锦屏一级水电站地下厂房洞室群稳定性分析与思考

 首先对修建于我国西南地区雅砻江干流上重要的梯级电站—— 锦屏一级水电站地下厂房洞室群的巨大规模、布置的复杂性,以及在极高地应力作用,和受到3条大断层及多组节理切割等复杂地质条件下,由于岩体强度较低及工程地质条件的不利组合,对地下厂房洞室群的稳定性提出的严峻挑战进行介绍。对该地下厂房洞室群施工中出现的远远超过同等规模的其他地下厂房的围岩变形,并表现出明显的时效性,还有衬砌开裂、围岩松动区持续加深、已经施工的锚杆锚索张力超限以及突然释放等各种特殊现象进行描述;然后从高地应力特点、岩体流变特性、变形特性等角度对这些现象产生的原因进行初步分析;最后针对上述情况对渐进性支护施工、分级控制锚索初始锁定张力、松动圈强化固结等若干对策的可行性进行探讨。     

复杂地质条件支护预应力锚索施工技术

预应力锚索是一种高效、经济、环保的主动支护手段,广泛用于边坡、围岩、基础、地下洞室等工程的支护。本文结合具体工程案例探讨,主要分析工程施工方案及质量控制注意要点,表现了预应力锚索施工的可行性。     

地下厂房洞室群施工期围岩变形及破坏特征分析

简要介绍了锦屏一级水电站地下厂房洞室群的工程地质条件、施工期安全监测方法。对围岩变形监测成果进行了统计分析,对围岩变形规律及特点进行了研究。结合施工开挖及地质条件,对围岩变形过程、时效行进行了探讨。经过分析认为厂房地下洞室群围岩变形破坏机理复杂,与岩体强度、应力场分布、岩体工程地质特性、洞室群规模和形状、开挖方式、支护时机和强度等多种因素有关,其中地应力高的大理岩岩体强度相对较低是施工期围岩变形破坏的主要原因。提出了增加开挖层数、减少开挖层高、相邻洞室错层开挖、增加对穿锚索及降低锚索锁定初值等建议措施。     

江口水电站地下厂房洞室围岩弹塑性数值分析

采用二、三维弹塑性有限元方法,对江口水电站地下厂房洞室群围岩开挖及锚杆支护进行模拟,研究洞室在开挖过程中及完成后围岩的的变形与应力,并对地下厂房洞室群围岩的整体稳定性作出评价.     

屈服锚索的抗震作用

屈服锚索是预应力锚索大家族中的一个新成员,它的受力特点是在保持支护力恒定的前提下允许围岩变形。当地下洞室遭受爆炸荷载或地震力等动载作用时,以围岩的变形动能来削减动载冲击作用的峰值,以柔性克刚的理念来提高洞室抗动载的能力。它不仅可用于国防工程的加固和改造,也可广泛用于采矿工业中遭受采动影响的巷道和洞室的支护,也可用于抗震工程的加固。在大变形边坡和洞室的支护中也有广泛的应用前景。     

高地应力条件下地下厂房洞室群围岩的变形破坏特征及对策研究

 依据官地水电站大型地下厂房洞室群地应力高、围岩坚硬、结构面发育等特点,在地应力特征、围岩结构特征分析的基础上,结合围岩变形监测成果和三维数值仿真分析成果,对洞室围岩变形破坏特征进行归纳总结,并系统提出高地应力条件下地下厂房洞室群的布置设计、开挖支护设计和施工对策。建议高地应力条件下,洞室纵轴线的选择应兼顾最大主应力方位和围岩主要结构面、采用较大的洞室间距和较大的顶拱矢跨比、采用合理的开挖方式和开挖顺序、适当提高喷混凝土强度等级、延时浇筑岩壁吊车梁和母线洞衬砌、合理确定锚索张拉力锁定值,对具备岩爆条件的洞室围岩先初喷50～60 mm厚的钢纤维混凝土后再实施系统锚杆和挂网喷混凝土层到设计厚度等。上述建议对于高地应力条件下类似地下厂房洞室群的设计与施工具有重要的指导意义和应用价值。     

