“高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究”成果通过专家鉴定

日前,在长春新民宾馆,吉林省科技厅组织专家对中铁十三局集团公司承建施工的雅砻江锦屏二级水电站工程《高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究》项目成果进行了鉴定。《高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究》是针对国家重点工程锦屏二级水电站引水隧洞群TBM组装洞超大埋深、高地应力和特大断面等特点,     

锦屏二级水电站TBM选型及施工关键技术研究

 锦屏二级水电站引水隧洞属于深埋特长隧洞,其中2条引水隧洞施工采用敞开式硬岩掘进机(TBM)进行施工。引水隧洞TBM开挖直径12.4 m,位列世界第二。引水隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临地下水预报及处理、通风、岩爆防治等三大关键技术问题。通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述TBM近半个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题。对锦屏二级水电站区域地质条件以及主要的工程地质问题进行分析,结合国内外已有的TBM施工经验,对锦屏二级TBM选型以及在施工中面临的超前地质预报、围岩稳定、高地应力及岩爆、突涌水、溶洞、有害气体、断层破碎带等不良地质条件所采用的施工方法进行分析研究,针对性地提出在各种不良地质条件的下的TBM施工对策,对锦屏二级水电站TBM施工提出建议,研究成果可供类似工程参考。     

锦屏二级水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护设计

锦屏二级水电站引水隧洞地处高山峡谷地区,埋深大、洞线长,高地应力、高外水压力问题突出。按照围岩是地下工程中主要的承载结构这一设计思想,应用弹塑性有限元法分析了锦屏二级水电站引水隧洞开挖及支护过程中围岩的变形规律与特征、围岩应力分布及其变化规律、塑性区范围,比较研究了不同渗控方案对隧洞围岩和衬砌的工作状态的影响,得出了一些对高地下水位条件深埋引水隧洞的支护设计有普遍意义的结论。     

深埋交叉隧道施工力学研究

针对锦屏二级水电站4#引水隧洞开挖穿过既有东引2#施工支洞,形成交叉异形大断面,从而再一次引起围岩扰动的情况,结合高地应力区深埋隧道工程,通过三维弹塑性有限元数值模型分析研究手段,分析交叉段围岩应力分布和位移变化趋势。结果显示,在两隧道交叉部位的拱脚处形成应力集中,在两隧道交叉的拱顶部位拉应力区域变大,竖向沉降加大,因此应加强对这两部分支护。研究结论对于交叉隧道设计施工有参考价值。     

锦屏二级水电站1#引水隧洞岩爆洞段数值分析

以锦屏二级水电站1#引水隧洞强岩爆洞段为例,运用RFPA对隧洞上半断面开挖进行数值分析,通过对隧洞破坏模式及其围岩的应力分析,在强岩爆洞段上半断面开挖过程中,围岩首先在边墙附近出现破坏,然后不断向拱肩方向扩展,即应力首先在洞壁附近产生应力集中,导致围岩产生损伤,随着损伤范围的扩大,高应力场向远离洞壁的方向发展,同时洞壁...     

锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题

锦屏二级水电站大型深埋隧洞群由4条引水隧洞、2条辅助洞及1条施工排水洞组成,隧洞群总长约118 km,具有埋深大、洞线长、洞径大、地应力水平高、工程地质条件极其复杂、施工布置困难等特点,是目前世界上己建、在建总体规模最大、综合难度最大的水工隧洞群工程。隧洞群建设中面临地下水预报与处理、岩爆防治等关键技术问题。通过对锦屏二级水电站深埋隧洞群建设中遇到岩爆及突涌水工程治理等工程应用实例进行研究总结,提出下一步工程中所面临的挑战及应对措施。锦屏二级水电站工程深埋长隧洞的建设所取得的经验,可为类似工程提供有益的借鉴。     

围岩稳定性分类的ANFIS模型研究

结合传统的模糊理论和人工神经网络理论,运用ANFIS模型对锦屏二级水电站引水隧洞围岩进行了分类,并取得了一定的工程实际意义和理论价值,从而有利于指导引水隧洞的设计和施工。     

