秦岭输水隧洞主要断裂带对工程的影响

超长、深埋秦岭输水隧洞穿越秦岭岭脊,其断裂构造极其发育,工程区发育有几十条断层,其中有3条区域性大断裂对工程的影响最大。文章从构造学特征、运动学特征、组构特征、几何学特征等方面探讨了主要断裂带的特征;从断层活动性、岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水、主要结构面产状、物性参数等方面分析研究了断裂带对隧洞工程的影响。结果表明,围岩构造变形的构造学特征、运动学特征、组构特征、几何学特征及其变形形成机制可为预测围岩构造变形空间分布规律提供地质依据。通过对断裂带围岩基本工程特性进行综合评价,可优化隧洞围岩分类结果和衬砌支护参数,能够有效指导隧洞设计和施工。     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

TSP在伊朗Cheshmeh输水隧洞工程中的应用

文章介绍了TSP在伊朗Cheshmeh Langan输水隧洞工程中的应用.该隧洞围岩由灰岩地层组成,通过TSP探测,预测了存在影响隧洞施工的地质问题,为隧洞施工提供了有益的帮助.     

尼泊尔喜马拉雅地区塔玛科什3级水电工程——穿越软弱构造片岩修建隧洞所面临的挑战

由于尼泊尔喜马拉雅地区岩石强度较低,水平应力较高,因此在该软弱构造片岩带中开挖隧洞具有较大的挑战性.文章主要阐述装机容量为650 kW的塔玛科什3级水电工程17km长大跨度隧洞和大型地下发电厂房(这两项工程计划穿越夹杂有软弱构造片岩带的坚硬眼球状片麻岩区域)所面临的重大技术挑战.穿过片岩带开挖的隧洞长度约占总长的15％,由于此岩层带岩石强度较低,具有剪切特性和渗流现象,且水平应力较高,围岩挤压和隧洞塌方都是可预期的问题,因此该工程地下开挖主要关注的问题是大尺寸隧洞的可施工性和工期.为了解决可预期问题,进行了更进一步的研究,主要集中在隧洞最大可建尺寸、方位、减少围岩挤压的开挖方法,以及地下发电厂房稳定性和合理岩石支护设计上.研究发现,在构造片岩带中可施工的全断面隧洞最大尺寸可达9m,为改进的马蹄形(有弧形仰拱).通过对隧洞三种不同方位方案(即正交、斜交、平行)的分析发现,与叶理面正交的方案最佳,可减少围岩挤压近50％.     

基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

TBM施工深埋隧洞围岩分类方法初探

文章针对TBM施工隧洞的围岩分类问题,分析了西南某水电站深埋隧洞影响洞室稳定性的因素,以<水利水电工程地质勘察规范>中的围岩分类方法(HC分类)为基础,依据岩石单轴抗压强度、岩体的完整性系数、岩体结构为主要因素来探讨适合TBM施工深埋隧洞的围岩分类.     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞.隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式.隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题.文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题.通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

基于微观试验的片岩力学特性研究

岩石的微观特性往往能很好地反映其宏观性质,深入研究微观特性对宏观性质的把控及工程实际应用具有十分重要的意义。文章利用铸体薄片试验、电镜扫描试验手段,结合点荷载试验及常规力学试验测试成果,对西南某水电站勘探平洞围岩进行了矿物组成和微观结构的试验研究,分析岩石微观特征与宏观力学性质的相关性,并从微观角度阐述了岩石微观特性对围岩稳定性的影响,为隧洞围岩支护设计、施工奠定了理论和技术基础。     

深埋隧洞围岩应力分布与破坏机理

深埋隧洞围岩高应力破坏机理是研究深埋岩体力学特性和深埋地下工程实践中被关注的一个重要认识问题,深埋条件下围岩应力和围岩强度之间的矛盾更加复杂和典型,也成为认识问题的基本出发点。文章介绍了深埋隧洞开挖时不同部位围岩应力的变化路径;通过对比锦屏辅助洞出现的围岩破坏现象,分别论述了导致边墙松弛型破坏、应力集中部位的片帮破坏和岩爆破坏的围岩应力变化特征,在一定程度上解释了这些破坏的内在机理;并通过采用数值方法再现脆性围岩V型破坏形式,分析探讨了脆性围岩高应力破坏的局部化问题;指出了深埋岩石力学研究中的几个重要环节,如岩体力学特征的尺寸效应和应力路径效应等对准确认识深埋隧洞高应力破坏内在机理的重要意义。     

