红层软岩隧洞施工过程围岩大变形特征及其支护

红层软岩作为一种特殊的地质结构具有变形量大及流变性的特点,在该地质条件下开挖隧洞 可能会出现围岩大变形甚至发生失稳坍塌等安全事故。针对滇中引水工程的磨盘山隧洞部分洞段要穿 过红层软岩地区并面临着围岩大变形的难题,采用有限元软件对隧洞围岩变形规律及支护措施进行数 值分析。结果显示:隧洞开挖后洞周发生较大的应力集中,导致围岩变形量和塑性区范围较大,在软弱 断层带部位变形量高达２８５．５ｍｍ,塑性区深度达１０ｍ左右,远远大于硬岩对应值。隧洞开挖后对围岩 进行临时支护以及永久衬砌,两者对减小围岩变形量和塑性区范围均有较为明显的作用。     

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。     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

高地应力软岩隧洞开挖扰动特征与规律研究

高地应力软岩隧洞由于地应力高,软岩强度及变形模量低,变形和破坏现象十分突出.以滇中引水工程香炉山隧洞为依托,研究了不同洞室形状和地应力场条件下,高地应力软岩隧洞围岩的变形和破坏特征.研究表明:隧洞开挖后,围岩应力、变形、破裂范围及支护结构受力均呈分区分布特征,大主应力传递轮廓和围岩变形轮廓基本呈垂直关系.对于高地应力软...     

锦屏二级水电站引水隧洞钻爆法开挖技术

高埋深产生高地应力,高地应力除引发岩体脆性变形发生局部坍塌、大面积垮塌等现象外,在完整围岩洞段易产生形式为剥落、松脱、弹射的岩爆,是岩体破坏的主要原因.本文基于锦屏二级水电站引水隧洞的爆破开挖方式及钻爆参数的不断优化,达到了引水隧洞安全、快速掘进的目的,获得了高埋深、大洞径隧洞各类围岩特别是软岩、断层破碎带、岩爆洞段的...     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

深埋软岩输水隧洞开挖支护时空效应研究

云南滇中引水工程中所穿越的滇中红层软岩流变特性显著,隧洞开挖及支护过程中围岩变形量大,对隧洞开挖支护体系及后期衬砌混凝土结构受力影响显著。重点对软岩蠕滑变形时空效应进行了分析,研究了隧洞开挖的衬砌预留变形量、支护体系合理施做时机及衬砌受力情况。研究表明,在确保隧洞围岩稳定的条件下,通过充分发挥围岩的自稳能力,改善支护体系受力条件,最终实现了隧洞支护参数的最优设计。     

高地应力条件下输水隧洞断面选型及支护设计

在高地应力条件下选择合理的隧洞断面型式以及支护结构,对保证施工期围岩稳定及隧洞长期运行安全具有重要意义。针对滇中引水工程高地应力洞段,通过对比分析不同断面型式下隧洞围岩应力、变形及塑性区分布规律及量值大小,确定了隧洞断面型式为马蹄型,有利于隧洞围岩受力及结构稳定。在综合分析隧洞围岩的应力变形情况及塑性区深度的基础上,结合工程类比法确定了隧洞施工过程的临时支护措施及永久衬砌方案。通过对比支护前后隧洞围岩的变形数值及塑性区分布范围发现:临时支护措施能够有效的控制围岩的变形及减小围岩的塑性破坏范围,经永久衬砌后的隧洞围岩处于稳定状态,无明显的塑性破坏产生。     

构皮滩水电站尾水隧洞特大断面软岩开挖支护

构皮滩水电站尾水隧洞软岩不良地质洞段占尾水隧洞全长的70%以上,确保软岩洞段的安全快速开挖是尾水隧洞施工的关键,尤其一次支护的强度对洞室稳定影响极大。为此,施工中根据软岩的地质特点及尾水隧洞开挖的断面尺寸,采取分层开挖和超前锚杆的施工方式和型钢拱架进行一次支护。根据监测结果,围岩变形很小,一次支护效果良好,表明构皮滩水电站尾水隧洞大断面软岩采取的开挖方式和一次支护方式是成功的。     

基于FDEM数值模拟的软岩隧洞大变形预测

软岩隧洞收敛变形量预测对隧洞施工方法、设备选型和支护设计具有重要意义。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)对软岩隧洞掘进过程开展了模拟研究，并调研了地应力量值对隧洞收敛变形量的影响。结果表明：隧洞大变形机理为开挖卸荷引起径向应力降低、切向应力升高，升高的切向应力造成围岩发生共轭剪切破坏，并持续向深处完整围岩扩展，深部破裂块体对浅部碎裂岩块的接触挤压产生宏观空隙，造成体积增大，发生具有碎胀效应的挤压大变形；随着围岩强度应力比的降低，围岩收敛变形量呈指数函数增大，相关系数高达0.996,为软岩隧洞收敛变形量预测提供了经验公式。     

高地应力条件下德罗电站软岩引水隧洞洞型与支护设计

德罗电站引水隧洞具有距离长、埋深大、洞室围岩为软岩和地应力水平高的特征,确定隧洞断面形式及支护方式,是隧洞工程设计的重点及难点。针对过流能力、结构受力、施工条件、工程投资和工期控制等,对不同断面形式隧洞进行比较分析,推荐采用平底马蹄形断面。根据隧洞沿程围岩类型,确定隧洞各洞段支护方式。三维数值计算表明,德罗电站引水隧洞平底马蹄形断面选择和支护设计方式是合适的,可为同类隧洞工程设计提供参考。     

