复杂地质大型地下洞室开挖与支护技术

文章为解决复杂地质条件下地下洞室开挖与支护技术难题,结合在建杨房沟水电站组成的大型地下空间的施工实际,运用理论分析、现场监测等方法,对复杂地质大型地下洞室开挖进行了分区施工。并对不同洞室的支护方式提出了支护原则,最后通过地下洞室开挖施工动态反馈技术验证了施工的安全性,保证了施工工期,确保了人员安全。实践表明,按照文章提出的开挖与支护方法可以获得较好的效果,能够为类似工程顺利施工提供指导依据。     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

节理岩体地下洞室稳定性的静动力响应分析

节理岩体地下洞室在地震作用下的安全响应是众多专家学者关注的问题之一,本文针对该问题采用三维离散元法研究节理地下洞室的稳定性,建立了一个含节理组的地下洞室模型进行分析研究。分别对洞室开挖后在常规荷载作用下的响应、洞室开挖后在地震荷载作用下的响应以及开挖支护后在地震荷载作用下的响应等三种工况进行模拟,得出了洞室在三种工况下的应力和位移变化情况。研究表明:地震对洞室的破坏非常大且时间短暂,支护后的洞室围岩能够使破坏时间延迟,在一定时间内增强了洞室围岩的抗震能力。本文的工作不仅对含节理的地下洞室开挖后的围岩变形和支护提供借鉴,而且对地下洞室和隧道的抗震设计具有指导意义。     

大跨度深埋洞室动力响应分析

以大跨度地下洞室开挖支护过程为背景,探讨使用显式有限元方法分析地下洞室分步开挖和喷锚支护过程的可行性.然后在此基础上分析地冲击荷载下大跨度地下洞室的动力响应问题.分析结果表明,不同的开挖和支护方案对洞室的最终位移状态影响不大,而对最终塑性应变的大小和空间分布的影响较大;施工过程中底板有明显的隆起.在给定埋深条件下,由于地冲击荷载作用引起的围岩塑性应变的增加变得不太明显,但是在荷载作用过程中锚杆的轴力变化很大,说明锚杆的支护作用在大跨度结构抗地冲击荷载作用时显得非常重要.     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

地下洞室开挖数值模拟分析

以某地下洞室施工为例,通过关键点小主应力及安全系数随开挖步的变化,分析了开挖对大型地下洞室群围岩稳定造成的影响,数值计算表明,开挖过程中,围岩整体稳定性较好,但是围岩小主应力随开挖步的不断递进而持续增大,关键点安全系数持续减小,局部关键点最小安全系数不满足规范要求,需及时支护,且通过支护方案比选,确定了经济合理支护方案。     

水布垭地下厂房施工开挖的数值模拟

采用三维快速拉格朗日法在两种工况下对水布垭地下主厂房洞室的开挖与支护过程进行了模拟计算,重点研究了复杂地质条件下主厂房洞室开挖的变形形态、应力状态以及塑性区的分布,并对无支护和考虑支护两种工况的模拟结果进行了具体的分析比较,为工程施工提供了依据。     

水电站地下厂房开挖过程弹塑性数值分析

采用三维弹塑性有限元计算,对某水电站地下厂房开挖过程进行了数值模拟,分析了开挖过程中毛洞周边围岩位移和应力的变化规律,分析结果表明厂房由于洞室围岩比较破碎,围岩开挖变形量较大,洞室的稳定性较差,开挖后要及时施工支护结构。     

锚喷支护形式洞室全施工过程的力学分析

针对粘弹岩体中地下圆形洞室开挖并在某时刻施加锚喷支护的时变问题,用解析方法推导了开挖—自由流变—支护—支护后时段全施工过程中原岩区及锚固区围岩位移和应力的时效规律,从理论上得到了不同开挖方式、支护时刻、支护方式对应力和位移的影响,并通过分析解析解,得出了许多对圆形洞室的锚喷支护的规律性认识,对合理设计支护结构具有重要意义。     

高地应力下大型地下洞室群开挖顺序 与支护参数组合优化的智能方法

 针对高地应力下围岩变形破坏的特殊性以及大型地下洞室群开挖支护优化计算量大的特点,在三维弹塑性数值计算的基础上,采用反映高地应力下脆性岩石变形破坏特点的新本构模型,提出基于弹性释放能、塑性区体积、洞室周边位移与支护费用的地下洞室群开挖顺序与支护参数组合方案的综合优化新指标,综合集成粒子群与支持向量机的智能技术,提出高地应力下地下洞室群开挖顺序与支护参数的智能优化新方法。该方法通过典型施工方案的数值计算构建学习样本,采用支持向量机方法对样本进行学习与预测,建立起施工方案与综合优化指标之间的非线性映射关系,在具有一定约束条件的全局空间下,通过粒子群优化算法搜索出开挖顺序与支护参数的全局最优组合方案。将该方法应用于高地应力区黄河拉西瓦水电站地下厂房洞室群的开挖顺序和支护参数优化分析,结果表明该方法的可行性。     

琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护研究

支护设计对大型地下厂房洞室的围岩稳定非常重要,如何使支护参数经济、合理和有效,是工程界一直研究的问题。介绍了琅琊山抽水蓄能电站地下厂房洞室支护方案的确定过程,并在其开挖过程中,进行了信息化支护设计的尝试,通过综合分析实际地质条件、监测资料、施工水平以及跟踪开挖的反分析计算成果,及时调整支护参数,科学地指导现场施工,消除安全隐患,为类似工程设计提供参考思路。     

