复杂支护结构软弱地层深竖井施工过程仿真分析

在软弱地层中修建深竖井工程存在围岩失稳坍塌与支护结构破坏等施工安全风险,而合理可靠的开挖支护施工方案是软弱地层深竖井工程施工期围岩稳定与支护结构安全的重要保障。针对某抽水蓄能电站软弱地层排风深竖井工程,建立考虑其复杂支护结构体系的施工全过程仿真分析模型,分析设计开挖支护方案下软弱地层围岩-支护结构体系的应力变形状态,并对施工期围岩稳定性与支护结构安全性进行了评价。在此基础上,通过对比不同开挖层厚、不同衬砌施作时机条件下的软弱地层围岩-支护结构体系施工力学性态,给出针对设计开挖支护方案的合理调整建议。     

结合正井法施工的水电站调压井和竖井合并布置设计

德尔西水电站通过调整、优化设计方案,将调压井和压力管道竖井合并布置,采用快速正井法施工工艺进行竖井开挖和支护,采用滑模工艺施工衬砌混凝土,有效缩短了压力管道的工期,施工过程顺利,达到了预期目的,取得了良好的工程效益,是一次成功的探索和实践。     

坪头水电站1~#竖井的开挖与支护

坪头水电站1#竖井总高度为102.2 m,开挖直径为5.6 m,所处地层为微风化至强风化的细晶白云岩,为Ⅲ~Ⅳ类围岩,极易产生塌方、掉块。通过对1#竖井这种复杂地质条件下开挖与支护施工的方法研究与实践,探索了竖井的导井法施工、开挖前回填灌浆与开挖中的喷锚支护、钢支撑加强支护,对塌方区域采取模喷、回填浇筑等处理方法,总结出对极其复杂地质条件下的竖井开挖与支护分别采取预固结灌浆、锚喷支护、钢支撑加固以及模喷、回填浇筑的综合施工方法。     

新疆大石峡水利枢纽工程导流洞混凝土衬砌拆模时间研究

大石峡水利枢纽工程导流洞长1 200 m、开挖断面12 m×18 m,施工工期安排20个月,受火工品供应影响,隧洞开挖工期滞后,混凝土衬砌工期紧张;为了加快混凝土衬砌的施工进度,同时确保大断面衬砌结构强度安全,合理确定混凝土拆模时间显得尤为重要。采用FLAC3D软件建立三维模型对大石峡导流洞混凝土衬砌施工工况进行计算和分析,结合混凝土立方体抗压试验强度随养护时间变化的关系,确定边顶拱衬砌混凝土合理的拆模时间。三维数值模拟计算和试验结果表明:衬砌混凝土的强度达到25%时,其结构的变形和应力均可满足施工期安全要求,确定现场混凝土拆模时间按24 h控制,拆模后混凝土无变形。拆模时间确定合理安全,施工进度可控。     

溪洛渡右岸导流洞闸门竖井开挖支护施工

溪洛渡水电站导流洞工程规模居世界前列,其右岸导流洞闸门竖井在原定开工日期被推迟2个月的情况下,通过对施工方案合理优化,充分利用竖井断面大、作业面宽的特点,对竖井开挖支护采用了类似于洞外边坡开挖支护的方法施工,保证了竖井开挖支护施工如期完工,顺利实现了竖井开挖支护工序向混凝土衬砌工序的转换.右岸竖井的开挖方法被其他兄弟单位借鉴并部分地运用到左岸导流洞竖井,同样取得了较好的效果.溪洛渡右岸导流洞竖井优化后的开挖支护施工方案为其它类似条件的竖井施工提供了一套较成熟的施工经验,具有一定的借鉴和参考价值.     

水工隧洞衬砌拆模时间研究

大型水工隧洞一般采用定型钢模台车进行混凝土浇筑,混凝土养护拆模时间对工程施工进度及造价都有较大影响,在满足规范要求的拆模强度下,尽量缩短混凝土拆模时间对工程建设具有重要意义。笔者结合某大型工程5号导流洞衬砌施工,采用有限元软件进行了衬砌拆模时间分析,主要研究了24 h、36 h拆模对混凝土强度的影响,为钢模台车拆除时间提供了科学依据,在保证混凝土结构安全、施工质量、确保合理的台车循环时间、加快施工进度等方面取得了较好的经济效益。计算结果对工程实际施工拆模时间控制具有指导意义。     