南水北调西线第一期工程深埋长隧洞技术研究

南水北调西线工程地处青藏高原东南部,规划从长江上游调水170亿立方米,经输水隧洞穿越巴颜喀拉山分水岭入黄河上游,为西部大开发提供水资源保障.调水工程区海拔3 500m,寒冷缺氧,地质条件复杂.第一期工程调水40亿立方米,线路总长260 km,其中隧洞长244km.文章简要介绍了隧洞工程的地质条件、掘进机选型、掘进速度以及施工通风技术等.根据国内外隧洞的技术发展趋势,对未来长隧洞施工作了初步研究.     

近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移弹性解

考虑开挖及渗流影响的水工隧洞围岩稳定是一个重要课题,而近溶腔高压水工隧洞围岩应力位移研究是该课题的难点。据此,文章基于弹性假设理论,引入反溶腔作用系数,采用复势理论求解近溶腔水工隧洞开挖问题,获得围岩应力及位移解析表达式。将水工隧洞内水外渗的各影响因素简化为轴对称情况,并将渗流场以渗透体积力方式作用于应力场,采用平面应变理论求得正常运行期的过水公式,最后通过叠加原理求得弹性解。在满足挪威准则条件下,对比内水外渗前后的计算结果,依次探讨反溶腔作用系数、岩石孔隙水压力及埋深等的影响规律。分析结果表明:初次充水对围岩稳定起决定作用;反溶腔作用系数及埋深增大有助于围岩稳定;在岩石孔隙水压力影响下,溶腔一侧环向应力场出现大小值交换现象,而径向应力场并不出现该现象;近溶腔水工隧洞围岩偏压效应随着反溶腔作用系数的增大而弱化。     

基于TBM工法的隧洞工程进度定量分析——以引红济石隧洞工程TBM段为例

文章结合QTBM理论,对引红济石隧洞工程前期的开挖进度数据进行了分析统计,结果表明:该工区TBM在Ⅲ类、Ⅳ类围岩中掘进速率较为稳定,而在V类围岩中掘进速率较低;同时,获得了适合该工区的岩体品质参数以及TBM净掘进速率、平均使用率等相关参数;并据此对该工程TBM待开挖段的工程进度进行预测,预测表明剩余6600m的开挖尚需...     

西南水电工程水工隧洞涌突水问题分析

水电是缓解当前能源危机和环境污染的关键技术。作为水电工程的重要建筑物,水工隧洞的安全施工和运营是关键。西南地区地质条件复杂,隧洞穿越不良地层易引发涌突水,威胁人民生命财产安全。文章基于大量既有资料和文献,分析了西南水电工程水工隧洞涌突水问题,得出的结论为:(1)水工隧洞主要类型有枢纽区隧洞群型和傍河长距离型;(2)基于水文地质结构,枢纽区隧洞群型主要发生有裂隙涌突水,傍河长距离型主要发生有裂隙涌突水、复杂构造破碎带涌突水和岩溶涌突水;(3)发生涌突水隧洞的围岩常表现为裂隙和构造发育、可溶岩分布广等特征;(4)为了水工隧洞的安全、经济和生态,需系统分析地下水特征,优化裂隙、岩溶系统探测,开发涌突水定量化数学、数值模型,组建专家决策团体,编写具体、完整、针对性和科学性的规程,并提出治理措施。     

大伙房输水隧洞混凝土衬砌层的地震响应分析

文章结合大伙房输水隧洞二期工程,考虑围岩与衬砌层、水体与衬砌层的相互作用,采用现代岩体力学模型,对其进行模态分析和时程分析,分析了混凝土衬砌层的动力特性和地震响应,探讨了埋深、衬砌厚度、围岩弹性模量和水体等因素对混凝土衬砌层地震响应的影响;并指出衬砌层的环向应力是地震破坏作用的主导,埋深和围岩弹性模量是影响衬砌层地震性能的重要因素,衬砌厚度和水体的影响较小。     