高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性设计优化的裂化–抑制法及其应用

针对高应力下大型硬岩地下洞室群突出的围岩灾害性破坏问题,在多个深部/高应力地下洞室群开挖方案与支护参数优化研究及实践基础上,提出高应力下大型硬岩地下洞室群稳定性优化的裂化–抑制设计方法新理念及其基本原理、关键技术和实施流程。该方法认为高应力下地下洞室硬岩大变形与灾害性破坏本质上是其内部破裂发展和开裂的外在表现形式,为此建立以抑制硬岩内部破裂发展为关键切入点的理念,以硬岩的开裂测试分析、减裂开挖调整、止裂支护控制为三要素,提出:(1)通过系统地开展洞室群开挖方案优化分析,从开挖角度尽量减少和避免围岩开裂的规模、深度和程度技术体系;(2)通过支护参数、支护时机优化,从支护角度抑制围岩进一步裂化并强化松弛/开裂围岩的整体性从而抵抗地层压力,将围岩从被支护对象转换为承载结构,从而实现充分调动围岩自身承载性能来维护和再造围岩承载拱,达到工程安全、高效和经济的目标。拉西瓦水电站地下洞群开挖顺序优化、白鹤滩水电站地下厂房顶拱支护方案优化、中国锦屏深地实验室的围岩支护参数复核等工程实践表明了其合理性和实用性。     

大型洞室群围岩破坏模式的动态识别与调控

 在归纳地下工程围岩破坏模式分类、分析方法和控制措施等方面研究成果的基础上,建立大型地下洞室群围岩破坏模式的分类方法。该分类方法充分考虑大型洞室群大尺寸、大高宽比和多洞室相互作用等特点,依据控制因素、破坏机制、发生条件3个层次归纳出18种典型的围岩破坏模式,给出每种破坏模式的主要稳定性分析方法和针对性控制措施等方面的建议。并进一步根据大型洞室群分步开挖过程中不断更新的工程地质条件和围岩性状,提出围岩破坏模式的动态识别、复核与调控方法。该方法已成功应用于锦屏二级水电站地下厂房洞室群的开挖过程中围岩破坏模式识别和实时工程措施(开挖和支护)调控,实现施工过程中围岩局部不稳定性问题的识别、预测与动态调控。实践表明,该方法实用、科学和系统,可有效地指导大型地下洞室群施工过程中的开挖与支护设计动态优化,避免局部不稳定性问题的发生。     

地下洞库围岩外加固抗炸弹爆炸性能研究

 为进一步提高已建地下洞库的抗爆炸性能,本文提出了对洞库围岩采用交叉锚固进行加固的方法,并通过相似模型试验对加固前后的洞库模型进行了爆炸对比试验;在采用数值模型计算验证后,利用数值模拟的方法分析了锚索参数以及围岩强度对洞库抗炸弹爆炸性能的影响。研究结果表明：在相同的爆炸荷载作用下,加固围岩洞室衬砌结构的压力峰值、加速度峰值、拱顶位移峰值及整体破坏程度均小于未加固围岩洞室,加固围岩的爆腔体积、塑性区半径均较小,岩体内裂缝较少,爆点附近岩体耗散的爆炸能量较多;加固锚索面积越大、倾角越大、间距越小、长度越大、加固围岩材料强度越高时,洞室衬砌拱顶的位移响应峰值越小,且锚索角度的影响最大,围岩强度和锚索间距的影响其次,锚索面积和锚索长度的影响较小。论文研究可为地下防护工程设计和坑道围岩加固提供参考。     

水布垭枢纽地下厂房施工开挖与加固的数值模拟

通过非线性有限元计算,对水布垭电站地下洞室开挖围岩的应力与变形进行了分析,探讨了主厂房洞室局部软岩置换、喷锚支护等措施对围岩开挖位移与应力的影响;在此基础上,对设计采用的各种支护处理措施的加固效果以及地下厂房洞室围岩的整体稳定性作出了评价.     

