遇水崩解的极软岩地层中隧洞初支结构设计

国外某核电项目取排水隧洞穿越地层为微风化泥岩及中等风化泥质砂岩,其岩石强度极低,遇水即化、极易崩解,若采用国内常用的钻爆法施工极易导致围岩强度降低,小导管注浆作为超前支护也会导致拱顶围岩软化,严重影响施工安全。鉴于此,在调查研究的基础上,总结了遇水崩解极软岩地层特点及隧洞初支结构的优化设计方案,使隧洞开挖及支护得以顺利完成,为此类特殊地质条件的隧洞支护设计提供了借鉴。     

复杂地质条件下大埋深隧洞衬砌与围岩协同作用#br# 物理模型试验研究

围岩-支护协同作用是地下工程支护结构设计的核心问题,关乎着地下工程建设的成败。为揭示深埋隧洞围岩与支护结构协同作用机理,以滇中引水最大埋深约1512m的香炉山隧洞为研究背景工程,首次开展复杂地质条件下深埋隧洞衬砌与围岩协同作用真三维地质力学模型试验,真实再现隧洞开挖与支护的施工全过程。模型试验研究表明：1）不同地质条件下隧洞围岩的应力释放过程不同,硬岩隧洞围岩应力释放速率先慢后快,软岩隧洞应力释放速率先快后慢;2）不同地质条件下隧洞衬砌与围岩接触压力的分布形式不同,硬岩隧洞最大接触压力位于拱肩,软岩隧洞最大接触压力位于拱顶;3）衬砌与围岩协同作用包括两种应力释放机制、3个施工阶段和4种承载状态;4）不同地质条件下隧洞衬砌施作后围岩和衬砌承担的荷载比例不同,硬岩隧洞围岩平均承担约85%的荷载,衬砌约承担15%的荷载,软岩隧洞围岩平均承担约25%的荷载,衬砌承担约75%的荷载。     

二道弯软岩隧洞施工

结合某软岩隧洞工程概况,确定了隧洞的施工方案,并就隧洞开挖、支护、混凝土衬砌的施工方法作了介绍,得出断面分区开挖的施工方法在软弱围岩中极为实用,可提高工效,加快施工进度。     

高地应力条件下隧洞开挖诱发围岩振动特征研究

 采用理论分析、动力有限元数值模拟和振动监测数据对比等综合方法，研究高地应力条件下隧洞钻爆开挖诱发围岩振动的特征。发现高地应力条件下深埋隧洞钻爆开挖诱发的围岩振动由爆破振动和岩体初始地应力(开挖荷载)动态卸载诱发振动两部分叠加而成。在低岩体初始应力条件下，隧洞钻爆开挖过程围岩振动主要由爆炸荷载所引起；高地应力条件下，开挖荷载瞬态卸荷诱发振动的幅值可超过爆破振动而成为围岩振动的主要因素。利用四川省瀑布沟水电站引水隧洞进口段(地应力水平10 MPa)和尾水隧洞洞身段(地应力水平20 MPa)钻爆开挖过程的实测围岩振动资料，对理论分析和数值模拟结果进行验证。     

高地应力条件下隧洞开挖诱发围岩振动特征研究

采用理论分析、动力有限元数值模拟和振动监测数据对比等综合方法,研究高地应力条件下隧洞钻爆开挖诱发围岩振动的特征。发现高地应力条件下深埋隧洞钻爆开挖诱发的围岩振动由爆破振动和岩体初始地应力（开挖荷载）动态卸载诱发振动两部分叠加而成。在低岩体初始应力条件下,隧洞钻爆开挖过程围岩振动主要由爆炸荷载所引起;高地应力条件下,开挖荷载瞬态卸荷诱发振动的幅值可超过爆破振动而成为围岩振动的主要因素。利用四川省瀑布沟水电站引水隧洞进口段（地应力水平10 MPa）和尾水隧洞洞身段（地应力水平20 MPa）钻爆开挖过程的实测围岩振动资料,对理论分析和数值模拟结果进行验证。     

