区及普渡河断层的施工方案

简要介绍了昆明掌鸠河输水工程所穿越的普渡河断裂带的地质情况,以及引水隧洞穿越普渡河断裂带发生的塌方、所采用的施工和支护措施。监测结果显示,施工方法和支护措施是恰当的,可以保证工程的安全。     

隧洞洞挖及一次支护方案

文章通过位于某水库右岸引水隧洞的施工过程从岩石力学的观点出发,运用新奥法施工原理对隧洞洞挖及一次支护施工方案进行了阐述。隧洞在开挖过程中,蕴藏在山体中的地应力由于开挖成洞而产生再分配,承载地应力的主要是围岩体本身。使围岩体自身的承载能力得到最大限度的发挥,同时起到了安全储备和装饰美化作用。     

高埋深隧洞断层破碎带塌方处理及开挖支护方案设计

齐热哈塔尔水电站工程引水隧洞埋深大、地应力高、地质构造复杂,隧洞最大埋深1720m,区域地下水位高,根据工程地质推测,隧洞外水压力较大,在1~#和2~#施工支洞之间的隧洞段,隧洞穿过或伴行断层破碎带,并有大量涌水,开挖施工过程中发生了几次较大规模塌方,针对这种情况,开挖和支护遵循"超前支护、超前排水、及时封闭、短进尺、强支护、勤量测"的施工原则,保证了施工安全。     

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。     

围岩应力理论在隧洞工程稳定分析中的应用

文中介绍了水压致裂法地应力测量原理,并对水压致裂法测定的东山供水工程9#隧洞天然地应力大小及方向进行了分析计算。结合隧洞工程实际,应用围岩应力理论,计算隧洞开挖后洞壁重分布应力,评价了隧洞围岩稳定。依据强度应力比判定了隧洞岩爆问题。对工程方案的可靠性及设计开挖和支护处理措施具有指导意义。     

不良地质条件下排水隧洞开挖一次支护稳定分析

不良地质条件下排水隧洞开挖后的一次支护对于限制围岩变形、确保围岩稳定及隧洞结构安全具有重要作用。在考虑围岩初始地应力场的基础上,采用三维非线性有限元模型模拟了排水隧洞开挖及一次支护过程,分析了不良地质条件下(Ⅴ类围岩)的围岩应力及隧洞一次支护结构的稳定性,可为隧洞支护三维有限元结构设计优化和合理安排支护时机提供依据。     

公路隧道断层破碎带围岩变形规律数值模拟

为研究断层破碎带隧道施工围岩变形规律,采用数值模拟方法分别考查了台阶法、预留核心土法和三台阶法施工时围岩变形及地表沉降情况。结果表明:断层破碎带隧道施工围岩变形量随着荷载步增加趋于稳定,台阶法造成的拱顶沉降值较大,三台阶法和预留核心土法能较好的控制隧道拱顶沉降;隧道周边收敛值也随荷载步增加逐渐稳定,台阶法周边收敛值最大、三台阶法周边收敛值最小;地表沉降随荷载步增加逐渐达到稳定,台阶法施工造成的地表沉降最明显,三台阶法次之,预留核心土法地表沉降控制效果最好;预留核心土法隧道上方横向形成明显的沉降槽,随着荷载步增加沉降槽趋于明显,最终达到稳定。     

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。     

隧洞典型断面围岩稳定性数值模拟研究与支护设计效果分析

隧洞开挖过程中,由于开挖卸荷及扰动的影响围岩出现大变形、局部塌方等工程地质灾害,严重威胁到施工安全及进度。本研究依托杨房沟水电站引水隧洞工程,选取了典型断面,开展了数值分析研究,获得了应力场、变形场和塑性区分布特征。通过有限元数值模拟方法,对不同类型围岩区隧洞开挖后围岩稳定性特征以及初期支护效果进行分析,为优化支护设计提供了合理的参数,为地下工程安全施工方案的制定提供了强有力的支撑。     

隧洞穿越高应力压密散体施工对策及其适应性分析

滇中引水工程狮子山隧洞处于F_Ⅲ-102和F₁₆断裂构造夹持带,地应力高,其D₁^l钙质页岩、炭质页岩呈散体压密结构。地质分析表明,区域地质挤压构造残余高地应力是隧洞大变形的主要动力源,低抗载性劣化破碎结构是隧洞产生失稳变形主要内因。现场揭示隧洞破坏形式主要表现为开挖卸荷失稳坍塌、掌子面挤出、支护严重挤压变形。针对高地应力条件下散体压密结构的围岩特性和典型破坏特征,提出施工应遵循“预支护、快掘进、快支护、快闭合”的原则,并总结了适用于该地质条件的针对性施工对策:选用ST-20管棚钻机进行长15 m的Φ108 mm大管棚超前预支护施作与周边和掌子面围岩注浆加固;采取“及时强支护”并设置让压锚杆和长锁脚锚管抑制变形措施;施工期间加强围岩监控量测和围岩内部变形监测,实施动态控制,信息化施工。实践证明,隧洞穿越高地应力挤压破碎带时,采取对浅部围岩进行加固、主动支护与被动支护相结合的施工措施,能有效抑制围岩松动圈向深部发展与变形,有力保障隧洞安全顺利施工。     

香炉山隧洞5#支洞应急抢险段围岩参数反演及稳定性分析

在建的滇中引水工程香炉山隧洞5#支洞穿越活动断裂带,地质条件极为复杂,施工过程中发生过严重的涌水突泥灾害,围岩稳定问题极为突出,严重制约施工进度和工程安全。为深入系统地研究5#支洞应急抢险洞段合理的围岩力学参数及隧洞稳定性情况,充分利用现场监测及物探资料,采用基于神经网络和遗传算法的位移反演方法确定了应急抢险洞段围岩的力学参数;并在此基础上,模拟施工开挖支护全过程,进行了围岩稳定性分析。结果表明:在当前开挖支护条件下,5#支洞应急抢险洞段整体处于稳定状态,除桩号K0+501—513洞段右边墙围岩变形量较大外,其余部位围岩变形量整体<15 cm;塑性区深度在2~5 m范围内;支护结构受力整体处于正常水平。相关研究结果对于5#支洞后续洞段或相近条件隧洞安全快速施工具有指导意义。     

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。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

TBM施工地质工作方法的探讨

在万家寨引黄工程隧洞施工中，由于TBM自身与施工方法的原因，地质工程师很难直接或全面地观察到洞室围岩体的地质情况，笔者通过在这种特殊条件下的施工实践，探索出了一套如何准确完整地做好施工地质记录和描述，以及对不良地质现象，如断层构造带和裂隙发育带、软弱夹层及石膏夹层、地下水、溶洞等的判别方法，从而为隧洞施工中围岩类别的确定提供了重要的划分依据，对指导施工支护衬砌，确保洞室安全与稳定有一定的实用价值。     

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。