深埋隧洞

摘要： 为提高深埋隧洞重力自流输水系统应对突发事件的快速响应能力,以罗田水库-铁岗水库输水隧洞工程为例,通过建立水力过渡过程数值计算仿真模型,对闸门或阀门的特性及布置等因素进行了分析,提出了一种可提高输水隧洞水流截断速度并保证系统运行安全性的有效阀门快速关停策略。研究成果对其他类似工程具有一定的参考价值。

摘要： 文章以乐亚水资源配置工程引水隧洞为例,分析了深埋长隧洞可能存在的主要工程地质问题,提出相应的处理措施,并对TBM施工适应性做出评价。

摘要： 白鹿塬洞段是引汉济渭二期工程黄土区隧洞中埋深最大、地下水位最高的隧洞工程,其盾构法施工的可行性与安全性尚不明确。为此,应用ABAQUS渗流-应力全耦合数值模拟方法,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型与刚度迁移法,对白鹿塬282.22 m埋深泥岩洞段的盾构掘进过程进行了三维仿真,重点分析了隧洞掘进阶段典型断面围岩孔隙水压力、应力变形、塑性区以及衬砌结构受力变形的变化规律。结果表明:典型断面处孔隙水压力随开挖过程先降低后回升,随后趋于稳定,距离掌子面前缘约3.6 m的隧洞断面处产生体积收缩,从而造成超孔隙水压力,压力水头最大值约248.0 m;洞周收敛,顶拱下沉,底拱隆起,隧洞周围围岩应力、应变、径向变形呈对称性分布,等效塑性应变主要发生在洞侧3 m深度范围内,顶拱无明显的塑性区,故围岩的最可能破坏模式为侧拱围岩塌落;在施工阶段衬砌结构内外缘以压应力为主,最大压应力为18.77 MPa,衬砌顶拱、底拱外缘以及拱腰内缘边墙产生较小的拉应力,约为0.85 MPa,均满足抗压承载力和抗拉强度要求。研究结果可为引汉济渭二期工程的安全运营及灾害防治提供参考依据。

摘要： 广域电磁法是一种高效、抗干扰能力强的电磁勘探方法,常规E-Ex观测方式仅处理单分量信息,不利于复杂构造区勘探应用。开展E-Ex及E-Ey双分量观测与解释,是提高勘探精度的有效途径。为测试双分量广域电磁法的应用效果,本文以西南地区卡拉水电站深埋隧洞工程勘察为例,阐述和说明了双分量广域电磁法的基本原理、数据采集方案、数据处理及反演方法,获得了目标洞线剖面的双分量广域视电阻率及其二维反演模型;结合地质资料,对反演模型进行了推断解释。结果表明,双分量广域电磁法反演模型准确反映了目标剖面的主要电性结构,较好揭示了断裂及破碎带的位置和倾向;与常规E-Ex单分量观测相比,E-Ex及E-Ey双分量广域电磁法可在少量增加施工成本的基础上提供双倍的观测数据量,具有高效及可用信息多等优点,有利于提高复杂构造区勘探精度,是深埋隧洞勘察的一种有效手段。

摘要： 岩爆是地下工程开挖面临的关键问题之一,为了准确预测深埋隧洞中岩爆烈度倾向等级,提出了正态隶属度—属性区间识别模型的岩爆预测方法。针对岩爆倾向等级属于典型的多属性有序分割类问题,构建了属性区间识别模型,并将岩爆倾向等级划分为4个等级进行预测。根据岩爆发生的成因和机理,选取应力系数、脆性系数、弹性应变指数和岩石完整性系数作为预测指标,考虑各指标之间、指标与标准等级之间的交互关系,采用正态隶属度函数和Jousselme距离计算评价指标权重。结合13个深埋隧洞工程对该预测模型进行准确性测试,并以双江口水电站SPD9厂房为例进行工程实例验证,该模型预测结果与实际相吻合,证明该模型用于具体工程实践中是可行且有效的,研究结果可为类似深埋隧洞岩爆倾向等级预测提供新的思路。

摘要： 在进行渗流应力分析时,等效渗流力法较流固耦合法具有概念清晰、便于理解等优点。利用FLAC3D内置fish语言提取渗流场总水头分布,采用tecplot对总水头在x、y、z向求导,获取单元平均水力梯度,计算等效渗流力并以外力的形式施加于各单元上进行渗流计算,并通过算例验证该方法在模拟隧洞开挖渗流工况的有效性和准确性。某深埋引水隧洞渗流工况围岩稳定性分析结果表明,采用堵排结合的工程措施能有效降低衬砌高外水压力,对维持围岩稳定具有重要意义。