深埋硬岩隧洞围岩变形量分形结构研究

针对深埋硬岩隧道围岩变形及地质灾害等问题,文章基于分形理论的计算方法,对锦屏二级水电站深埋引水隧洞施工过程中的围岩变形量进行了分形特征研究。结果表明:深部岩体隧洞开挖施工过程中,围岩的形变在时间上是具有分形特征的,而且呈现出较好的自相似结构特征;在同一埋深的条件下,分形维数最大值在隧洞拱顶部,其次在拱肩,边墙分形维数最小;埋深在500～1 800 m外,围岩灾害发生的频率同样随隧洞深度增加而明显呈现出增长的趋势;但当隧洞埋深在1 800 m范围之外时,变形量分形维数及围岩灾害发生的频率趋于稳定,受到埋深的影响很小。     

大伙房引水隧洞不良地质洞段围岩变形监测及支护措施分析

文章对采用TBM法施工的超长隧洞中含有断层和破碎带的不良地质洞段围岩进行的收敛变形监测数据进行了非线性回归分析,判断出了支护结构对围岩变形的影响。结果发现,支护初期围岩变形很大,仰供浇筑后围岩变形速率明显减小。因此在TBM施工过程中,对不良地质洞段除了一般的支护措施以外,应及时进行仰拱封闭施工;对不良地质洞段围岩变形进行定量分析,判断支护参数的合理性,为TBM顺利通过后面的不良洞段提供经验教训。本成果对同类工程的施工也有一定的借鉴价值。     

钻爆法和TBM两种不同施工方法下深埋高外水压力隧洞的破坏特点及其力学机制分析

钻爆法和TBM法是地下工程掘进的两种主要方法,其对围岩扰动程度、加固措施有显著影响。文章以四条平行分布且分别采用TBM法和钻爆法掘进的大型隧洞为研究对象,进行同一地质条件下不同开挖方法对围岩破坏的影响研究。通过大量地质资料的统计处理、力学分析,总结了围岩的破坏方式,并归纳对比两种不同施工方法对围岩影响的共性特征,包括破坏部位相同、破坏面积相近、破坏坑深相近。另外,对比了两种方法对围岩影响的差异性,包括TBM施工时二次破坏范围比钻爆法的二次破坏范围大,并且易于产生岩爆和应力型破坏,但钻爆法施工时岩体易发生结构面型破坏。在此基础上,分析了各种破坏现象的力学机制,研究成果可为同类工程的施工和加固提供参考。     

西秦岭特长隧道综合地质勘察效果分析与评价

兰渝铁路西秦岭特长隧道地质条件复杂,岩溶、活动断裂、高地应力等工程地质问题突出。文章采用综合地质勘察技术,评价和预测了围岩特征、构造与地应力、地下水与岩溶等情况,与隧道施工揭示的地质情况进行对比,评判了地质勘察效果,分析了勘察效果与施工揭示情况有出入的原因。在此基础上,提出了长大深埋隧道勘察中应注重区域地质构造背景的分析研究、尽量开展钻探验证、扎实做好水文地质抽(压)水试验等建议。     

TBM掘进速率预测模型的比较

TBM钻掘隧道,对于地质状况非常敏感,营造厂在选择机器及投标时TBM的掘进速率预测是关键的,错误或误判可能会有严重的后果.文章将采用QTBM、NTNU及Alber三种预测模型预测曾文水库越域引水工程计划--东引水隧洞采用TBM挖掘所需工期及工程所需费用,并进行比较.NTNU模型与Alber模型所预测的掘进速率介于600～800 m/月之间,且不同的围岩所预测的掘进速率变化不大,即围岩性质对掘进速率不敏感,切刀推进力对掘进速率也不敏感;QTBM模型所预测的掘进速率变化很大,切刀推进力对掘进速率敏感;NTNU及Alber预测模型不适合用来预测有突水及严重挤压状况之TBM掘进速率,对于岩石坚硬但破碎之围岩亦不适合.