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。     

钻爆法与TBM开挖深部洞室诱发围岩应变能释放规律

 在深部岩体开挖过程中,围岩应变能的释放是导致岩体破坏的诱因之一,而不同开挖方式下应变能的释放规律存在较大差异。通过理论分析,探讨了钻爆法和TBM开挖下能量的转化和分配机理,并对锦屏二级水电站深埋隧洞TBM和钻爆开挖导致的围岩振动进行现场监测和对比分析,讨论了不同开挖方式下应变能释放的过程及特性。研究表明,高地应力下爆破开挖过程岩体所储存的应变能伴随爆破破岩过程高速释放,且应变能诱发的振动能与爆炸能诱发的振动能大致相当,另外,MS1段释放的岩体应变能约为整个开挖过程应变能释放量的50%;而TBM开挖条件下,开挖岩体内应变能以准静态的方式缓慢释放,几乎全部转化为岩体势能,不会引起围岩动力响应。相同条件下,钻爆开挖所引起围岩释放的应变能的大小和速率均较TBM开挖大,导致相同条件下钻爆开挖的隧洞高等级岩爆发生的频次较多,而TBM开挖条件下以片帮、剥落为代表的破坏现象较为显著。     

软岩隧洞围岩长期稳定性研究

以某洞线穿越典型软岩砂质泥岩地层的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,采用FLAC3D有限差分程序对其施工、运行及流变过程中围岩的受力和变形情况进行模拟,结果表明:(1)分部开挖并及时支护的施工方式能够较好地控制围岩的变形;(2)隧洞开挖后,洞周围岩产生较大的指向洞中的变形,开挖面附近围岩所受压应力大大减小,但总体仍为受压;(3)后期正常运行过程中,洞周围岩的变形逐渐趋于稳定,应力也逐渐向着有利于隧洞整体稳定的方向发展,表明隧洞的长期稳定性良好。研究成果可为软岩地层中隧洞的施工安全及长期稳定性研究提供一定的参考价值。     

浅析N-J工程不良地质条件下敞开式TBM掘进施工

为解决不良地质条件对TBM掘进施工造成的极大困难,结合N-J水电站工程引水隧洞敞开式TBM掘进段试掘进期间的施工实践,首先总结了敞开式TBM隧洞围岩分级方法;然后根据收敛变形、多点位移计等监测结果,通过不断调整、优化,总结了对应于TBM隧洞围岩分级的支护结构参数;最后将该支护结构参数与钻爆法的支护参数进行比较,给出了围岩破碎带敞开式TBM施工的技术措施,确保TBM能在安全、稳妥的条件下施工。     

谈软岩隧洞围岩稳定分析及施工方法

结合影响围岩稳定性的因素,对软岩地区隧洞围岩稳定性进行了分析,并以实际工程为例,探讨了软岩隧洞围岩开挖的施工方法,以期为相关施工单位提供参考。     

压注法敞开式软、硬岩掘进机设计与应用分析

硬岩隧道开挖效率低,软弱围岩隧道钻爆施工存在变形大、易崩塌等现象,严重影响安全、质量和工期.本文开发了一种压注法敞开式软、硬岩掘进机,针对性地设计了开挖装置、出渣系统以及支护系统,采用非爆破方式开挖,同时对该装备的市场前景进行了分析.该设备适用于铁路、公路、水利水电、地铁等隧道的施工作业,可为相关领域装备设计提供参考.     

隧道主支洞交叉部位施工技术

隧道主支洞相交地段处于复杂的三维受力状态,在复杂地质条件下隧道施工过程中必须尽快完成支护,尽快控制围岩变形,保证作业施工安全,使该部位的围岩处于稳定状态。在对主支洞的围岩地质、断面和施工条件等因素进行分析的基础上,运用隧道工程理论,结合辽西北供水工程的12号支洞施工要求,给出主支洞开挖方案、施工流程及支洞过渡段和主洞加强段施工关键技术等,结果表明:通过对隧道断面钻爆参数、围岩支护参数的控制及监控量测数据的反馈,在复杂条件下隧洞开挖施工中可减小对地层的扰动,确保围岩的稳定以及支护与地下结构的安全。     

隧道各向异性软岩力学参数反演及蠕变研究

在高地应力条件下具有层理构造的横观各向同性软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的流变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。采用数值模型模拟木寨岭隧道大战沟斜井试验洞的开挖蠕变过程,建立并验证了隧道宏观变形特征值与围岩力学计算参数之间的BP神经网络。在此基础上根据6+90试验洞现场变形监测数据,反演得到了该处炭质板岩的塑性及蠕变力学参数。应用另两处监测断面的现场监测曲线验证了基于BP神经网络的反演方法及所得炭质板岩力学参数的可靠性。另外分析了横观各向同性炭质板岩的开挖蠕变力学变形性质,对高地应力条件下横观各向同性软弱围岩中隧洞开挖及支护结构的设计、施工具有重要的指导意义。     

