锦屏二级水电站引水隧洞TBM施工工法研究

 锦屏二级水电站引水隧洞是我国目前规模最大的水工隧洞群,特点是洞线长、埋深大、技术难度大,且沿线突水、岩爆、塌方各种地质灾害十分突出,为确保工程施工的安全与按期顺利发电,有必要选择安全快速的掘进方式,为此针对TBM工法,进行大量的调查研究与分析论证,研究结果表明：无论是从岩石的可钻性、耐磨性,还是从岩石的变形、破坏特性,TBM施工都是可行的,对可能遇到的地下水、岩爆、围岩大变形等不良地质条件的处理,较传统的钻爆法有一定的优势,对人员设备的安全具有更好的保护作用。结合地质超前预报和施工中不断改进的施工工艺和支护手段,可以较好地解决施工过程中可能遇到的一些工程难题。     

双护盾TBM施工隧洞岩爆特征微震监测研究

为了研究深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆特征,以某公路隧道为例对微震监测成果进行了统计整理,并在此基础上分析了微震事件与掌子面位置、岩体完整性以及隧洞埋深等之间的相关关系,获取了该工程岩爆事件发生的规律。成果表明,在隧洞采用双护盾TBM开挖过程中岩爆事件并非主要集中在掌子面附近,岩爆存在一定的延迟性和超前性,岩爆发生与开挖过程的时间效应及距离范围存在一定规律。同时,岩爆的能量等级和发生频次与岩体结构及隧道埋深也存在关联性。深埋隧洞在双护盾TBM施工环境下的岩爆规律的研究对类似工程具有一定的借鉴意义。     

锦屏二级水电站深埋引水隧洞岩爆特征及防治措施

硬脆性大理岩条件下深埋隧洞的岩爆问题是西部开发建设中遇到的工程难题之一。文中通过对锦屏二级水电站辅助洞、施工排水洞与引水隧洞施工中发生的岩爆规律与特征的分析总结,提出了该地区地质条件下岩爆的基本条件、分类、风险分区、时空分布特征等。文中阐述了岩爆防治设计思想与原则,并从设法降低潜在震源区的应力水平与设法提高围岩的抗震(抗冲击)能力两个方面出发,针对TBM掘进与钻爆法掘进的不同开挖方案,分别提出了不同的岩爆防治措施。     

锦屏二级水电站引水隧洞开挖施工监理

锦屏山以近南北向展布于河弯范围内,山势雄厚,重峰迭嶂,沟谷深切,峭壁陡立。山脊多呈尖棱状、主脊两侧山梁呈梳状排列。山峰高程大多在4000m以上。引水隧洞工程区内三迭系分布面积约占90%以上,其中广布的碳酸盐岩地层出露面积占70%~80%。由于经受强烈的区域变质和急剧的上升作用,岩溶不甚发育,岩溶地貌景观不很普遍。引水隧洞洞室开挖采用TBM与钻爆开挖相结合的方式,对开挖施工过程监理管理进行了总结。     

秦岭输水隧洞岭南TBM段岩爆成灾与施工关系研究

以秦岭输水隧道岭南TBM施工为背景,通过分析岩爆类型,总结岩爆与隧道施工期间的灾害破坏情况,对主机系统和皮带传输进行了优化改进,掌握了岩爆成灾与隧洞的施工关系,通过技术改进及管理措施后,大幅降低了高频强岩爆对皮带系统、主机系统造成损坏的频率;在岩爆规模大、频次高岩爆洞段TBM建立了“掘进不支护、支护不掘进”安全施工准则。     

SNJ水电站引水隧洞岩爆现象分析及预防

在洞室开挖施工过程中,岩爆的发生给工程建设带来的危害非常大。本文通过分析SNJ水电站引水隧洞的岩爆现象,研究、总结岩爆发生的前提条件、特征,掌握其发生规律,从而制定科学有效的预防工程措施,为工程的顺利开展提供安全保障。文中总结了一套从岩爆现象分析、预测到预防整治措施的理论和实施方案,为其他类似工程岩爆现象处理提供一定的参考。     

