安全监测在大型地下洞室围岩变形中的应用

为了保证大型地下洞室施工期安全,以安全监测为主要手段了解围岩状态,为围岩稳定性评价提供依据.本文以乌东德水电站右岸主厂房7~8号机组段上游边墙变形为研究对象,基于安全监测成果,结合地质及施工等对围岩变形进行分析,利用结论采取相应工程措施,并对措施实施后的效果进行评价.主要结论为:右岸主厂房7~8号机组段上游边墙变形主要发生在第Ⅵ层与下方L3施工支洞贯通开挖期间,爆破开挖导致陡倾顺层岩体切脚,产生向临空面顺层滑移;基于安全监测成果进行措施前后对比分析,措施后围岩变形及应力应变变化速率明显减小,实践证明工程措施有效控制了围岩变形,截至目前,该部位围岩稳定;安全监测成果的应用,有效指导了工程施工,为围岩稳定性评价提供了依据,在大型地下洞室开挖中发挥了重要的应用价值.     

文登抽水蓄能电站地下厂房施工期围岩安全监测分析

依据文登抽水蓄能电站地下厂房施工期安全监测数据,对施工期围岩变形和支护受力进行了分析。监测成果表明,主厂房、主变室开挖围岩总体变形不大,最大变形量值为13.01mm,围岩变形-历时曲线整体上台阶状特征显著,不具有明显的时效性;支护体系受力也在正常范围内,表明地下厂房围岩是基本稳定的。结合厂区工程地质条件及物探成果,文登抽水蓄能电站地下厂房洞室围岩稳定主要受到石英二长岩岩性、长大裂隙、断层等地质结构控制,岩体变形受到应力卸荷松弛与局部岩体结构作用,变形较大区域多为受局部不良岩体结构和围岩开挖卸荷损伤作用所致。     

猴子岩水电站地下洞室群围岩松弛损伤控制技术

猴子岩水电站地下洞室群跨度大、地应力高、中主应力和最小主应力非常高,且与厂房轴向大角度相交,易导致大型地下厂房边墙发生劈裂破坏或损伤。根据地下洞室群施工期围岩损伤声波监测等资料分析,地下厂房损伤区主要分布在边墙浅层岩体4～5m范围内,高边墙局部部位损伤区分布在7～10 m范围,最大达11.8m。从开挖施工程序、围岩支护加固参数和时机两方面着手,采取了深层预裂、薄层开挖、随层支护的施工程序,由表及里、由浅入深、柔强结合的支护策略和快速支护加固机制,研究采取了下层超前和自进式锚杆预固灌,预应力锚杆一次注浆快速施工等工艺措施,从而控制了高地应力地下洞室开挖施工过程中的围岩损伤深度和发展程度。     

五岳抽水蓄能电站地下厂房初始地应力反演及围岩稳定性分析

河南五岳抽水蓄能电站地下厂房洞室群结构复杂，主厂房最大跨度26.0 m,高55.1 m,为大型地下洞室。岩体结构面发育，强度低，断层f₁贯穿三大厂房，安全问题突出，需分析其开挖后围岩的稳定性。为此，使用FLAC^3D程序建立地质模型，采用BSA-BP神经网络反演计算了该区的初始地应力场，而后进行地下厂房开挖的模拟计算，分析了围岩应力场、位移场及塑性区发育分布规律，结果表明地下厂房洞室群围岩基本稳定，但在断层发育部位及母线洞两端存在局部变形破坏的可能。研究成果可为该工程设计、施工提供指导，也可为同类工程提供参考。     

CCS水电站地下厂房施工过程中围岩稳定性分析

CCS水电站地下厂房由主厂房和主变室组成,为超大断面地下洞室,其开挖过程中围岩应力、变形等特征决定着地下厂房施工和运营过程中的安全性和可靠性。通过分析工程地质条件,选取#8机组剖面建立地质概化模型,采用有限元程序Phase 2建立数值分析模型,基于弹塑性本构关系对施工开挖和支护进行数值模拟,研究开挖过程中围岩变形场、应力场及塑性区的分布及变化特征。结果表明,洞室顶拱的变形和应力集中主要产生在当层开挖,后续开挖对其影响较小,围岩趋于稳定;主厂房、主变室洞周岩体均呈现出向岩体内延伸的塑性区,塑性区岩体的破坏以剪切破坏为主;锚杆和喷混凝土支护对围岩的变形影响较小,对围岩的应力集中、拉应力区和塑性区有一定程度的改善。该研究结论和方法为地下厂房的施工开挖和支护设计提供了参考。     