嵊州市城隍山软岩隧洞工程设计与施工实例

介绍了嵊州市城隍山软岩隧洞工程设计与施工实例。工程实践表明,在粉砂岩、泥岩等软岩或极软岩层中利用新奥法开挖隧洞,从设计到施工的整个实施过程,结合现场实际工程地质条件情况,通过适时支护和监测手段,是可以达到预期效果的。     

深埋软硬共存隧洞变形特征分析及施工对策

复合地层中深埋隧洞围岩变形特征复杂,软硬共存类复合地层中围岩力学特性差异巨大,开挖力学响应极其复杂,给现有设计和分析理论提出了重要挑战。锦屏二级水电站深埋引水隧洞西端3#隧洞绿泥石片岩洞段围岩即共存绿泥石片岩和大理岩,软岩挤压和硬岩破裂共生,且二者相互影响,通过现场详细地质勘察和地质条件分析,结合临洞监测成果分析和数值模拟分析,研究掌握了围岩变形特征,基于此,考虑后续施工可控变形量和支护厚度得出挤压洞段扩挖尺寸,并给出了相应洞段后续施工风险的应对策略。这为此类深埋隧洞工程相关问题的认识和解决提供了重要参考。     

某水电站地下厂房岩锚梁开挖爆破研究

为获得良好的岩台开挖效果,利用相关工程经验并结合现场实际,在岩石完整与破碎部位采用不同的钻爆参数进行垂直孔与仰孔相结合的岩台光爆试验,分析和比较不同开挖方案的爆破效果,综合考虑爆破震动安全监测和围岩松动圈测试的成果,确定了一组开挖岩台的最优施工程序和钻爆参数.     

高地应力特长大断面隧洞围岩稳定监测与分析

对大埋深高地应力大断面引水隧洞开挖围岩稳定问题,运用隧洞施工理论和监测技术与方法,充分结合工程实际,采用断面收敛仪、多点变位计、振弦式锚杆应力计等监测仪器及方法对围岩收敛变形、隧洞围岩深部变形以及锚杆轴力等围岩稳定进行监测和分析。结果表明：大埋深软L弱围岩地质条件下,隧洞会产生大变形,即使是在初期支护的作用下,净空收敛的量值和速率在测试初期也是很大：隧洞开挖效应对左右边墙锚杆的轴力变化影响较大,而对拱顶锚杆的轴力变化影响较小;洞室开挖侧墙水平应力释放容易导致高边墙产生片帮、剥落,在开挖时应加强高边墙的位移和应力监测,适时进行支护。     

深埋硬岩隧洞围岩的破坏模式分类与调控策略

 根据锦屏II级水电站地下隧洞的地质条件、现场试验、数值分析和支护设计与施工全过程,建立深埋硬岩隧洞围岩的破坏模式分类方法。该分类方法依据支护要求和控制因素将深埋硬岩隧洞的破坏现象分为3个大类、9种典型破坏模式,分析各种破坏模式的发生机制、表现形态以及调控策略,重点讨论岩爆的机制以及相应的调控策略。应用该分类方法对锦屏II级水电站地下隧洞围岩的破坏模式进行识别、机制分析,相应的调控措施也得到采纳。工程实践表明,该分类方法全面、实用,为现场设计、地质和施工工程师等在深埋硬岩条件下进行隧洞开挖和支护设计优化提供具体指导方针。     

TBM与钻爆法在并行长大引水隧洞施工中的适用性研究

在某水电站并行长大引水隧洞中,通过对隧洞规模、沿线工程地质条件、施工工期及开挖渣料再利用等进行综合对比分析,研究钻爆法与TBM施工方法的适用性.TBM施工方法在难以增加施工支洞的长隧洞工程中具有较明显优势,而钻爆法在大断面、复杂地质条件隧洞开挖施工中的适用性更强.通过布置合适的施工支洞,可有效增加该引水隧洞施工断面,从...     

软岩隧道开挖方式的数值模拟研究

通过对某软岩隧道秉用二维有限差分法数值计算,介绍软岩隧道多种开挖方式下隧道周边围岩的应力、应变特征的对比分析,得出结论是：随软岩隧道开挖卸载顺序不同,隧道围岩应力集中的大小、产生时间、塑性区范围、围岩变形大小及其范围都存在明显差异。分析认为,在软岩隧道施工中减少开挖扰动次数和及时封闭初期支护,是控制软岩隧道变形和塑性区扩展的有效措施。