摘要： 引入2种等效超载法,并结合强度折减法和超变形法,对深埋隧洞初次开挖支护的稳定性进行渗流-应力耦合计算分析.结果表明,考虑增加初始孔隙水压力和应用弹塑性损伤本构模型均会增加破坏区的范围和最大值;等效超载法与强度折减法产生的破坏区范围差异性较大,且得到的安全系数要大于强度折减法;基于弹塑性损伤模型的强度折减法得到的安全系数为1.14,考虑初始孔隙水压力和弹塑性损伤模型的容重增加法得到的安全系数为2.2.等效超载法可作为评价隧洞稳定性的方法,容重增加法与应力系数法均能同时考虑初始应力场和孔隙水压力场的超载,且应力系数法适用性更好;超变形法破坏区变化有别于其他方法,局限性较大,实际工程中可基于实际地质情况有选择性地采用基于弹塑性损伤本构模型的强度折减法或等效超载法.

摘要： 为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.

摘要： 引洮供水一期工程总干渠7号隧洞进口-工作面(长25.0 m)洞段埋深244.0 m,穿越新近系含水疏松粉(细)砂极软岩地层,TBM掘进衬砌预制管片严重破损变形,为衬砌结构加固处理、TBM设备解体拆机的施工安全,对围岩采取"洞内水平+地面垂直复合冻结法"加固.为深埋极软岩复合冻结加固设计,结合工程实践,对复合冻结关键技术进行了全面研究,基本掌握了极软岩工程地质特性,取得冻结技术方案、冻结与制冷系统设计,以及冻结温度场等多项关键技术研究创新成果.复合冻结技术方案获得全面成功,开创了国内200.0 m以上深埋极软岩隧洞洞内水平冻结工法,以及国内水工隧洞复合冻结施工技术的先例,标志着中国地下工程建设"冻结法"施工技术取得了重大突破与创新.

摘要： 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、通风管直径及风机功率等.在此基础上,选择典型钻爆施工洞段和TBM施工洞段进行了数值仿真验算.计算结果表明:风管和隧洞内风速、通风量均达到了设计通风标准,隧洞内污染物稀释效果良好,验证了该工程通风设计方案的可行性和可靠性.

摘要： 岩爆灾害防治是深埋隧洞爆破开挖的关键技术难题之一,其主要防治措施主要有以应力解除爆破和优化掌子面形态等为主的主动性方法和以支护为主的被动性方法.通过锦屏二级引水隧洞群及锦屏地下实验室工程的研究及工程实践,分析比较了不同主、被动岩爆防治措施的优劣及对锦屏工程的适用性,特别是重点比较了应力解除法的具体方案;并综合多种岩爆防治方法,提出了适用于深埋隧洞爆破开挖的岩爆综合防治方法.该方法在应用中,应根据超前地质预报成果并结合掌子面揭露的地质情况,分别有针对性地采取处理方法.一般岩爆段采用短进尺、弱爆破开挖,强～极强岩爆洞段则配合应力解除爆破及高压冲水等,开挖完成后及时实施防岩爆锚固措施.该综合防治方法可为西部地区深埋隧洞开挖工程提供参考.

摘要： 深埋隧洞钻爆法开挖下,隧洞围岩稳定性受爆破振动和地应力瞬态卸荷影响.基于锦屏水电站引水洞库群的爆破振动和初期支护破坏监测数据,研究了爆心距对隧洞围岩的影响;进一步分析了在爆炸荷载和地应力快速释放耦合作用下,本洞和邻洞的围岩和支护的破坏方式和范围,以及不同龄期的混凝土衬砌的支护效果.

摘要： 深埋隧洞TBM全断面掘进时,在局部超高应力集中的完整硬脆性岩体洞段将直面极强岩爆的风险,设备和人员的安全将遭受极大的威胁.在锦屏Ⅱ水电站3号引水隧洞极强岩爆段实施了"先半导洞+TBM联合掘进"实验,结合微震实时监测信息对TBM半导洞掘进的岩爆风险开展了研究.监测结果表明:①TBM半导洞掘进期间,日平均微震事件数、日平均辐射微震能、微震大事件数及实际岩爆发生次数和强度均远远低于TBM全断面掘进;②能量指数对数值和累积视体积的时域演化表明,TBM半导洞掘进强烈岩爆发生的风险远低于TBM全断面掘进的,现场实际开挖也证明了这一点;③半导洞洞段微震事件的数量、空间集结程度、震级大小与能量辐射均远小于全断面洞段.因此,TBM半导洞掘进的岩爆风险远远低于TBM全断面掘进,在具有施工条件的情况下,采用先半导洞预处理,然后TBM半断面掘进极强岩爆段控制岩爆风险的方案是可行的.