三道湾水电站出线竖井正井法开挖及方案优化

在三道湾水电站出线竖井施工过程中,由于受施工条件限制,出线竖井工作面提前展开,施工方案由原设计的利用反井钻施工、底部出渣方式更改为利用正井法自上而下施工,出渣采用门式电动葫芦起重机吊运至井口的方式施工。施工过程中,通过改进设备、优化出渣方案等措施,井身实际开挖进尺最高达到25.50 m/月,不仅大大加快了施工工期进度,也为正井法施工在竖直洞室开挖及支护施工过程中的应用积累了不少宝贵的实践经验。     

竖井全断面正井开挖施工法

深竖井开挖施工技术较为复杂、施工风险高,危险系数较大,采取全断面正井开挖施工法能够及时支护和衬砌施工,防止井壁产生渗水及坍塌。新疆某输水工程所属KS3-1竖井深度686 m,采用全断面正井开挖法施工,衬砌混凝土使用整体下移式钢模,能够达到循环掘砌效果,施工进尺达63 m/月,高峰期达81 m/月,一次性施工成型,取得了良好的施工效益。     

溪洛渡左岸出线竖井覆盖层正井施工技术初探

本文结合溪洛渡水电站左岸出线竖井的实际施工情况,分析了在施工过程中所遇见重点和难点,研究了复杂地质条件下大直径出线竖井的正井施工方法,解决了在施工过程中的难题,总结了其开挖、支护、混凝土衬砌等施工技术,可为以后类似工程施工提供参考.     

反井钻机施工斜井、竖井技术介绍

对利用反井钻机施工竖井及斜井工艺技术进行了论述,介绍了反井钻机对竖井和斜井(特别是大于45°或小于90°的大倾角斜井)工程的施工方法。竖井和斜井是水电地下工程建设领域的重点和难点,可采用正井和导井两种方法进行开挖,正井法一般用在没有下部出口或地质条件较差不适用导井法的工程中。对于下水平有出口,地质条件好的竖井和大倾角斜井多采用导井法。这种方法先由反井钻机自上而下先施工导孔,再自下向上开挖一小断面导井,然后再由上向下扩挖到设计断面。导井用于扩挖时溜渣、排水、通风。     

洛宁抽水蓄能电站引水斜井TBM施工关键技术研究

通过分析河南洛宁抽水蓄能电站工程特点及相关地质条件,梳理得到了引水斜井采用TBM施工的关键技术问题,研究提出了洛宁抽水蓄能电站引水斜井应用TBM的布置方案.综合考虑隧洞功能要求、支护及衬砌厚度、围岩变形量等因素,将引水斜井开挖直径确定为7.2 m,在高水头的抽水蓄能电站推广适用性较好.综合考虑TBM施工方法对围岩分类评...     

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...     

水工隧洞设计中几个问题的探讨

探讨了水工隧洞设计施工中有关洞室支护与衬砌、防水与排水设计的问题。根据工程具体特点和施工水平确定了支护参数;依据隧洞的防渗和排水设计＂堵＂、＂排＂原则,确定排水孔深度。实践证明,喷锚支护的岩石固结良好,运行安全。     

岗曲河一级水电站调压井支护措施评价

岗曲河一级水电站调压井边坡外缘岩层较薄,风化严重。针对这种现象,采用ANSYS软件建立岗曲河水电站调压井山体地表、岩层模型,并通过程序将其转化为FLAC3D数值计算模型,利用FLAC3D软件对调压井进行开挖支护模拟。通过分析调压井衬砌结构及围岩在施工期和运行期的变形特性,评价现有支护措施对调压井在施工期及运行期的稳定性。模拟结果表明,利用FLAC3D对调压井支护措施进行模拟,能很好地反映工程实际问题,为调压井工程设计和施工提供参考和指导作用。     