锦屏深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性仿真分析

针对锦屏二级水电站深埋长大引水隧洞围岩蠕变特性研究,对锦屏二级水电站的板岩进行了长达两个月的长期剪切流变试验。应用FLAC3D软件中粘弹塑性本构模型(Cvisc模型),对模拟结果进行分析,隧洞开挖后,围岩变形和应力均迅速变化,持续50天左右,围岩变形趋于某一稳定值,隧洞断面收缩量达3.5%左右,说明隧洞板岩具有硬质和完整的结构,其变形量不大,围岩变形均随时间增长而逐渐趋于收敛状态。     

预应力锚杆在隧洞软岩变形段处理中的应用与施工

锦屏引水隧洞是锦屏二级水电站的主体工程,该隧洞在施工过程中揭露出绿泥石片岩软岩洞段,此洞段在高地应力及围岩自身破碎作用下在开挖支护后产生大变形,在对变形洞段处理时除了施工钢拱架、普通水泥砂浆锚杆和喷射混凝土常规支护手段外,还增加了预应力锚杆、锚筋桩及预应力锚索加固支护,增强了变形洞段支护能力,保证洞稳定安全及工程质量,文章主要浅述预应力锚杆在此工程施工中的运用。     

锦屏二级水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝缺陷修补

混凝土裂缝是一个普遍存在而又难以解决的工程实际问题。锦屏二级引水隧洞衬砌混凝土在高压水流、山体应力等情况下产生了诸多裂缝,采用化学灌浆对混凝土裂缝进行修复,进而对结构混凝土进行补强施工,取得良好的效果。对锦屏二级水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝缺陷修补工艺进行了总结。     

锦屏4#引水隧洞大添埋高强支护体系研究

针对锦屏4#引水隧洞大埋深、高地应力、围岩等级变化大、岩爆较为频繁以及大断面施工的实际情况,进行高强支护技术及其参数优化研究。通过研究使其能够应用到现场实际施工中,并起到良好的作用。     

锦屏辅助洞高地应力围岩稳定性数值模拟分析

在深入研究锦屏辅助洞高地应力分布规律的基础上,建立起高地应力作用下隧洞围岩结构非线性有限元仿真计算模型,通过计算分析得出了不同的应力状态下围岩的应力和塑性区发展情况。计算结果表明,隧洞局部出现严重破坏,由于岩体完整,因而整体稳定性较好。     

雅砻江锦屏二级水电站引水隧洞TBM组装洞开挖

详细介绍了锦屏二级水电站东端3号引水隧洞工程TBM组装洞的开挖实践，着重阐述了TBM组装洞高边墙特大断面分四层十部的开挖方法与各层间施工的指导原则，对于国内同等类型的工程具有十分重要的指导意义。     

锦屏二级水电站围岩相似材料试验研究

为了解锦屏二级水电站3#引水隧洞交叉段围岩力学性能,对该处围岩进行了相似材料试验研究。通过调查国内外围岩相似材料研究现状,利用相似准则,最终确定重晶石粉、河砂、石英砂、粉煤灰、机油为围岩相似材料。并通过大量室内试验研究不同配合比下材料的力学性能,最终确定了该工程围岩相似材料的配合比,为下一步试验研究做好了准备。     

深埋硬岩隧洞开挖诱发破坏的防治对策研究

 针对深埋硬岩隧洞围岩脆性破坏分析时传统应力指标的局限性和相应防治措施理论研究不足的特点,在数值分析中应用反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的RDM本构模型,结合局部能量释放率评价指标分析硬岩脆性破坏过程中能量释放的强弱,对深埋隧洞开挖过程中防治围岩脆性破坏的设计及施工措施进行综合性研究。首先,通过评价隧洞群洞间距、施工进度等设计方案对围岩能量释放的影响,提出预防岩爆发生的区域性对策。然后,针对能量释放的时空演化规律,本着减压卸能的原则,给出支护时机、支护类型和参数的设计建议。同时,在施工控制措施方面通过分析在掌子面上布置应力释放孔爆破卸压防治岩爆的效果,给出应力释放孔布置方案的优化建议。最后,应用上述方法对锦屏二级水电站辅助洞围岩的脆性破坏提出工程防治措施,实践结果表明,所提出的防治对策完全可行,可供类似工程借鉴。     

