华安水电站扩建工程调压井开挖与初期支护施工技术

全风化层和强风化层中大断面竖井开挖和初期支护是一项复杂施工技术.华安水电站扩建工程调压井总深88.5m,上井全风化、强风化层厚度达52.5m.根据现场施工条件,采用分层分区控制爆破开挖,综合多项初期支护措施进行初期支护成功的解决了施工难题,上部边坡及井身的变形观测显示,围岩和边坡稳定.     

层间错动带影响下巨型地下洞室围岩变形及支护措施研究

白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大且围岩地质条件复杂,软弱层间错动带影响下的地下洞室群开挖围岩稳定性及支护设计难度成为白鹤滩水电工程建设当中的关键技术问题。以右岸7号尾调室受层间错动带斜切影响为例,采用3DEC数值分析软件对其在不同支护方案下围岩和层间错动带变形的控制效果进行分析,探讨层间错动带分布位置对系统支护方案和局部加强支护方案的影响。研究表明:7号尾调室开挖围岩整体稳定性良好,系统支护方案满足维持整体稳定要求,但在层间错动带C_4、C_5局部影响范围内,需进一步采取针对性的加强支护措施,从而加强局部围岩的安全储备。研究工作的成果可为类似深埋地下工程施工及支护方案的确定提供参考。     

大跨度地下厂房顶拱层支护时机数值模拟研究

为研究初期支护不同施作时间对围岩稳定性的影响,以某抽水蓄能电站地下厂房为例,建立三维有限元分析模型,基于岩石材料非线性本构关系,以掌子面与分析断面的距离为控制变量,对比分析不同支护方案下厂房顶拱层的围岩位移、应力及塑性区情况。结果表明,支护时间越滞后,围岩变形及塑性应变越大,衬砌和锚杆承受的荷载越小;支护过迟,则不利于控制围岩变形和充分发挥初期支护的作用。     

开敞式TBM浅埋段施工方法

文中依托工程实践,总结了在掘进参数控制、合理的支护型式和及时的监控量测等措施下,开敞式TBM在浅埋段施工及掘进时满足其自身安全性及围岩初期支护稳定性要求的隧洞上覆最小岩石厚度。对其他类似工程有一定借鉴意义。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明：软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。     

膨胀土中EPS缓冲层-悬臂式挡墙支护结构的受力变形数值模拟

针对膨胀土中墙后铺设聚苯乙烯泡沫(EPS)缓冲层的悬臂式挡墙,探究了膨胀土因降雨入渗产生膨胀时EPS缓冲层的减压效果。对南阳中膨胀土开展膨胀特性试验,确定其在侧限和竖向荷载作用下的膨胀系数;在此基础上,利用ABAQUS数值软件对膨胀土-EPS缓冲层-悬臂式挡墙体系开展数值分析,研究了EPS缓冲层的厚度与弹性模量及与墙体和膨胀土间摩擦对该支护结构受力变形特征的影响规律。结果表明:EPS缓冲层能有效减小悬臂式挡墙上的侧压力并改变墙背土压力的分布;厚度较厚、弹性模量较低的EPS缓冲层减载效果更好;EPS缓冲层与墙体、膨胀土之间的摩擦影响墙背侧压力的分布,但不影响侧压力的合力大小;EPS缓冲层的压缩刚度与其减载性能成反比。     

引水隧洞软岩变形破坏特征分析及支护方案

以某引水隧洞工程初期支护被破坏为背景,探索围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定和施工安全。通过现场地质勘测资料、初期支护破坏现象以及围岩变形监测结果,分析软岩变形破坏特征,以改变支护结构、施工工艺以及支护时间制定新的支护方案。经后期监测结果显示,该方案下围岩的最大水平累计收敛位移为22.14mm,仅为初期变形量的7.6%,说明二次支护方案在设计上合理、技术上可行,为后续的安全施工积累了宝贵经验。     

