水布垭电站地下厂房软岩置换体施工

水布垭电站地下厂房是目前国内地质条件最复杂且最差的地下厂房,岩性以灰岩为主,岩体强度低,完整性差。在主厂房开挖施工前必须对厂房周边岩石进行混凝土置换,以确保围岩不产生较大的变形,保证厂房大面积爆破开挖安全。主厂房置换洞采用小药量、弱爆破及周边孔爆破的形式进行开挖,并适时进行喷锚支护,地质条件较差的地段及时安装随机锚杆、系统锚杆和喷钢纤维混凝土联合支护。主厂房置换洞混凝土衬砌分三层进行。置换体预埋件较金,其位置和倾角必须埋设准确;置换体混凝土层大体积混凝土,其入仓强度应不小于32m^3／h,混凝土拌制和运输能力应与之相适应。     

结合引黄工程北干线Ⅳ标段 谈使用TBM施工需注意的事项

山西省万家寨引黄工程北干线1号隧洞前期准备工程Ⅳ标为采用双护盾TBM（全断面岩石掘进机）施工长约25公里的地下隧洞工程，该工程的地质条件比较复杂，涉及含水洞段、煤层洞段、煤矿采空区、岩溶与风化洞段、围岩破碎及土洞和半土半岩等洞段，施工难度大，承包商为中奥联合体，合同采用的是FIDIC合同条款。目前Ⅳ标已完成掘进开挖18公里，TBM施工洞段专业技术性强，     

岩溶区地下厂房洞室群围岩渗流效应分析

岩溶渗流效应包括渗流场的力学效应和岩体软化效应。针对富水岩溶区地下工程的特殊赋存环境,提出了岩溶地下厂房3维渗流场力学效应耦合计算方法和基于强度折减原理的渗流软化效应分析方法。计算分析了不同工况、围岩不同软化程度下洞周变形破坏规律。提出地下洞群整体软化安全系数的确定方法,定量评价不同工况下地下厂房洞群围岩整体相对稳定状态,分析岩溶渗流软化效应对围岩稳定的影响。工程实例表明:考虑渗流场力学效应时,开挖完毕围岩变形都明显增大,变化规律与监测相符;对比无渗流场、考虑施工期渗流场和考虑运行期渗流场各工况的整体软化安全系数变化规律发现,渗流场软化效应显著;运行期正常蓄水后,地下水位的提高引致厂区渗流场调整,对围岩整体稳定存在明显影响。整体软化安全系数能够有效地反映渗流软化效应对岩溶地下厂房围岩稳定的影响,为岩溶区地下厂房工程优化设计、施工监测及安全运行评价提供有益参考。     

基于FLAC~(3D)的岩脉条件下地下洞室间距及围岩稳定分析

目前对于存在岩脉情况下的地下洞室间距和围岩稳定的研究较少,通过采用FLAC~(3D)有限差分的数值分析方法,对岩脉条件下的抽水蓄能电站地下洞室间距问题进行研究分析.以惠州抽水蓄能电站为例,对比分析了地下厂房围岩在不同设计方案下的应力、位移以及塑性区的分布特征,结果显示,在岩脉部位出现了应力集中、位移较大及塑性区增大的现象,根据结果确定了主厂房与主变洞的合理间距.并分析了该间距在锚杆支护条件下的围岩稳定性,总结得出了岩脉在地下洞室间距的确定过程中的影响特征及其对围岩稳定的影响,对与此相类似的工程起到一定的参考和指导作用.     

动态开挖模拟技术在水电站地下厂房的应用

利用ANSYS单元生死的模拟功能,实现了对某水电站地下厂房的动态施工开挖模拟,取得了一些合理的数值分析结果.模拟过程中着重分析了在自重作用下围岩产生的地层构造应力,以及在地层应力作用下围岩的位移状况.开挖完毕后,计算得出地下厂房围岩在外荷载作用下理论最大变形量达到12.5 mm,位于山顶处,在母线洞附近的平均变形为11.1 mm.分析结果可为地下厂房的设计施工以及运行提供有效的指导.     

基于卸荷模拟开挖的地下厂房稳定性分析

根据现场地质条件,对地下厂房工程进行了开挖卸荷模拟,分析了固岩的变形、应力状态和塑性区分布.根据模拟结果,地下厂房开挖后,围岩稳定性良好.受开挖和结构面空间组合作用,上游边墙、下游边墙和顶拱变形量分别在32-60 mm、25-43 mm和10-18 mm之间;变形主要发生在2-4级开挖步;1584-1602高程对围岩的稳定性影响最大;在厂房工程布置的监测仪器所测试结果和数值模拟具有良好的一致性.     