摘要： 某隧道工程定性分析可能发生岩爆的最大埋深洞段,由于受客观、实际地形条件及其他因素的制约,无法布施钻孔进行地应力测试,而选择工程区外周边布施钻孔,钻孔深度以隧洞底高程为限,地应力测试段阶梯式布置,最后对地应力测试成果进行回归分析,确定最大主应力与深度的关系式,间接反映隧洞深埋洞段的地应力状态,按相关规范计算强度应力比,对洞段进行分段岩爆预测.最终隧洞实际开挖所提示的岩爆现象与岩爆预测结果完全吻合,说明该方法的方向性与实用性完全正确,对其他隧洞工程具有很强的借鉴性和推广性.

摘要： 深埋长水工隧洞采用钻爆法和TBM法相结合的施工方式是今后发展的趋势.对于采用双护盾TBM施工的水工隧洞来说,深埋硬岩物理力学参数的合理选取、双护盾TBM的卡机问题和管片衬砌的设计是三大主要问题.以某拟建的深埋长引水隧洞为例,介绍了现阶段国际上广泛应用的深埋硬岩物理力学参数的确定方法;提出一种改进的三维有限差分模型,初步定量分析双护盾TBM掘进过程中的卡机问题;汇总了国内外管片衬砌的计算方法,并提出一种新的考虑纵环缝影响的三维管片计算模型,指出计算管片受力时考虑其纵环缝是有必要的.本文的研究成果为今后深埋长水工隧洞的设计与施工提供参考.

摘要： 深埋隧洞施工实践证明控制爆破进尺可有效地降低岩爆风险,但其力学机理却并不十分清楚.本文采用FLAC3D模拟了高地应力条件下不同爆破开挖进尺下围岩中损伤区的分布情况,讨论了不同开挖进尺导致的围岩损伤分布及应变能集聚特征.研究表明,深部岩体爆破开挖将导致围岩应变能呈现驼峰状聚集形态,即由表及里按低→高→低分布.爆破进尺越大,开挖扰动越大,应变能瞬态释放动力效应越强,导致围岩的损伤深度越大,应变能聚集区域越深,由此孕育的岩爆烈度等级越高.短进尺爆破条件下,围岩应变能集中区更靠近隧洞表面,低等级岩爆或片帮现象将更为明显.

摘要： 不同的地应力水平对深部岩体爆破振动的频率和能量分布具有重要影响.本文通过对不同地应力水平的深埋隧洞爆破开挖过程中实测围岩振动信号进行快速傅里叶变换,采用功率谱分析方法研究振动信号在不同频带上的能量分布.研究表明,实测爆破振动的低频振动(＜50Hz)能量占总振动能量的百分比随应力水平的提高而增加;爆破振动在其频域中除了有一个主振频率外,还存在多个子频带,且各子频带振动的能量与主频带振动能量的差距随应力水平的提高而减小;伴随爆破破岩过程而发生的应变能瞬态释放效应诱发围岩振动的主频一般比爆炸荷载诱发振动的主频低.在50MPa或更高应力水平下,应变能释放诱发的振动能量与爆炸荷载诱发振动能量大致相当.本研究内容对地下工程爆破振动安全控制具有一定指导意义.

摘要： 深埋混凝土衬砌隧洞设计中,施工期和检修期的外水荷载,往往决定着混凝土强度等级、衬砌厚度以及结构配筋.国内引水隧洞外压设计时,一般根据围岩类别和地下水的活动状况,选取一定的折减系数对外水压力进行适当折减.实际上,作用于隧洞衬砌表面的外水压力与地下水深度、围岩渗透系数、内水压力、固结灌浆范围以及衬砌开裂程度等多种因素有关,即使同一围岩类别采用相同的折减系数有时也会遭到质疑.另一方面,在高内水压力作用下,衬砌必将发生开裂,传统的面力设计方法已不能真实反映水荷载的作用,也难以真实模拟混凝土衬砌与围岩介质中稳定的渗流场,体力理论能够更好地描述衬砌开裂,渗透系数加大后的水荷载作用.本文基于渗流分析理论,考虑混凝土开裂,总结出一套适用于深埋隧洞外压设计的数值计算方法;通过敏感性分析寻找影响外压折减系数的主要因素,并提出改进混凝土衬砌抗外压能力的工程措施.