澳大利亚Kiston水电站地下厂房围岩稳定分析

基于澳大利亚Kiston水电站地下洞室的地质勘查及设计资料,利用FLAC3D数值分析软件,对地下厂房进行开挖支护模拟,分析了在无支护和系统支护工况下,开挖完成后围岩的位移场、应力场、塑性区等的分布特征和演化规律,为地下厂房的开挖支护设计提供依据。     

快速拉格朗日法分析巨型地下洞室群稳定性

广西龙滩水电站地下厂房所处位置地质条件复杂,岩层为陡倾角岩层,断层发育,且洞室跨度大,边墙高,在洞室开挖过程中围岩的稳定性显得十分重要。结合设计院提供的开挖方案使用快速拉格朗日差分法(FLAC)对洞室分层开挖及支护进行了数值模拟,比较分析了两个剖面加锚开挖的结果,得出了一些有益的结论。     

地下洞室施工开挖三维动态过程数值模拟分析

根据地下洞室施工开挖程序和锚固施工方法 ,提出了大型地下洞室施工开挖过程动态模拟的三维有限元数值分析方法。依据岩体破坏特性和弹塑性力学耗散能原理 ,给出了施工开挖动态优化的评估指标和方法 ,并对施工爆破和锚固支护方式等因素进行了模拟分析     

深埋超大跨度地下洞室围岩稳定性研究

在深埋超大跨度地下洞室的开挖过程中,若支护方式和开挖方法不合理,易导致坍塌、大变形等失稳破坏现象,保证洞室的稳定性是施工过程中的核心任务,而现阶段国内外尚无明确标准对于地下洞室的稳定性定量分析,本文采用强度折减法对于深埋超大跨度洞室围岩稳定进行理论研究,得到了不同围岩等级下的安全系数,并对地下洞室破坏形态进行研究,为支护设计提供参考。     

谈软岩中的围岩压力与隧洞临时支护

围岩压力即围岩二次应力状态的全部作用在无支护洞室中出现在洞室周围的部分区域内,在有支护结构(临时或永久性支护)的洞室中,表现为围岩和支护结构的相互作用。目前一般工程中所认为的围岩压力是指由于二次应力状态围岩产生变形或破坏所引起的作用在衬砌上的压力,即狭义的围岩压力。在岩性坚硬的地层中开挖洞室,由于围岩自身力学性能高,依据情况可不设临时支护,但在岩性软弱的地层中开挖洞室,由于围岩自身力学性能差,就必须进行支护,以新疆引额济克西干渠4#引水隧洞为例,讨论软岩中的围岩压力与隧洞临时支护。     

江口水电站地下厂房洞室围岩弹塑性数值分析

采用二、三维弹塑性有限元方法,对江口水电站地下厂房洞室群围岩开挖及锚杆支护进行模拟,研究洞室在开挖过程中及完成后围岩的的变形与应力,并对地下厂房洞室群围岩的整体稳定性作出评价.     

大型地下洞室群稳定性地质力学模型试验研究

某地下厂房洞室群规模巨大,地质条件复杂,为了研究地下洞室群开挖施工过程中的应力及稳定情况,采用平面地质力学模型试验,模拟厂区实际地质条件和洞体结构,施加初始地应力荷载,分别对毛洞情况和支护情况按推荐开挖顺序进行试验研究。试验结果表明,毛洞情况开挖过程中洞周位移未发生突变,开挖完毕后,洞周围岩位移均指向洞内,位移量值不大,洞周围岩未出现切向拉应力,围岩具有一定的超载安全储备。锚固支护后,洞周位移减小,洞周围岩应力分布趋于均匀,应力状态得到改善,超载安全系数得到提高,锚固支护效果明显,除了洞室交叉口和洞室拱座处局部发生应力集中外,整个洞室群开挖后围岩应力分布规律正常,应力状态良好,说明施工开挖方式和锚固支护参数是合理的。模型试验和三维非线性有限元计算结果相比较,位移变化规律、破坏形态规律基本一致,从而达到了相互验证的目的。     

高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性设计优化的裂化–抑制法及其应用

针对高应力下大型硬岩地下洞室群突出的围岩灾害性破坏问题,在多个深部/高应力地下洞室群开挖方案与支护参数优化研究及实践基础上,提出高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性优化的裂化–抑制设计方法新理念及其基本原理、关键技术和实施流程。该方法认为高应力下地下洞室硬岩大变形与灾害性破坏本质上是其内部破裂发展和开裂的外在表现形式,为此建立以抑制硬岩内部破裂发展为关键切入点的理念,以硬岩的开裂测试分析、减裂开挖调整、止裂支护控制为三要素,提出:(1)通过系统地开展洞室群开挖方案优化分析,从开挖角度尽量减少和避免围岩开裂的规模、深度和程度技术体系;(2)通过支护参数、支护时机优化,从支护角度抑制围岩进一步裂化并强化松弛/开裂围岩的整体性从而抵抗地层压力,将围岩从被支护对象转换为承载结构,从而实现充分调动围岩自身承载性能来维护和再造围岩承载拱,达到工程安全、高效和经济的目标。拉西瓦水电站地下洞群开挖顺序优化、白鹤滩水电站地下厂房顶拱支护方案优化、中国锦屏深地实验室的围岩支护参数复核等工程实践表明了其合理性和实用性。     

某水工隧洞开挖与支护的数值模拟

在软弱岩体中进行地下洞室开挖时,通常采用加大衬砌厚度来维持围岩的稳定。但工程实践表明,增加衬砌厚度也会带来一些问题,需要作进一步研究。采用摩尔—库伦弹塑性模型的有限元分析方法,模拟水工隧洞的开挖以及支护过程,研究不同厚度的衬砌及支护对洞室围岩稳定性的影响。计算结果表明,在软弱围岩的地下洞室的开挖过程中,单一增加衬砌的厚度并不是最优的选择。