深埋高压引水隧洞Ⅳ类围岩洞段围岩稳定性分析与支护建议

围岩和支护结构是高压引水隧洞施工研究的主要内容。文章以某水电站深埋高压引水隧洞Ⅳ类围岩洞段为例,利用Flac3D有限元模型对研究洞段围岩开挖支护稳定性进行数值模拟分析。根据模拟计算结果,建议对埋深200m以上的洞段进行强化支护,并给出了具体的支护建议,结论对提高隧洞的施工和运行安全具有重要的指导价值。     

滇中引水工程香炉山隧洞TBM开挖围岩卸荷响应特征

针对滇中引水工程香炉山隧洞TBM掘进洞段地质条件复杂、施工技术难度大等特点,采用现场监测和三维数值仿真2种手段,对典型洞段围岩开挖卸荷响应特征进行了分析。通过对TBM掘进洞段围岩变形和钢拱架受力监测数据分析可知,围岩类别和隧洞埋深均是影响围岩变形量值和收敛时间的重要因素,TBM上的撑靴结构对钢拱架受力影响显著。根据香炉山隧洞敞开式TBM施工特点,提出了敞开式TBM开挖施工的仿真模拟技术,获得了典型断面围岩变形及支护结构受力随掌子面推进的变化规律,可为TBM洞段支护设计优化及掘进过程中卡机问题的预测和判断提供参考。     

隧洞有机仿钢纤维喷射混凝土研究与应用

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大(最大埋深2 500 m左右)、地应力量级高,隧洞开挖以后围岩普遍出现破裂损伤,严重时出现片状破坏和波速显著降低等现象。普通喷射混凝土施工存在一次性喷射厚度不够、需反复施喷、喷层易脱落、同围岩粘聚力不满足设计要求、岩爆洞段抗冲击韧性不足等问题。根据喷射混凝土配合比优化试验成果,选用了纳米有机仿钢纤维混凝土作为引水隧洞工程主要喷射混凝土类型之一,主要应用于TBM掘进洞段、钻爆法潜在岩爆洞段、或高应力问题突出的洞段,可实现快速支护、起强快、回弹少,且具有较强的抗冲击韧性,对地下水发育洞段也较适应,对隧洞安全快速掘进具有重大意义。     

利民堡深埋红粘土隧洞的新奥法施工

粘土地层特别是在地下水位以下进行隧洞开挖时，随着洞周应力的释放将产生较大的收敛变形，极易导致围岩失稳并造成塌方，对于在埋深较大的塑性粘土地层中开挖隧洞，其施工难度就更大。作为一个典型工程实例，引黄南干５＾＃洞利民堡洞段粘土覆盖层厚度深达１８０ｍ，围岩应力高达３．６ＭＰａ，但由于合理运用了新奥法施工，包括采用分步开挖断面、适当预留收敛变形量、缩短开挖循环进尺、加密格栅拱架和及时喷混凝土支护等综合措施，因而顺利贯通。     

大伙房输水工程隧洞出口段偏压应力分析及施工对策

辽宁省大伙房水库输水工程隧洞出口段属于强风化的浅埋、偏压不良地质洞段。为保证安全进洞,掌握浅埋偏压隧洞围岩受力情况及变形规律,本文运用非线性有限元法模拟隧洞开挖过程,分析了偏压隧洞开挖后的应力分布状态、围岩变形及稳定性,并据此采取相应的施工对策,顺利地通过了浅埋、偏压的洞口段,确保施工安全的同时保证了工程质量。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律，基于某软岩引水隧洞工程实例，对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响，掌子面开挖6m以内，拱顶沉降值和周边位移值的变化最大，且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系；(2)软弱岩层隧洞开挖后，围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后，且支护结构与围岩形成支护拱圈时，位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中，对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密；(3)对于软岩区隧洞，因隧洞地层的工程性质较差，隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中，要重视现场隧洞变形监测，发现问题及时处理。     

锦屏二级水电站引水隧洞运行初期安全评价

锦屏二级水电站引水隧洞工程地质条件极其复杂,埋深大、洞线长、洞径大,为世界上规模最大的水工隧洞洞室群工程。重点分析了4条引水隧洞充排水试验和运行初期的围岩变形、支护结构的应力应变、围岩渗透压力及渗漏量的变化情况。结果表明,4条引水隧洞和各横通道封堵体设计合理,施工质量优良,运行状况良好,工程安全正常。     

夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工 开挖支护方案优化调整研究

夹岩水利枢纽长石板隧洞4号与5号支洞之间洞段全风化围岩在富水状态下,施工期出现围岩变形松弛、初期支护拱壁收敛缓慢、施工扰动基岩泥化,导致出现支护钢拱架变形、喷混凝土开裂和渗水等问题。文章结合地质揭露成果,按已挖段、试验段和待挖段三个洞段,实施隧洞开挖及支护方案优化设计,并及时调整支护结构参数,成功解决了软岩、强岩溶等地质段围岩抗变形稳定问题。优化调整方案与工程实际匹配性好,支护衬砌结构经济合理。