在开挖与超载过程中锚固洞室 锚索预应力变化特征

 通过地质力学模型试验方法，研究洞室在开挖与超载过程中自由式锚索和全长黏结式锚索的预应力变化特征。给出锚固洞室在开挖与超载过程中锚索预应力变化的展开图，并给出锚固洞室中锚索预应力的变化特征：在洞室开挖过程中，两种锚索的预应力都普遍减小，但自由式锚索减小的较少(15%左右)，全长黏结式锚索减小的较大(20%左右)，减小的幅度平均为15%～22%。不同部位的单根锚索，其预应力减小的数值大小及所对应的部位都具有很强的随机性。在洞室超载过程中，锚索预应力普遍增加，增加较大的部位与侧压系数N有关，在N＜1时主要是洞室两侧拱脚部位增加较大，拱顶和地板部位增加较小。无论是开挖过程中锚索预应力的减小，还是超载过程中锚索预应力的增加，都是锚索初始预应力较小的，锚索预应力相对改变量较大；否则则较小。因此，在确定锚索超张拉比值时，对不同吨位的锚索应取不同的比值。对吨位较大的应取较小值，对吨位较小的应取较大值。对锚固工程设计和现场施工具有重要参考价值。     

小浪底地下厂房顶拱的开挖与支护

小浪底工程地下厂房顶拱分两期支护,一期为钢筋网喷混凝土加岩石张拉锚杆,二期为顶拱系统预应力锚索。施工中我们从开挖与支护方案审查、质量控制到进度控制,整个施工过程严格把关,关键工序重点控制,保证了工程质量和进度。     

地下工程锚固支护理论研究之进展

传统的锚固理论已不能满足日益丰富的地下工程锚固支护实践的需求,近些年来,新的地下工程锚固支护理论不断发展.本文对新发展的锚固支护理论进行了综述分析,主要包括锚杆中性点理论、围岩松动圈支护理论、围岩强度强化理论、最大水平应力理论、能量支护理论、突破点理论等,指出了存在的问题和今后的研究方向.     

The research of design method for anchor cables applied to cavern roof in water-rich strata based on upper-bound theory

In this study, we use the upper-bound method to develop a collapse failure mechanism of the roof surrounding rock of semicircle arched roadway, with a consideration of the water pressure in the stratum and the support from anchor cables. We consider a cavern with a semi-circular roof and straight walls in a water-rich stratum as a case study. A design method is presented for the required length of and the pre-tightening force of anchor cables on the cavern roof, based on the Hoek–Brown criterion. We analyse the effects of factors such as the cavern width, the pore-water pressure coefficient and the specific weight and the compressive and tensile strengths of the rock mass using established sensitivity indexes for the factors that affect the design parameters of anchor cables. We provide recommendations for controlling the surrounding rock in practical engineering applications for actual scenarios. The design method is used to determine the parameters of anchor cables for the roof of a primary drainage pump station in a mine. The designed anchor cables are used to effectively control the deformation of the surrounding rock. The results show that at the early stage of the excavation of a cavern, the collapse of the surrounding rock of the roof can only be effectively controlled using anchor cables with lengths that meet the design requirements and to which a sufficient pre-tightening force has been applied. In addition, the required length of anchor cables increases with the cavern width, the pore-water pressure coefficient and the specific weight of the rock mass and decreases as the compressive strength of the rock mass increases. The cavern width has the highest sensitivity among the influence factors for the length of anchor cable. Furthermore, the required pre-tightening force for anchor cable for the roof decreases as the tensile and compressive strengths of the rock mass increase and increases with the pore-water pressure coefficient, the cavern width and the specific weight of the surrounding rock. The cavern width also has the highest sensitivity among the influence factors for the pre-tightening force. Finally, the cavern shape and width should be carefully selected for the design and construction of a cavern with weak surrounding rock in a water-rich stratum. The intactness of the surrounding rock should be improved by using high-strength and high-toughness anchored supporting components, applying a high pre-tightening force to the anchored supporting components and using grouting reinforcement to mitigate the effect of water. In this way, relatively good control of the surrounding rock can be realised.     

