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。     

软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。     

深埋软岩隧洞围岩-支护体系安全控制研究

深埋软岩隧洞变形程度大、持续时间长、支护困难,如何制定有效的设计对策以控制软岩变形是深埋软岩隧洞设计和施工面临的重要技术难题之一.软岩隧洞变形控制研究主要涉及3个关键科学问题:软岩隧洞围岩-支护体系承载机制、围岩-支护体系的安全控制指标与控制标准、软岩隧洞的合理支护时机与支护强度.多年来,国内外学者通过理论分析、现场试...     

敞开式TBM穿越深埋中强蚀变岩区钢结构承载性能研究

深埋中强蚀变岩因蚀变程度均一性差,造成洞周围岩强度不均,局部承载力极低,蚀变岩岩性受地下水作用明显,富水蚀变岩区易产生塌方、拱架大变形等问题,对TBM的顺利通过造成巨大威胁。根据某深埋TBM长隧洞工程穿越中强蚀变岩区的工程实际,结合敞开式TBM出露盾尾后围岩变形及破坏特征,提出了能有效控制掉渣量的"钢板+钢拱架"联合钢结构支护结构系统,并采用有限元方法对钢结构支护系统的承载力进行了详细分析。工程采用钢结构系统后,拱架应力稳定,掉渣量明显减少,保证了敞开式TBM成功高效穿越中强蚀变岩区,为类似工程提供了借鉴。     

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。     

某输水隧洞穿越白垩系泥岩段两种不同开挖方法对比分析

某无压输水隧洞穿越一段白垩系泥岩段地层,极软岩,Ⅴ类围岩,采用数值模拟手段,对本围岩段静力状态下岩体在全断面开挖和上下台阶法开挖两种工况下,隧洞的围岩变形特性和支护结构受力进行分析研究,从而提出更为合理的开挖方法.     

某隧洞超前导洞开挖对围岩稳定及衬砌安全影响分析

文章以某隧洞为例,采用有限差分数值模拟软件FLAC3D建立三维数值模型,模拟了超前导洞法4种不同扩挖方法引起的围岩变形、围岩塑性区及支护结构受力特征响应.结果 表明:超前导洞法施工扩挖方法对隧洞围岩稳定影响较大,分步扩挖明显比全断面扩挖更适用于超前导洞法隧洞施工.相比于其他2种分步扩挖形式,方案二隧洞围岩稳定产生的影响...     

深埋隧洞TBM施工段围岩变形破坏特征及控制策略分析

本文针对水利工程施工深埋隧洞TBM施工段围岩难控制问题,从能量角度出发,简要分析了TBM法开挖岩体应变能的释放特征,按照能量释放程度的不同划分围岩变形特征,指出其变形破坏机制与调控策略;结合辽宁大伙房水库输水主体工程施工,按照所得围岩调控对策指导现场施工开挖与支护。工程实践证明,此法可大大提升隧洞掘进速率,确保隧洞围岩的稳定性。可为相关工程提供借鉴和参考。     

软岩地层围岩蠕变对输水隧洞安全性的影响研究

软岩地层中，隧洞的受力和变形常会受到周围岩体长期蠕变的影响。依托软岩地层中的引水隧洞工程，采用Flac3D软件，对软岩长期蠕变给隧洞安全性带来的影响进行研究。结果表明：(1)泥质围岩经过50年的蠕变，最大底鼓位移量为1.01e-1cm,位于隧洞正下方；(2)围岩经过50年的蠕变，最大下沉位移量为6.75e-2cm,位于隧洞正上方；(3)软岩围岩在经过长期蠕变变形后，最大底鼓位移量大于最大下沉位移量，且隧洞断面利于受压而不利于受拉，隧洞应加强底部的设计。     