某隧洞软弱围岩变形特性测试与分析

全面介绍了某水工隧洞软弱围岩松弛变形测试、围岩表面收敛变形监测及对岩体内部岩石位移变化情况监测所采用的技术方法,通过现场测试取得了较为翔实的资料,经分析围岩波速及其松弛厚度变化特征、围岩变形量、变化过程及持续时间,得出该区隧洞埋深在300 m以下的洞段,Ⅲ、Ⅳ1、Ⅳ2类围岩松动圈厚度一般在1 m左右,围岩的变形量主要发生在开挖后的40~50 h以内,且初期变形速度较快。因此,隧洞支护应在围岩未发生充分变形的情况下进行,分析认为该区隧洞Ⅳ2、Ⅴ类围岩支护时间宜在开挖后数小时内完成,而Ⅳ1类围岩可在开挖后数小时至十几个小时内完成,最长不宜超过1 d。通过探讨隧洞及高压管道围岩变形规律及发展趋势,预测围岩稳定状态,为修正原设计支护类型和参数以及合理选择一次支护时机、优化衬砌类型等提供科学依据。     

周家垸电站软岩引水隧洞施工支护与地质预报

在软岩中开挖大跨度长引水隧洞,由于围岩自稳性差,需及时进行初期锚喷支护,缩短围岩应力松弛时间,有效控制围岩变形。为使支护形式经济、合理和有效,在隧洞施工中应根据围岩情况及其动态来选用合适的支护形式及支护参数。对局部断层破碎带、涌水、煤层等地质缺陷地段应做好地质预报,研究超前支护处理措施。详细介绍了周家垸电站软岩引水隧洞的施工支护与超前地质预报情况。     

马蹄形断面引水隧洞开挖数值模拟与支护技术

为研究不同围岩级别下，不同初期支护形式对围岩稳定性的影响程度。结合清原抽水蓄能电站引水隧洞，采取模糊物元法对围岩进行精细化分级，运用FLAC^3D分析3种初期支护因素影响下围岩的受力特性。结果表明：将模糊物元法应用于水利工程岩体质量分级可以有效避免现行规范中围岩级别跨度大、分级指标不相容等问题，为支护强度提供可靠基础。同时根据正交数值模拟试验设计的9种锚喷支护方案受力特性分析，得出在Ⅲ、Ⅳ类围岩下，采取马梯形断面腰部以下不使用锚杆支护形式，可将围岩应变控制在0～5 mm之间，相较于未支护时位移变形减少了90%左右；锚杆承受的轴向应力均控制在其承载能力范围内，满足安全支护。对比全断面支护形式更经济合理，为类似工程提供依据。     

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。     

不同埋深对某水电站隧洞围岩流变稳定性影响

在高埋深下进行隧洞的开挖意味着将克服巨大的构造应力与自重应力,而在进行洞室开挖设计中地应力作用也是不容忽视的。因此,基于卸荷岩体理论和流变理论,依托室内流变试验进行了相关流变参数的反演,结合有限元分析软件ANSYS以及有限差分软件FLAC对比分析了不同埋深下隧洞围岩在加衬砌前后的蠕变变形量、塑性区等。结果表明:随着埋深的增加,隧洞周围的卸荷作用会越来越明显;洞室的开挖卸荷及洞侧围岩的共同作用,使得隧洞在埋深由浅及深的过程中经历了从“压力拱”的出现到消失的过程;当埋深增加时隧洞的水平向位移越来越大,洞侧变形将成为影响隧洞稳定的一个主要控制因素。     

含水率对高地应力炭质板岩隧道围岩稳定性的影响研究

当隧道穿越高地应力富水软弱围岩区段时,易发生坍塌、初期支护结构侵限、钢架扭曲脱离等不良现象。针对这一问题,以渭武高速公路木寨岭隧道为实际工程背景,运用有限差分法软件FLAC3D分别建立了不同含水率下双侧壁导坑法和三台阶七步开挖法施工隧道的数值模型,分析讨论了两种施工方法下围岩压力、竖向和水平位移、塑性区随着含水率增大的分布规律和发展情况。结果表明：随着含水率的增大,炭质板岩强度降低,围岩自稳能力降低,进而降低了隧道的稳定性。隧道上部台阶开挖后,炭质板岩段各监测断面沉降和收敛变形较快,变形量较大;完成初期支护之后,沉降和收敛变形速度逐渐降低,待距离掌子面50 m以后趋于稳定。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

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...     