超千米深井巷道围岩变形特征与支护技术

为解决超千米深井巷道支护难题,以新汶矿区深井巷道为工程背景,分析深部矿井地应力、围岩强度与结构等地质力学参数分布特征,超千米深井巷道围岩、支护体变形及破坏状况。采用UDEC数值模拟软件,研究不同支护方式与参数下超千米深井岩巷围岩变形、破坏特征与支护作用。基于实测与数值模拟研究结果,确定新汶华丰矿-1180回风大巷采用全断面高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合支护加固方式。详细介绍-1180回风大巷支护井下试验,包括支护参数设计、支护材料、底板注浆锚索施工工艺及矿压监测结果。通过分析围岩位移、顶板离层及锚杆、锚索受力监测数据,评价回风大巷支护效果。井下试验表明:高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合加固技术,能够有效控制超千米深井岩巷大变形,保持围岩长期稳定。最后,针对井下试验中存在的问题,提出改进意见。     

真三轴荷载条件下大型地质力学模型试验系统的研制及其应用

 为研究深埋、高地应力条件下地下洞群围岩稳定性,新研制大型真三轴加载地质力学模型试验系统,该系统主要由三维钢结构台架装置和液压加载控制系统组成,可实现全三轴应力状态下在侧向施加梯级荷载。在各加载面上研制和布设组合型滚珠式滑动墙,实现新型超低减摩技术。用该系统开展洞群开挖支护的模型试验,在试验技术和模型制作工艺上有了创新和重大改进：采用预制模块堆砌黏结成型的工艺方法制作模型,提高全模型在力学性能上的一致性;采用数字照相变形量测技术、基于光纤Bragg光栅的棒式位移传感器和新研制的高精度光栅尺型微型多点位移计进行围岩内变形量测;新研发施作注浆锚杆和预应力锚索的独到工艺技术;还开展大埋深条件下的超载试验,观察到围岩破坏的发展过程,试验结果还与数值分析进行对比。研究的方法技术及结果将对类似工程研究有一定的指导和借鉴意义。     

溪洛渡水电站超大型地下厂房洞室群岩体工程控制与监测

 金沙江溪洛渡水电站地下厂房洞室群规模巨大,结构复杂,玄武岩组内层间与层内错动带致使岩体非连续性是主要地质问题。采用损伤弹塑性数值方法对围岩稳定性进行分析,确定洞室开挖顺序和支护参数。精细化施工组织,严格控制开挖对岩体的损伤范围,并保证洞室轮廓的良好成型。及时对监测数据进行分析和反演分析,对支护工作量进行动态设计。开挖过程中,位移和应力变化规律较好;开挖完成后,位移和应力总量值较小,洞室围岩稳定性良好。溪洛渡地下厂房洞室群规模为我国已建和在建工程之首,总结其设计、开挖与支护,监测与反演等岩体工程控制措施,对类似工程具有指导和借鉴作用。     

大型地下洞室岩梁开挖主要工程地质问题及处理措施讨论

为研究地下洞室岩梁主要工程地质问题及其应对处理措施,通过分析白鹤滩水电站岩梁地质条件、破坏特征、影响因素、不利后果等,对岩梁主要地质问题进行归类,分析产生原因,总结处理措施,研究认为岩梁主要地质问题有围岩变形、卸荷回弹、破裂破坏、松弛破坏、块体破坏、缓倾角软弱结构面影响、陡倾角裂隙影响等,为最大限度的避免不利地质条件影响,应在洞室选址、方案布置时便充分考虑,开挖前详细制定岩梁开挖方案,必要时采取预处理措施,对开挖后发生的围岩破坏,可针对性的采用机械挖除、预应力加固、增加插筋、混凝土修补、设置扶壁墙、固结灌浆、锚索加固等措施。     

北京洋桥地下车库抗浮锚杆设计

结合实际工程,比较地下建筑常用的三种抗浮措施,结果表明抗浮锚杆易于施工、造价低廉且利于地下建筑和与其相连的主楼基础间的变形协调,在浮力水头较大时往往优于压重和抗拔桩方案。梳理和探讨抗浮锚杆的设计方法,并介绍保证抗浮锚杆耐久性和锚固节点处防水的构造措施。