软岩引水隧洞施工开挖过程围岩变形规律研究

以云南省滇中引水工程某段软岩引水隧洞建立实体模型,应用三维显式有限差分法程序FLAC3D对其施工开挖过程进行三维数值模拟。计算结果表明,软岩隧洞受到开挖面的空间约束效应,围岩应力逐步释放,相应围岩位移也逐渐增加;在横断面上,拱顶围岩沉降位移沿竖直径向的空间效应主要影响范围在3倍洞径(3D)左右,而拱腰围岩水平位移和拱底隆起位移在1.5D左右;掌子面向前推进过程中,掌子面的空间效应逐渐消失,拱顶、拱底位移在施工开挖面后方约2.5D~3D处趋于稳定,拱腰位移在约2D左右趋于稳定,围岩变形收敛:软岩隧洞需要及时施作初期支护,以提高围岩自承能力,限制位移的增长速度。     

基于数值模拟对深埋引水隧洞地震响应研究

以某城市某项目引水隧洞为研究对象,以构建的深埋引水隧洞的地震响应进行数值模拟研究为基础,通过控制变量,分析不同条件下岩体的力学特性,建立其本构关系模型。同时,分析模型情况,并在动静荷载作用下研究其岩体的具体破坏情况。结果表明,通过建立数值模拟本构关系模型,其本构关系曲线主要为直线弹性-脆性下降-理想状态3个阶段,同时考虑以应变、围压以及破坏效应为主要基础。引水隧洞经受地震条件作用时,响应过程与深埋应力结构具有差异。通过分析静动条件下引水隧洞地震响应情况,从不同轴压、围压条件以及峰值、荷载作用时间4个变量对引水隧洞的地震响应情况进行探讨。应力状况会随着轴压变大而变大,随着围压变大而变小。并且当荷载作用时间不变时,峰值荷载越小,其应力越小;当地震峰值荷载不变时,荷载作用时间越长,其应力越大。     

深埋引水隧洞工程施工模拟模型研究

通过对隧洞工程常用施工方法的分析,认为深埋引水隧洞工程应用掘进机施工是合理的。通过对掘进机施工的深入分析,应用循环运行网络理论,建立掘进机深埋引水隧洞施工的模拟模型,利用模拟试验,研究不同施工方案下的施工成本、效率和工期,从而对整个施工系统进行优化。应用该模型对某隧洞工程施工过程进行了模拟分析,模拟结果与实际工程施工数据对比表明,模拟模型是正确可行的。     

高寒高海拔地区软岩长引水隧洞变形塌方处理技术——以西藏拉洛水利枢纽工程德罗引水隧洞为例

为解决高寒高海拔地理环境和软岩地质条件下,西藏拉洛水利枢纽工程德罗引水隧洞变形与塌方事故频发且处理施工难度大、危险性高的问题,通过对传统变形及塌方处理技术进行优化及组合,采用“超前支护+刚性支护+柔性支护+有序排水”的方案,形成了一套完整的、适用于高寒高海拔地区深埋软岩长引水隧洞的变形与塌方处理施工技术。监测结果表明,该技术取得了良好的围岩处理效果。研究成果可为类似工程提供借鉴。     

某水电站引水隧洞开挖支护数值模拟研究

选取引水隧洞与断层和不整合带相交的最危险断面,建立FLAC3D模型,考虑施工过程对围岩的劣化作用,研究了隧洞分步开挖和支护的各个施工过程中,围岩的变形及稳定性。研究表明,隧洞开挖过程中考虑围岩的劣化时,出现了明显的松动圈,说明围岩劣化对隧洞稳定性有很大影响。采取支护措施后,围岩的变形和应力均有较大改善,但仍存在局部块体的稳定问题,断层位置易产生变形和应力集中,应该引起足够的重视。     

某水电站引水隧洞突水数值模拟

 离散元软件 UDEC 可以用来模拟裂隙岩体的开挖以及进行水力全耦合分析。采用 UDEC 来模拟裂隙岩体开挖后在水力耦合作用下渗流流量与其对应水压力的变化过程并预测可能发生的突水灾害。结果表明开挖洞室以后,在围岩渗流与应力耦合作用下,围岩中裂隙隙宽、裂隙中水压及其渗透流量三者相互作用、相互依赖。裂隙隙宽的减小使得结构面水力梯度变大,作用在裂缝上的渗透压力增大,促进导水裂缝扩展,裂隙连通性增加。裂缝隙宽增大,渗透能力增强,渗流量增大,其渗流压力相应降低。在一定条件下,裂隙隙宽的改变可导致局部水力通道的形成,高压水头从局部涌出,从而促进突水灾害的形成。西南某水电站在深部裂隙岩体中开挖引水隧洞,该处地应力高且外水压大,容易引起突水灾害,对其进行了突水数值模拟,提示了一些可能发生突水的位置。     