锦屏二级深埋长大水工隧洞安全监测关键技术

深埋长大水工隧洞在高地应力、高外水压力等因素的影响下,围岩变形及支护结构受力情况是工程中关心的问题。安全监测是指导设计与施工、了解工程安全状况的重要手段,深埋长大水工隧洞的不确定性给安全监测带来极大的困难。通过锦屏二级水工隧洞安全监测的工程实践,介绍了深埋条件下不同围岩类别的变形及支护结构受力特点,从变形、渗流、应力等角度深入分析了深埋隧洞安全监测中的关键技术,总结了仪器设备埋设的经验,为类似工程提供了参考。     

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。     

渗流-应力耦合作用下穿断层破碎带TBM输水隧洞结构安全研究

为分析敞开式隧道掘进机（TBM）穿越断层破碎带深埋长输水隧洞围岩的稳定性及其支护结构的安全性,依托东庄水利枢纽北线输水隧洞工程,采用ABAQUS软件建立隧洞开挖过程渗流-应力耦合三维动态施工仿真模型,研究了隧洞开挖支护过程中断层破碎带处围岩的稳定性和支护结构的受力特性及其变化规律。结果表明：隧洞围岩由于卸载作用其孔隙度最大值较初始状态增大了0.88%,渗透系数最大值较初始状态增大了2.59%;隧洞围岩孔隙水压力随开挖支护过程先下降—再平缓—最后回升至稳定;围岩塑性区出现在沿径向1 m范围内,等效塑性应变极值出现在围岩腰线处;锚杆应力在衬砌进行支护时达到峰值,其最大值为182.90 MPa;衬砌内、外缘均处于受压状态,衬砌环向应力值随开挖支护过程先出现最大值,随后略微减小至稳定,其值在6.66~11.92 MPa范围内;衬砌的变形整体上表现为向内收缩,收缩量从顶拱和底拱处向腰线处逐渐减小,其值在0.67~1.35 mm范围内;随着排水量的增加,围岩最大径缩量逐渐增大,衬砌外水压力折减系数逐渐减小。研究结果可为穿断层破碎带TBM隧洞工程结构设计及其安全施工和运营提供参考依据。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

某大型引水隧洞穿越断裂带洞段围岩稳定性研究

西南某深埋长隧道位于全新世区域活动断裂带。为了解断裂带的地应力分布情况，现场开展了钻孔岩石取芯分析工作。根据钻孔实测资料，利用莫尔-库仑模型，对隧洞周围的初始地应力场的分布特征进行了模拟分析，掌握了应力分布规律。分析结果表明，无支护条件下，隧洞围岩在断裂带出露处可发生极严重变形，对施工安全有重大影响。建议施工时，采用超前支护，开挖后及时实施二次衬砌等措施，以保证施工安全。     

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。     

中国首台单护盾TBM设备优化改造研究

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7号隧洞围岩主要由上第三系Ⅴ类软-极软岩组成,采用单护盾TBM开挖掘进施工,针对围岩特性、设备运行状况与功能缺陷,以及遇到的各类问题,对设备主机机头刀盘及盾体进行了全面优化技术改造,并重点对盾体前伸护盾结构进行了三维有限元分析。施工实践表明:设备优化技术改造获得成功,技术性能得到全面提升,有效提升了施工效率、质量及安全,取得平均月成洞进尺1 094.0 m的优异成绩,创造了中国首台单护盾TBM在含水疏松粉细砂极软岩地层中的开挖掘进施工记录。可为各类盾构机的设计制造和工程运用提供良好借鉴。     

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...     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

考虑应变软化的高速公路软岩隧道围岩变形分析

软岩隧道具有变形大流变时间长等特点,采用何种模型模拟软岩的应力应变关系在数值计算中至关重要。通过数值模拟和三轴试验对比,确定以驼峰曲线函数表达式描述软岩的应变软化材料特性关系,结合 FLAC 软件采用应变软化模型对三种开挖方式进行了模拟计算分析,确定最优开挖方式。然后针对软岩围岩变形进行了理想弹塑性模型和应变软化模型的分析对比。将软岩应变软化本构模型得出的围岩变形与实测值进行对比分析,发现其二者值能够较好吻合,因此采用应变软化模型计算软岩隧道变形是可取的。