SNJ水电站引水隧洞岩爆现象分析及预防

在洞室开挖施工过程中,岩爆的发生给工程建设带来的危害非常大。本文通过分析SNJ水电站引水隧洞的岩爆现象,研究、总结岩爆发生的前提条件、特征,掌握其发生规律,从而制定科学有效的预防工程措施,为工程的顺利开展提供安全保障。文中总结了一套从岩爆现象分析、预测到预防整治措施的理论和实施方案,为其他类似工程岩爆现象处理提供一定的参考。     

深埋隧洞TBM掘进微震与岩爆活动规律研究

以锦屏二级水电站TBM开挖的深埋隧洞为工程背景,基于微震监测数据和岩爆实例,研究了深埋隧洞TBM掘进过程中微震与岩爆时空分布特征及岩爆孕育过程微震演化规律。结果表明:(1)微震活跃期和岩爆高发期处于TBM作业时段及停机后的1 h以内;微震活动范围主要介于掌子面后方3倍洞径至前方0.4倍洞径之间,其峰值位于掌子面后方0.8倍洞径附近;而岩爆主要发生在掌子面后方2倍洞径以内,尤其是掌子面后方1倍洞径以内是岩爆高发区;可见,微震与岩爆具有良好的时空相关性。(2)在时间序列上,微震能突增现象,以及累积视体积快速上升而Schmidt数急剧下降的现象均属微震活动异常,属岩爆前兆。(3)在空间序列上,微震事件逐渐向某个区域高度集结且大震级高能量事件不断增多的现象属微震活动异常,预示高岩爆风险,属岩爆前兆。     

锦屏二级深埋隧洞构造型岩爆诱发机制与案例解析

全长超过16 km的锦屏二级深埋隧洞沿线经过不同的地质单元。在开挖过程中,岩爆的诱发受控于地质构造条件以及由其所导致的局部地应力场,其中与地质构造直接关联的构造型岩爆影响最为突出。系统总结国内外深部工程中岩爆研究的前沿成果,结合锦屏二级水电站深埋隧洞工程中大量岩爆案例所揭示的客观规律,将构造型岩爆进一步细分为端部构造型、滑移构造型和应变构造型岩爆。采用离散元程序和相关的岩爆风险评价指标,开展深入地岩爆案例反演和机制解译,揭示深埋隧洞工程不同类型构造型岩爆的发生机制,并分析该类工程环境下关键岩爆控制因素及各因素的控制机制。最后,针对不同类型的构造型岩爆,提出相应的防治方案,可以为类似工程提供借鉴。     

不同开挖方式下深埋隧洞微震特性与岩爆风险分析

在分析钻爆法和TBM法开挖下围岩应力状态的基础上,基于锦屏二级水电站深埋隧洞微震监测数据,对比研究了钻爆法和TBM法开挖条件下深埋隧洞的微震特性及岩爆风险。结果表明:1钻爆法开挖引起的围岩应力集中距洞壁较远,形成的应力梯度较小;而TBM法开挖引起的围岩应力集中临近洞壁,形成的应力梯度较大。2钻爆法开挖时围岩应变能主要集中在爆破后数小时,尤其是在1 h内释放,而TBM法以连续的方式开挖卸载,剧烈的能量释放伴随着施工全过程。3TBM法开挖导致的事件震级及震源破裂尺度均比钻爆法开挖引起的大。4钻爆法开挖时,围岩积聚的应变能大多以岩体破裂的形式耗散,以岩爆形式显现的较少;而TBM法开挖时,围岩应变能常逐次释放,导致事件频繁发生,而且部分应变能以岩爆形式显现,一般地,同一小范围内常多次发生轻微岩爆,高等级岩爆孕育过程中常伴有低等级岩爆,如中等岩爆发生前伴有轻微岩爆,强烈岩爆孕育过程中伴有轻微和(或)中等岩爆,以此类推。综合上述研究结果认为,在具有强岩爆风险的深埋隧洞中,就防治岩爆而言,钻爆法优于TBM法。     