高地应力条件下大型地下洞室群施工期围岩稳定特征研究

地应力水平高、岩体强度低是锦屏一级水电站地下厂房的主要特征,地下厂房施工期的围岩稳定问题十分突出。结合工程地质力学方法和三维有限元手段,对锦屏一级地下厂房施工过程进行了数值模拟,研究了地下厂房施工期围岩的应力变形规律、稳定性特征及围岩稳定主要影响因素。计算结果表明：围岩的应力变形、稳定状态受到断层、洞室布置及开挖支护程序的影响明显。围岩的应力随着开挖的不断进行而增大,最大应力出现的部位也在不断变化。随着开挖的进行,围岩的变形不断在增大,尤其是边墙的变形。在洞室交叉及断层出露部位,围岩的变形较大,塑性区基本贯通,应加强支护。     

高地震烈度区水电站地下厂房结构震损机理分析

中国水电站多位于西南高地震区.针对地下厂房结构的震损机理问题,以距汶川8.0级地震震中最近的映秀湾水电站和渔子溪水电站为分析对象,对水电站建筑物进行了震后实地调查,建立了映秀湾水电站洞周围岩和厂房结构的整体有限元模型,采用波动场应力法,对地下厂房结构在震时的结构稳定性进行了计算分析.根据实地调查结论和数值计算成果,对地下厂房结构的震损机理进行分析.实地震损调查表明,地下结构的震损形式多为表层脱落和闭合裂缝,破坏程度要明显轻于地面建筑.数值计算所反映的震损规律与实际调查中得到的结论基本吻合,则可从数值分析的角度进一步研究震损机理,认为产生震损的外因是沿一定角度入射的地震波,内因是地下厂房结构空间分布的不均匀性,而地下厂房结构赋存于洞周岩体则是地下结构震损与地面建筑具有本质区别的原因.     

关于地下厂房纵轴线方位的优化设计

从地下洞室周边切向应力的英格里(Inglis)公式出发，提出针对不同环境的地应力场进行地下厂房纵轴线方位优选的简便方法，并编程计算了四川二滩等多个地下厂房不同纵轴线方向所对应的洞室周边切向应力，分析不同纵轴线方向条件下洞室周边切向应力的极值，并与实际工程所选取的纵轴线方向所对应的切向应力值比较，讨论了工程所选纵轴线的合理性以及洞室周边应力的集中程度。结果表明，通过地下厂房纵轴线方位的合理选取可以改善围岩的应力状态和稳定性，减小洞壁切向应力的集中程度。     

小浪底水电站地下厂房通风系统运行工况测试分析

小浪底水电站地下厂房通风空调系统经过一段时间的运行后,高温天气造成地下厂房结露、雾气、积水等现象.通过对小浪底电站厂房通风空调系统运行工况进行测试分析,找出问题的主要原因是进风源不是设计要求的无压尾水洞来风,而是取自进场交通洞来风.在严格管理控制进场交通洞进风的情况下,按设计进风源组织测试,发现在高温天气下,无压尾水洞进风具有良好的降温、除湿效果,是天然、经济的冷源.     

喷锚支护措施对地下厂房洞室群整体稳定性影响

喷锚支护措施由于其诸多的优点,在地下工程中得到了广泛的应用。以隐式杆单元模拟锚杆,以壳单元模拟混凝土喷层,采用3维非线性有限元技术,分析冗各水电站地下厂房工程中喷锚支护措施的作用。通过计算得到了喷锚支护措施对围岩应力变形及塑性区的影响;利用强度折减法对地下厂房洞室群的整体稳定性进行计算分析,得到无支护措施情况和喷锚支护时洞室整体稳定性,从而评价支护措施对洞室群整体稳定性的影响。通过3维弹塑性有限元计算分析得到:喷锚支护措施可以有效地限制围岩的变形和塑性区的发展,可以在一定程度上改善围岩应力状态,避免应力集中,使洞室群整体稳定安全系数由1.8提高为2.5,有效提高了地下洞室的整体稳定性。     

小浪底地下厂房顶拱渗漏水分析

小浪底厂房为一大型地下工程 ,其特点决定了必须在干燥状态下长期安全稳定运行 .从水文工程地质角度阐述了地下水在岩体裂隙中的运移 ,分析了施工期及运行过程中地下厂房顶拱渗漏产生的原因 ,讨论了排水设计方案和排水效果 ,并预测达到正常高水位后 ,库水不会对地下厂房产生大面积渗漏 ,影响电站的正常运行 .     

断层位置及强度对地下洞室围岩稳定性影响

岩体工程的稳定性主要受岩体结构控制,而断层是岩体工程中最常见的一类规模较大的地质不连续面。断层的力学性质及其与洞室的相对位置关系决定了围岩的稳定状态,通过数值计算及三峡工程地下厂房变形监测分析表明：断层的存在严重恶化了围岩的应力及变形分布,不同断层位置、不同自然应力场条件下围岩的应力及变形特征存在着明显的差异;断层摩擦强度对断层位于顶拱部位时的围岩变形影响较大,而粘聚力对断层位于边墙部位时影响较大,而且这种影响规律随侧压系数的增大而增大。     