相邻洞室爆破施工对已有洞室的影响

 爆破施工振动对邻近已有洞室的影响及其控制是隧洞工程中的关键技术问题。新建隧洞在与已有隧洞间距比较小的情况下进行爆破开挖,爆破开挖产生的爆破波会危及已有隧洞围岩和衬砌结构的安全与稳定性。结合锦屏一级水电站左岸洞群工程施工爆破的相互影响分析课题,应用动力有限元数值模拟,研究不同的围岩类别、洞室间距、岩体阻尼比、单响药量情况下爆破振动对邻近已有洞室围岩和衬砌结构的影响问题。根据洞壁振动速度允许值与隧洞衬砌在邻近爆破振动波作用下的动拉应力值,得出施工爆破洞室的最小间距及单响药量控制：III类围岩、洞间距为(1.5～2.0)D时,单响药量应控制在15 kg以内;IV类围岩、洞间距为(1.5～2.0)D时,单响药量应控制在12 kg以内;V类围岩、洞间距为(1.0～1.5)D时,单响药量应控制在10 kg以内。研究结果为实际工程的施工和设计提供了参考和依据。     

深部岩体群洞开挖顺序对围岩稳定性影响分析

针对多孔隧洞围岩开挖的长期稳定性,以锦屏二级水电站引水隧洞为工程背景,对三种不同的开挖工况进行模拟分析,研究多孔隧洞开挖顺序对围岩长期稳定性的影响。得到了洞室间隔开挖,应力集中范围较小,发生滞后岩爆等围岩变形破坏的可能性小,因此,对于多洞隧道开挖采用间隔开挖法有利于降低滞后岩爆的风险。     

深埋长大引水隧洞三维物理模型渗透性试验研究

 地质力学物理模型试验是研究地下工程问题的主要方法之一。结合锦屏二级水电站引水隧洞工程,对高渗透压下深埋引水隧洞进行施工过程的物理模拟,设计制作水压自动控制供水系统,离散式花管渗流生成系统,实现渗流场的高度仿真模拟。对动态施工过程中引水隧洞围岩内部的渗流及演化规律进行计算分析,实体模型内特征点的渗透压力计算值、实测值比照结果证明模型渗流试验系统的科学性和合理性。试验结论为引水隧洞的防渗施工技术设计提供理论依据,并对引水隧洞的长期稳定性、安全性评价和预测具有重要意义。     

弱能量爆破技术在地下隧洞工程岩爆治理中的应用试验

介绍弱能量爆破治理岩爆的原理，以锦屏水电站二级引水隧洞为背景工程，采用 FLAC3D程序模拟高地应力的分布，采用Russenses岩爆判别法确定应力释放部位，拟定4种应力释放爆破方案，每个方案进行3组爆破试验，对试验成果进行分析，试验表明通过对爆炸能量的精心控制，可以起到释放高地应力从而达到治理岩爆的目的。但该方法只是把应力向深部推移，并不能消除地应力，因此及时的支护手段还是必须的。     

考虑渗流-应力耦合效应的深埋引水隧洞衬砌损伤演化分析

高地应力和高(外、内)水压力是影响深埋引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素.基于等效饱和多孔介质理论,将裂隙岩体和衬砌混凝土视为具有透水特性的弹塑性损伤材料,并考虑各自的变形特性与渗透系数的动态演化规律,进行锦屏二级水电站深埋引水隧洞围岩与衬砌结构施工期和运行期渗流-应力全耦合分析.分析结果表明:施工期隧洞周边排水对开挖损伤区影响较大,内水外渗现象对地下水位和围岩结构的安全性影响不大,但内水外渗情况下隧洞的开挖损伤区对衬砌结构较为不利,将导致该部位混凝土出现拉损伤区和压损伤区,应对开挖损伤区采取一定的处理措施.