新疆某深埋硬岩引水隧洞围岩收敛变形特性分析

新奥法隧道施工特点在于施工中采用柔性支护允许围岩适度变形,在一定形变范围内,形成围岩及支护体系联合稳定体,因此设计施工中掌握隧洞围岩收敛变形一般规律显得特别重要。选取某深埋硬岩引水隧洞工程,对围岩收敛变形量测数据进行统计对比分析,并利用EXCEL软件对数据拟合,得到最优拟合方程,分析其收敛稳定的一般规律,为相关工程设计及施工参数选取提供参考。     

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。     

考虑剪胀效应的深埋硬岩隧洞岩爆过程的数值模拟

基于摩擦强度在粘聚力发生显著劣化后才起作用的本构模型(CWFS模型),将Russense岩爆判据引入数值模拟过程中,研究了不同剪胀角取值对隧洞围岩岩爆区及最大最小主应力差值在70~80MPa之间单元分布规律的影响,并将计算结果与采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型的结果进行了对比分析。结果表明:采用基于Russense岩爆判据的CWFS本构模型模拟出了隧洞围岩发生脆性破坏形成的V型破坏区,且破坏区内的单元均发生了严重岩爆;随着剪胀角的增加,岩爆区的面积显著增大,发生岩爆的单元数明显增多;围岩最大最小主应力差值在70~80 MPa之间的单元在围岩内部均形成了邻近V型岩爆区外轮廓线的V型区域,而采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型则没有计算出围岩中的剪切破坏区,仅计算出了拉破坏区,围岩最大最小主应力差值在70~80MPa之间的单元没有形成V型区域。     

周家垸电站软岩引水隧洞施工支护与地质预报

在软岩中开挖大跨度长引水隧洞,由于围岩自稳性差,需及时进行初期锚喷支护,缩短围岩应力松弛时间,有效控制围岩变形。为使支护形式经济、合理和有效,在隧洞施工中应根据围岩情况及其动态来选用合适的支护形式及支护参数。对局部断层破碎带、涌水、煤层等地质缺陷地段应做好地质预报,研究超前支护处理措施。详细介绍了周家垸电站软岩引水隧洞的施工支护与超前地质预报情况。     

软岩地区小型引水隧洞开挖支护设计与施工

介绍窑里水库引水隧洞在软岩山体开挖中，不同部位采用各种支护方式进行施工。该支护技术在施工中得到成功的应用，可供类似工程借鉴。     

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。     

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...     

高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变分析

高地温热害不仅恶化了施工环境,在热-应力-蠕变作用下,还严重影响工程结构的安全稳定。以新疆某深埋高温引水隧洞为依托,对高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变作用下围岩及衬砌的时效力学响应进行计算。研究结果表明,隧洞开挖后,轴向未开挖岩石在施工期的瞬态温度场扰动范围有限,温度场影响范围约为3 m深度,大约为1倍洞径。自洞口向掌子面,围岩温度逐渐升高,且呈现显著的非线性;在衬砌的作用下,围岩变形量有所减小,衬砌结构可使围岩蠕变变形降低16.91%;衬砌结构变形受开挖过程影响明显,长期的蠕变甚至可能使衬砌结构失效。研究成果可为高地温相关工程设计提供参考。     

深埋长隧洞软岩工程地质特性及变形预测研究

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞穿越软岩（含断层破碎带）时,在高地应力和富水条件下易产生围岩大变形,变形量可达数十厘米到数米,如不及时支护或支护不当,不但给工程建设带来极大困难,而且整治费用高昂,同时会严重影响工期、延滞总体工程进度。根据软岩工程地质特性、软岩大变形分析评价方法、数值模拟结果对香炉山深埋长隧洞进行了软岩挤压大变形分析预测,提出了处理措施建议,避免了软岩大变形可能造成的危害。研究成果可为类似深埋长隧洞工程提供一定的借鉴。     

滇中引水工程香炉山深埋隧洞施工长距离通风研究

隧洞施工期通风是保障施工人员身心健康和地下洞室施工安全、高效进行的关键.根据国家和水利行业标准,并结合滇中引水工程香炉山隧洞施工方法等,确定了滇中引水工程香炉山隧洞施工期通风防尘卫生控制标准.考虑到香炉山隧洞总体施工方案和施工支洞布置,规划了隧洞施工期通风方案,通过供风计算分析,确定了隧洞各工作面的供风量、通风管直径及...     

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。     

西河电站引水隧洞膨胀性软岩的工程地质特性及施工处理

西河水电站引水隧洞2＋705～2＋844m洞段围岩岩性为铝土岩、铝质粉土岩夹粉砂质泥岩及少量煤线、碳质薄层，属软弱岩类．其上覆下伏地层均为坚硬岩。因此，该软弱岩层是一条应力集中带．随着洞室的开挖，蓄集的围岩应力大量释放，导致围岩松弛膨胀，乃至坍塌．针对上述问题，几经探索，最后在施工中采用了刚果结合支撑的措施．具体方法为：（1）开挖爆破面立即全断面喷混凝土封闭；（2）布设工字钢拱圈，拱圈除按常规法联接外，另用螺纹钢布设20m×20m的钢筋网；（3）对钢拱圈进行断面混凝土充填；（4）布置超前锚杆，减少项拱围岩的变形、失稳．