高地应力地区围岩劈裂破坏现场监测和能量耗散模型及应用

随着计算机的发展,数值模拟等技术在岩土领域的应用也越来越广泛。在进行埋深较大的地下洞室施工时,由于岩体的脆性特征,在高地应力作用下,洞室围岩容易出现劈裂破坏。因此,在深部岩体开挖过程中,对于围岩的劈裂破坏区域的预测格外重要。但是目前在现有的计算模型中,尚没有能够很好描述劈裂破坏特性的有限差分本构模型。本文从能量耗散原理出发,结合了横观各向同性模型,采用劈裂破坏准则对模型单元应力状态进行判断,利用FLACE3D的二次开发功能,在C++的编译环境下对模型进行如下改进,在原有模型中导入能量耗散理论和加卸载判据,得到新的自定义横观各向同性计算模型。该模型可以判断岩体所处的加卸载状态,并根据岩石状态使用不同的力学参数进行计算,并且还能够描述高地应力地区围岩产生竖向劈裂裂纹后,不同方向上围岩的不同力学性质。在此基础上对大岗山水电站大型地下洞室群开挖过程中的稳定性进行了计算。另一方面,在大岗山水电站大型地下洞室群开挖工程现场开展了洞周围岩劈裂破坏区的监测,采用钻孔电视、滑动测微计以及形变电阻率三种观测方法,测得了主厂房在进行各个开挖步开挖时,主厂房与主变室之间岩桥中围岩的位移以及劈裂破坏的情况。之后,将现场监测结果与不同本构模型的稳定性分析的计算结果进行对比。并得到以下结论：根据监测结果,大岗山水电站地下洞室群在进行开挖时,主厂房下游边墙围岩的劈裂区平均深度约为13~15m,考虑能量耗散的横观各向同性模型计算所得主厂房下游边墙劈裂区平均深度约为13.6m,二者十分接近;主厂房洞室在进行开挖施工后,随着与临空面的距离增加,围岩内部关键点的位移逐渐减小,在靠近主变室边墙附近,由于又形成了新的劈裂破坏区,因此围岩关键点位移又逐渐增加,考虑能量耗散的横观各向同性模型可以较好的反应围岩位移变化趋势,与监测曲线吻合度较高,而使用摩尔库伦模型以及横观各向同性模型计算得到的曲线则与监测曲线有较大区别;根据稳定性分析结果,主厂房下游边墙吊车梁位置关键点和主厂房洞中关键点开挖后洞壁出现的位移较大,其最大水平位移为29.46mm。主厂房拱顶在开挖的初期位移较大,拱顶竖直位移最大值为10.58mm。主变室拱顶竖直位移为10.06mm。结果表明,对比其他现有的有限差分模型,考虑能量耗散的横观各向同性模型计算结果与实际监测值最接近,可以反应不同开挖步时,围岩内部关键点位移的变化趋势。因此在高地应力地区地下洞室开挖时,可以使用该模型对洞周围岩的劈裂区进行计算与预测,以及在洞室开挖完成后对洞室围岩的稳定性进行分析,并参考计算结果对关键区域加强监测与管理,从而减小围岩劈裂破坏对洞室稳定性的影响。     

深埋隧硐含水围岩弹塑性稳定极限平衡分析

在岩体内开挖隧硐后,由于干扰了原岩应力分布和渗透水压力的作用,硐室含水围岩中呈现次生应力,这种新出现的不平衡应力是引起岩体产生变形、位移甚至破坏的主要根源.以圆形截面隧硐为例,在莫尔库仑理论的基础上,从围岩弹塑性变形的角度出发,分析和计算地下隧硐含水围岩极限平衡时的稳定性和临界支护抗力,为实际地下工程和支护打下理论基础.     

江垭地下厂房支护设计与观测变形分析

运用新奥法理论,对江垭地下水电站主厂房洞室在施工过程中的围岩稳定性进行了计算;并结合原始的变形观测值作了进一步分析验证．介绍了对不稳定块体的工程处理措施．指出在工程实践中严格遵守新奥法施工原则和加强变形观测对于维护高边墙围岩稳定的重要性．     

压力隧洞渗透稳定的参数敏感性分析

为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述计算模型对压力隧洞内水外渗进行了计算.根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度.研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据.     

复杂地下洞室围岩开挖扰动空间效应参数化研究

复杂地下洞室围岩开挖扰动区的形成和发展具有明显的空间效应。岩体开挖扰动损伤总体上表现为岩体变形模量的劣化。考虑到基于厚壁圆筒弹性力学分析的弹性模量压力和半径相关模型的应用局限性,提出开挖扰动区岩体变形模量的半径-位移相关模型,并对模型的多洞室适用性和参数敏感性进行了分析。该模型实质上是一个参数场模型,通过变形模量劣化参数场分布量化揭示开挖扰动的空间效应。以瀑布沟水电站大型地下厂房洞室群工程为例,基于位移监测信息,应用半径-位移相关模型对主厂房围岩开挖扰动的空间效应及围岩稳定性进行了参数化分析。围岩变形模量劣化参数场沿厂房轴线具有明显的空间不均匀性,沿深度方向呈现指数函数分布特征。结果表明:该模型为开挖扰动区岩体变形模量参数的确定提供了合理的数值计算方法;通过岩体变形模量半径-位移相关模型参数化分析开挖扰动的空间效应,对于地下洞室施工期快速监测反馈和围岩安全稳定性评判以及支护优化设计具有显著的工程适用性。