锦屏二级水电站长引水隧洞高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机安全快速掘进技术研究

 对开敞式硬岩掘进机在锦屏二级引水隧洞群中的应用经验进行总结和梳理,首先针对锦屏二级水电站高地应力下开敞式硬岩隧道掘进机(TBM)设备选型及掘进参数的优化进行研究,合理确定设备结构及掘进参数;采用BEAM,TSP,地质雷达等手段综合开展掌子面前方超前地质预报,取得良好的预报效果,并制定相应的预处理措施。首次在国内水电工程中开展微震监测系统试验及应用,进行高地应力下岩爆风险预测预警研究,较为准确地预测了岩爆发生的大致范围,并开展一系列防岩爆支护措施的试验研究工作,取得较好的效果,有效降低岩爆风险和危害。最后,对如何实现TBM安全快速掘进进行综合分析研究,对今后开敞式TBM的选型和使用提供参考意见。     

锦屏Ⅱ级水电站深部大理岩板裂化破坏试验研究及其对TBM开挖的影响

针对锦屏Ⅱ级水电站TBM引水洞及排水洞深部大理岩发生的剧烈板裂化岩爆与非剧烈板裂化片帮2种板裂化破坏现象,通过采集该工程区深部大理岩岩样,采用真三轴岩爆试验设备,对其在不同高应力作用下的板裂化破坏现象进行室内试验。通过对试验过程中发生的各种现象的全面描述和试验结果的分析表明,试验中岩样发生的板裂化破坏现象与TBM开挖隧道围岩的板裂化破坏具有很好的吻合性,未来围岩的主要破坏方式将以板裂化片帮与岩爆为主。围岩板裂化破坏将影响TBM开挖运行,分别探讨掌子面与洞壁板裂化破坏对TBM开挖的影响。     

锦屏二级水电站深埋隧洞开挖损伤区特征分析

在高应力条件下,岩体强度和应力之间的尖锐矛盾将导致围岩出现损伤,损伤是不同应力条件下围岩状态的直接体现。利用声波检测和钻孔电视对锦屏二级深埋引水隧洞的一典型断面进行全断面测试,声波测试结果显示,断面上低波速带断面形态呈不对称状,与断面应力分布也并不完全对应。在每个声波钻孔中补充钻孔电视,对破裂发育深度和围岩内部实际构造特征有了更直观的认识。为对损伤区特性进行更加准确的描述,利用FLAC3D计算在洞周不同位置处关键点的应力路径,对关键点的应力状态进行分析。在UDEC泰森多边形离散的基础上增加对于节理的描述,分析节理对损伤区分布的影响,模拟结果表明,节理的存在改变了隧洞开挖后洞周的应力分布,从而导致围岩破损和破坏区域的差异。最后,借助于颗粒流程序PFC对隧洞开挖后围岩的损伤区进行模拟,所揭示出的损伤局部化特征和损伤区、破裂区分布特征与现场实际具有很好的一致性。     

深埋长大公路隧道高地应力岩爆和岩溶涌突水问题及对策

对二郎山和华蓥山隧道在建设过程中的高地应力岩爆与岩溶涌突水问题进行了研究，概述了二郎山隧道地应力场，岩爆及围岩变形的监测预报，并对华蓥山隧道岩溶涌突水的特征，原因及对隧道的影响进行了研究：提出了岩爆和涌突水的防治措施，并予以实施。     

锦屏二级水电站引水隧洞岩爆特征及微震监测规律研究

 通过对锦屏二级水电站引水隧洞施工期间大量岩爆记录的深入研究,分析总结出岩爆沿里程分布规律、岩爆围岩破坏方式、隧洞横断面岩爆位置规律、岩爆次数与距掌子面的距离关系、岩爆次数与开挖后暴露时间关系、岩爆烈度与其围岩破坏范围关系等岩爆特征规律。通过对这些规律及岩爆分布与地质构造之间关系的研究,总结地质构造和岩爆的相互作用规律。将微震监测技术用于引水隧洞工程施工,进行深埋隧洞的岩爆监测预警,实现对微震活动的全天候连续监测分析,并根据现场对岩爆的微震监测结果,对微震的时空演化与岩爆之间的关系进行初步探讨。研究结果表明：深埋岩体隧洞中,岩爆的时间、空间、强度等分布存在较明显的规律性,并且与地质结构、施工工法、施工扰动等影响因素之间有着必然的联系,其中地质结构对岩爆的发生起控制作用;岩爆发生之前普遍存在一个孕育过程,并伴随着大量微破裂的产生和微震能量的释放(微震前兆),微震活动对岩爆事件普遍具有时间优先性和空间一致性,可利用其指导安全施工。本文的工程实践验证了微震监测技术用于深埋岩体隧洞岩爆监测预警的可行性,并具有较高准确率,从而为隧洞的岩爆预测和安全施工提供新的研究思路。     