围岩类型及衬砌厚度对水工隧洞地震动力响应的影响分析

以分析水工隧洞在地震激励作用下的变形破坏机制为目标,针对不同围岩类型和衬砌厚度条件下水工隧洞位移变化,根据地下结构抗震计算理论,选取合理的材料参数和模型边界条件,使用ANSYS建立了某水工隧洞的三维有限元模型,对其施加水平和竖向地震激励,应用瞬态分析法计算了隧洞结构模型在不同围岩类型和衬砌厚度下的水工隧洞动力响应。结果表明,在相同衬砌厚度下,随着隧洞围岩强度的降低,水平位移和竖向位移受影响的程度有明显的区别,即水平位移越来越大,竖直位移无明显规律可循;在相同的围岩强度下,水工隧洞并不会随着衬砌厚度的增加而趋于稳定,在Ⅲ类围岩的情况下,水工隧洞的位移随着衬砌厚度的增加而越来越大,Ⅴ类围岩下改变衬砌厚度对水工隧洞的位移几乎没有影响。因此,合理的设计围岩类型和衬砌厚度,可以既满足水工隧洞抗震性能要求,又能够降低工程造价。研究结果对合理设计隧洞衬砌厚度、增强抗震性能具有参考价值。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房施工期围岩稳定安全监测分析

白鹤滩水电站地下洞室群规模巨大,地质条件复杂,地应力高,洞室开挖期间安全风险大,需要监测围岩稳定情况。通过分析左岸地下厂房第Ⅰ至第 Ⅳ 层开挖安全监测资料,揭示围岩变形规律、特性和原因,并给出了为稳定围岩采取的工程措施。成果表明:洞室施工期围岩变形是地质条件、地应力和开挖等因素共同作用的结果;错动带、裂隙和断层等地质构造影响洞段的顶拱围岩变形总量和变形深度均相对较大,一般洞段下游拱脚围岩变形相对大;顶拱中心和上游拱脚围岩变形大部分在深度6.5 m以内,下游拱脚部分桩号深度超过11 m的区域有一定变形,上下游岩台围岩变形深度大于顶拱;支护锚杆应力、锚索荷载在厂房内的空间分布规律和变化规律与围岩变形一致;一般洞段顶拱的锚杆和锚索受力仍有较好的余度,岩台层采取的针对性处理措施有效地提升了开挖成型效果。研究成果可为后续开挖期间围岩稳定的控制提供参考。     

不良地质引水隧洞开挖支护应力变形数值模拟研究

选取围岩强度低、变形量大的不良地质段为代表断面进行计算分析,建立了FLAC3D模型,研究隧洞开挖支护围岩的变应力变形情况。结果表明:隧洞的开挖破坏了围岩的原始应力场,隧洞径向轴力释放,切向应力集中,隧洞顶拱位置形成了比较明显的开挖松动圈。隧洞支护后,支护措施承受部分围岩压力,围岩应力得到改善,隧洞围岩变形明显减小,开挖断面变形整体趋于均匀,隧洞周边塑性区有所改善,因此支护措施对围岩变形起明显的限制作用。     

高地温水工隧洞围岩喷层结构承载特性研究

为研究水工隧洞在高地温复杂环境下喷层结构的受力特性,以新疆某高地温引水隧洞为依托,采用理论分析和数值模拟的方法,对高地温引水隧洞喷层结构的受力特性进行了研究,并分析了线膨胀系数、围岩不同深度温差以及地应力水平侧压力系数对隧洞喷层结构受力特性的影响。由计算结果可知:在高地温情况下,理论计算的径向压应力最大值为2.07 MPa,环向压应力最大值为35.37 MPa;数值模拟的径向压应力最大值为4.36 MPa,环向压应力最大值为34.37 MPa。通过对比发现:理论计算的径向位移最大值为1.2 mm,环向位移最大值为0.75 mm;数值模拟的径向位移最大值为2.1 mm,环向位移最大值为0.95 mm。数值模拟的结果表明:隧洞围岩喷层结构承受的应力随着线膨胀系数增加会增大;喷层的拱顶与拱底处承受的环向应力随着温差的增加会增大,喷层的拱腰处承受的环向应力随着温差的增加会减小;喷层结构承受的应力随着地应力水平侧压力系数的增加会增大。