高压岔管首次充排水衬砌开裂规律与渗透特征

高压岔管首次充排水过程是影响衬砌裂缝产生和扩展规律、渗透规律以及长期受力特性的关键因素,亦是关乎结构安全与围岩稳定的重要工况。以阳江抽水蓄能电站钢筋混凝土高压岔管为工程背景,基于流固耦合方法,采用离散单元法(PFC~(2D))研究了首次充水裂缝开展位置与初始地应力的关系;然后,利用有限差分法(FLAC~(3D))分析了衬砌起裂过程和贯通临界压力,明确了首次充排水至平衡状态的衬砌渗透特性以及梯级排水条件下衬砌稳定性;最后,研究了钢筋和锚杆对衬砌结构力学特性的影响,并提出限裂设计参数优化方案。结果表明:内水压力2.8 MPa为衬砌起裂临界压力,继续增至4 MPa时衬砌结构裂缝贯通;裂缝是高压岔管充水期内水外渗和放空期外水压消散的重要渗流通道,衬砌结构配筋与锚杆支护是限制裂缝开度的关键措施;放空期高外水荷载作用下衬砌存在受压破坏风险,应对内水放空梯度进行严格控制。     

南水北调中线工程石渠段边坡防护施工

在南水北调中线工程S6标段石渠段施工过程中,石方预裂爆破开挖完成后发现大部分渠段岩层裂隙发育、局部岩石结构倾角倾向于渠道内侧,个别地段也有夹泥条带,边坡较陡,不稳定。然而,原设计只衬砌了20 cm厚的薄壁混凝土,仍存在边坡整治、模板选型、混凝土质量要求高、施工干扰等工程问题有待解决。经设计变更后,采取了清除破碎带、用浆砌石挡墙置换、采用大型组合钢模、叠模分层浇筑混凝土施工、加强生产质量管理等措施有效地解决了上述问题。     

高温热害水工隧洞支护结构受力分析数值模拟研究

为得到高温热害水工隧洞支护结构的受力机理,以新疆某引水隧洞为例,通过理论计算并使用ANSYS建立热-固耦合模型,对高温热害隧洞支护结构的受力特征进行了计算和分析。结果表明:在围岩与混凝土间设置隔热层能显著改善一期混凝土衬砌的受力情况,衬砌平均应力减小约46%,对二期混凝土无明显影响;隔热层会使支护结构的平均位移增大约14%;隔热层能显著提高一、二期混凝土的安全系数,其均值>1。对隧洞进行喷锚支护并对二期混凝土进行配筋后,隔热层+一期混凝土+二期钢筋混凝土组成的支护结构可以满足工程安全性的要求,可应用于实际工程中。     

考虑主筋约束作用的高压水工隧洞衬砌裂缝开度研究

针对高压水工隧洞衬砌裂缝开度的研究,基于钢筋混凝土有限差分方法,引入Cable结构单元,对衬砌开裂后混凝土—钢筋的联合承载特性进行分析,结果显示,裂缝开裂位置与衬砌力学状态有关。通过探讨运行期高内水压力工况下主筋对衬砌裂缝的约束效果,分析了环向配筋率、钢筋位置、隧洞半径和围岩类别对衬砌裂缝开度的影响,并通过逐步回归分析提出高压水工隧洞衬砌的限裂设计优化方法。结果表明:衬砌最大裂缝开度与环向配筋率、围岩变形模量呈反比,选择适中的钢筋位置可以实现对衬砌的最佳约束;在衬砌限裂的优化设计过程中,建议优先采取固结灌浆等工程措施,改善围岩力学性能,其次提高衬砌环向配筋率以减小最大裂缝开度,将调整钢筋位置和隧洞半径作为衬砌限裂的辅助方法。本文研究成果为高压水工隧洞衬砌限裂设计配筋计算和裂缝预测提供重要参考。     

引汉济渭工程隧洞施工若干技术问题探讨

基于引汉济渭工程隧洞施工实际,结合我国现有技术规范要求,对比分析了引汉济渭工程隧洞动态设计、超前地质预报、隧洞开挖方式、隧洞支护时效及衬砌与掌子面距离等五个方面的问题,得到了适宜引汉济渭工程隧洞施工特点的动态施工技术方法。针对不同围岩条件实施隧洞动态设计,采用了不同的开挖和支护方式。对物探发现的异常区进行钻探验证,以提高地质超前预报及涌水预测精度。地质复杂区段按照"物探先行,钻探验证,有掘必探,先探后掘"的原则组织施工。在实际施工中,应提倡利用围岩在无支护条件下的允许暴露时间也就是围岩的自稳时间实现短距离的掘进与支护分离。对硬岩(Ⅰ—Ⅲ)围岩采用"钻爆设计、光爆施工、工序组织、快速施工"的思路,对软岩(Ⅳ—Ⅴ)围岩采用"围岩量测、确保安全、遵守设计、按部就班"的思路。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。