大岗山水电站地下厂房洞室群围岩开挖损伤区研究

 以大岗山水电站地下厂房洞室为研究对象,通过施工阶段的围岩力学性状测试、开挖变形长期监测研究地下洞室开挖损伤区的分布范围和损伤劣化特征。以围岩变形和损伤区实测成果为基础,建立基于正交设计–支持向量机–粒子群算法的反演分析方法。通过对地下厂房洞室开挖损伤区的测试与监测、反演分析表明,损伤区分布范围约为临空面向岩体内部3～7 m范围,其中,围岩类别不同,其损伤区分布范围不同,损伤劣化程度也不同,具体表现为围岩质量越好,其损伤范围越小,但是损伤区岩体损伤劣化程度越高。相关认识是初步的,对类似重大工程的设计施工有一定的参考价值,但还需要进一步开展理论与工程实践研究。     

深基坑分层开挖对邻近盾构隧道的影响分析

基坑工程的施工经常出现在已建盾构隧道的附近,从而必然使已建隧道产生附加变形。为了研究基坑开挖对邻近已建盾构隧道的影响,通过有限元软件PLAXIS针对某深基坑开挖对邻近地铁隧道的影响进行了一系列的模拟,土体本构模型采用PLAXIS小应变土体硬化模型。分析表明：基坑开挖将对邻近隧道产生很大的影响,盾构隧道不仅在水平方向会发生较大的位移,而且在竖直方向也会发生一定的沉降且沉降量不能忽视。     

开敞式TBM在铁路长隧道特硬岩、软岩地层的施工技术

本文主要论述了开敞式TBM在铁路长隧道特硬岩、软岩地层的施工技术,并与当前国内外同类研究、同类技术进行了综合比较。重点研究了施工过程中的主要技术难点和关键技术,其中:TBM施工组织技术、刀具耗损、施工进度与围岩特性关系、TBM刀具国产化研究、TBM在不良地质段的施工技术、TBM施工中的测量控制技术、仰拱预制块的制作及安装工法、内层衬砌和整体道床快速施工、TBM施工的有轨快速运输系统、TBM施工通风及水电供应系统等的研究达到或超过了国际水平。     

玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测

 玲珑金矿是石英脉型金矿床, 目前开采深度已超过500m , 未来开采深度将超过1 000m。对此类矿床赋存条件的地下矿山, 深部开采时可能遇到的一个突出问题就是岩爆。根据系统的工程地质调查、地应力场现场实测、岩石力学试验、三维有限元数值模拟的结果, 采用多种岩爆判断准则, 分析了玲珑金矿深部开采时围岩中的能量分布规律和发生岩爆的可能性, 提出了防治岩爆的建议措施。     

锦屏一级水电站左岸卸荷拉裂松弛岩体灌浆加固研究

 针对强卸荷、松弛拉裂、强震损伤岩体灌浆加固工程中陡倾裂隙面浆液漏量大、加固效果差的技术难题,研发SJP–1型黏度时变型水泥–化学浆液(水灰比0.6);探讨高分子外掺剂对水化硅酸钙生成速度的影响;提出水泥–化学浆液的溶剂化膜理论。研究结果表明：新型水泥–化学浆液可泵期30～90 min,初凝90～210 min,终凝130～290 min,后期强度高出普通水泥浆10%～20%。SJP–1型浆液可避免速凝水泥浆早期强度高、后期强度低的缺陷,并成功地应用于锦屏一级水电站卸荷拉裂岩体和汶川地震灾区损伤岩体的灌浆加固工程。