基于数值流形方法的地下厂房顶拱喷混凝土开裂成因机制分析

喷混凝土是地下洞室围岩的重要初期支护结构之一。针对丰宁抽水蓄能电站地下洞室的顶拱喷混凝土开裂问题,本文在围岩地质条件和监测数据分析的基础上,采用适于岩石不连续变形问题分析的数值流形方法,对喷混凝土的开裂成因机制进行了研究。首先,基于地质条件和监测数据分析,发现地下洞室顶拱喷混凝土开裂较严重的区域,主要集中在表层围岩变形较大区域,并从荷载效应和围岩变形特性角度,定性分析了喷混凝土开裂原因。其次,在数值流形法中引入节理单元的本构关系,实现了连续体的粘结-开裂过程的模拟。最后,将所提数值方法应用于顶拱喷混凝土开裂的定量分析。计算结果表明,围岩不连续变形将导致喷混凝土承担的弯曲荷载增大,并在荷载值达到喷混凝土的承载极限时发生开裂,进而揭示了岩体结构控制型地下洞室的顶拱喷混凝土层的开裂机理。     

地下厂房洞室群开挖卸荷力学特性及岩体质量评价

针对地下厂房洞室群开挖导致围岩卸荷回弹、岩体质量发生劣化问题,以金沙江某地下厂房洞室群为工程背景,基于卸荷岩体力学理论,采用有限差分法研究了洞室群各期开挖对洞周围岩卸荷力学特性的影响,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用岩体分类指数法对洞室群开挖后的岩体质量进行评价。结果表明,随洞室群的施工开挖,洞周围岩卸荷区不断发生演化,其卸荷区深度、范围逐渐增大;洞室群开挖完成后,三大洞室间均有程度不同的卸荷贯通区出现;洞周围岩部分卸荷区岩体质量由开挖前的Ⅱ类变为Ⅲ类。     

地下厂房围岩稳定性分析及支护方案优化

基于工程实际与设计方案,构建了甘肃省讨赖河三道湾水电站地下厂房洞室群的三维有限元模型,采用弹塑性有限元法计算模拟了洞室分步开挖及支护过程,分析了有无系统锚杆支护工况下围岩的应力状态及洞室变形,论证了锚索支护的必要性,并对锚杆长度设计方案进行优化.计算分析表明,系统锚杆明显改善了开挖围岩的变形与稳定性,该法可行、合理,可供借鉴.     

关于地下洞室喷混凝土支护效果的实践与探讨

地下洞室开挖后,在地应力、不利地质结构面和施工等因素影响下,围岩表面常发生岩爆、片帮、剥落、掉块及局部塌方等现象。拉西瓦水电站引水发电系统地下洞室的开挖支护经验表明,混凝土喷层的作用,只有在其粘结力得到保证的情况下才能充分发挥。网喷混凝土很少脱落,防止岩爆的效较好,比钢纤维喷混凝土较之安全、经济。     

裂隙岩体渗流作用下地下洞室围岩稳定性分析

针对传统的考虑外水荷载的围岩稳定性计算方法难以定量评价地下工程的围岩稳定状况的问题,结合卡里巴水电站的工程实例,采用三维弹塑性损伤有限元数值计算方法,分别在无支护开挖、无渗流锚固支护开挖、有渗流锚固支护开挖三种工况下,定量分析并评价了地下洞室群围岩的稳定状况。结果表明,分期锚固支护开挖可确保洞室围岩稳定,裂隙岩体渗流对地下洞室围岩稳定影响较大。可见裂隙岩体渗流—弹塑性损伤计算方法可定量评价围岩稳定状况,为地下厂房设计、施工及安全运行提供了参考。     

GA-BP遗传神经网络在地下厂房变形预测中的应用

大型水电站地下厂房多采用分层分区开挖方法,施工期围岩变形受施工程序的影响呈强烈的非线性特点。针对传统回归模型对此类地下厂房围岩变形预测精度较低的问题,考虑了影响围岩变形的主要因素,采用遗传算法优化BP神经网络,结合动态分析法建立了施工期围岩变形预测的GA-BP模型。GA-BP模型在向家坝地下厂房运用结果表明,与回归模型相比,GA-BP预测模型提高了预测结果的精度与稳定性,适合施工现场的监测分析与预测。     

高中间主应力下地下厂房高边墙围岩补强支护及效果评价

地应力高、岩石强度应力比低和中间主应力偏高是猴子岩水电站地下厂房的主要地质环境特征,且施工期高边墙围岩稳定性问题普遍、突出。结合开挖揭示的高地应力、围岩坚硬较完整和局部节理裂隙较发育等工程地质环境条件,在总结施工期围岩变形破坏特征和分析监测资料的基础上,研究了高中间主应力条件下地下厂房高边墙围岩补强支护措施,并对其效果进行评价。结果表明,补强支护处的边墙围岩变形速率减小,位移得到了收敛,说明支护合理、有效,为类似工程的围岩补强支护和安全控制提供了借鉴。     

超大断面隧道软弱破碎围岩开挖方案选择及应用效果分析

针对粤东丘陵区某超大断面隧道进口段围岩较软弱破碎、处理不当极易坍塌的问题,为确保工程在该不良地质条件下顺利施工,采用FLAC3D数值软件对超大断面隧道软弱破碎围岩开挖进行数值模拟,通过对比分析双侧壁导坑开挖法和三台阶开挖法对围岩变形、塑性区分布的影响程度,寻找出最适合该隧道Ⅴ级软质破碎围岩段的经济、快速施工方法。将现场监测的围岩变形数据与数值仿真计算结果进行对比表明,三台阶开挖法可以更有效地控制超大断面隧道软弱围岩变形,适合于超大断面隧道软弱破碎围岩段的快速施工。     

引水隧洞二衬刚度与施作时机优选及系统构建

二次衬砌结构刚度与施作时机优选是隧洞工程中关键问题之一,对于引水隧洞穿越软弱流变围岩洞段则尤为突出。为研究引水隧洞开挖过程中时空效应耦合作用对二衬优选的影响,基于现场围岩和支护结构实测应力变形数据,采用三维粘弹塑性有限元方法,结合开挖和支护设计实际工况考虑二次衬砌施作距掌子面不同距离和不同二衬刚度(厚度),分析了围岩变形、二衬内力及变形的变化规律。结果表明,二衬刚度对二衬时机的优选影响不大,围岩应力的释放及围岩变形为二衬时机优选的关键因素,最后针对设计和施工人员开发了二衬支护结构优选系统。研究成果和优选系统可为类似隧洞工程施工和设计提供参考依据。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房岩壁吊车梁承载特性分析

岩壁吊车梁是地下厂房重要的支撑结构,其安全稳定性尤为关键。基于原型观测结果,分析了受到洞室开挖卸荷作用和吊车荷载作用下岩梁锚杆受力、岩梁与围岩结合面情况和围岩变形情况,对岩壁吊车梁进行承载特性分析和安全稳定评价。结果表明,围岩开挖卸荷引起岩体较大的深部变形和应力调整,岩梁锚杆应力水平较高,在开挖完成后,各监测数据趋于稳定;锚杆应力值、锚索荷载未超过设计强度;岩梁与岩壁最大开合度1.24mm;岩梁荷载试验期间,各观测数据增量均较小。总体上,岩壁吊车梁安全稳定,能够满足生产运行要求。     

某料场逆层岩质边坡开挖过程数值分析

为研究逆层岩质边坡在开挖过程中的各种响应与稳定性,建立某料场逆层边坡开挖有限元模型,分析该料场边坡在开挖施工过程中的位移、稳定安全系数和滑裂面变化趋势。计算结果表明,开挖对边坡上部岩体变形影响很小,对中部和下部岩体变形影响大;开挖过程中边坡稳定安全系数逐渐减小,开挖后边坡稳定性较好;随着开挖深度的增加,滑裂面上缘起点逐渐远离开挖面,而剪出口始终位于坡脚,以此确定了不同开挖深度的重点监测区域;可采用剪应变来描述料场开挖造成的岩体损伤,并将边坡损伤等级划分为3级。研究成果可为该料场后期施工过程中的稳定性监测和加固措施采用提供参考,也可为类似工程提供借鉴。     

某隧道围岩参数反演分析及实时施工应用

以某隧道监测到的隧道围岩位移变形数据为依据,选取围岩岩体的弹性模量E与初始地应力侧压力系数K作为反演参数,采用黄金分割法和FLAC3D数值模拟对隧道洞口浅埋段及洞身段围岩进行位移反分析优化计算。在此基础上将反分析得到的围岩力学参数应用于掌子面前方围岩变形的数值模拟计算,将其结果与隧道施工中监控量测结果进行对比,验证了位移反分析在隧道施工中实时应用的可行性,并将拱顶沉降量的预测结果用于设定围岩开挖的预留变形量,通过控制超挖量,减少喷射混凝土用量,节约工程成本。     

三里坪水电站地下厂房洞室群开挖后围岩稳定性分析

根据三里坪水电站地下厂房工程地质条件及洞室群布置情况,采用二维有限元软件Phase2建立典型的Mohr-Coulomb岩体弹塑性模型进行数值模拟分析。结果表明,未采取支护措施时主厂房、主变室应变及围岩塑性区较大,采取支护措施后洞室群围岩位移变形、应力、塑性区均满足设计的围岩稳定性要求。