摘要： 四川锦屏二级水电站地处雅砻江中游,流域地形深切狭窄,采用低闸拦截、长引水方案发电,引水隧洞长近17km,最大埋深达2525m,地应力高达70MPa,水压力高达10.2MPa,其围岩分级方法超越了目前规范标准的应用范畴,现场涌突水、岩爆等地质问题突出.在介绍引水线路地质条件基础上,提取了岩石强度、岩体结构、完整性、高地应力、高外水压力等关键因素,进行影响规律分析,并利用近3年时间连续跟踪、收集的大量地质资料,进行统计分析,归纳各因子的影响权重,建立了适用于锦屏二级水电站高地应力高外水压力条件下的围岩质量快速评价方法,通过现场应用,快速判定的结果与现场类别吻合率均达到88％以上,可为进一步的隧洞地质灾害加固处理提供可靠依据.

摘要： 锦屏二级水电站深埋隧洞中大理岩洞段处于高水压力和高应力环境中,该段在施工过程中多次发生严重突水灾害.对该段大理岩的高水压条件岩石力学试验表明,高水压条件下,岩石应力-应变曲线在峰值应力附近出现明显平缓段,应力降大,岩石峰值强度及脆性破坏后破碎程度随水压力升高而升高,岩石试件以压致拉裂破坏为主.基于高水压条件下裂纹周边应力解析分析,认为裂隙中高水压力存在降低了裂隙尖端附近高应力集中效应,与加载方向一定小夹角范围内的微裂隙尖端附近最大拉应力集中程度接近,这使得岩石中应变能可进一步积累、压致拉裂型微裂隙数量进一步增加,岩石呈脆性破坏,并且破碎程度明显增加.研究工作对深埋隧洞突水灾害防治及强降雨诱发高速滑坡灾害预防具有重要的理论和现实意义.

摘要： 本发明公开了一种高地温深埋引水隧洞围岩‑隧洞支护结构仿真试验系统，包括高地温环境模拟子系统、围岩‑隧洞支护子系统、测量子系统、数据采集子系统、隔热保温子系统和定时喷水子系统。本发明采用全自动电脑数据采集安全性好、操作简单、故障率低；本实验系统在岩石板下方安装有加热板，加热板连接温控器，可根据实验需要设置不同温度；能够模拟高地温环境下岩石‑混凝土界面处的变形情况，能够清晰地仿真在热环境下给予不同温度下水流对支护结构变形的影响；本实验系统喷头连接计时器，计时器连接继电器，喷水的时间、次数均可根据需求设定；本实验系统支持在低温、高温及其高温后的条件下对支护结构的力学性能试验。

摘要： 本发明公开了一种高地温深埋引水隧洞围岩-隧洞支护结构仿真试验系统，包括高地温环境模拟子系统、围岩-隧洞支护子系统、测量子系统、数据采集子系统、隔热保温子系统和定时喷水子系统。本发明采用全自动电脑数据采集安全性好、操作简单、故障率低；本实验系统在岩石板下方安装有加热板，加热板连接温控器，可根据实验需要设置不同温度；能够模拟高地温环境下岩石-混凝土界面处的变形情况，能够清晰地仿真在热环境下给予不同温度下水流对支护结构变形的影响；本实验系统喷头连接计时器，计时器连接继电器，喷水的时间、次数均可根据需求设定；本实验系统支持在低温、高温及其高温后的条件下对支护结构的力学性能试验。

摘要： 本发明公开了一种用于深埋有压过水隧洞的泄水系统，包括泄水装置和将泄水装置与隧洞衬砌混凝土固结的防水固定结构；泄水装置由锚固段和可自由拆卸安装的泄压机构构成；锚固段包括锚固管和锚固管前端的过滤器，锚固管与隧洞衬砌混凝土通过防水固定结构密封固结，过滤器为端面密布进水过滤孔的过滤盖，过滤器与锚固管通过螺纹联接；泄压机构为排水单向阀机构，由隧洞外壁向隧洞内单向排水。本发明泄水系统能够自动实现有压过水遂洞积水的泄压，保证隧洞结构运行及维修安全的积水排水和逆向受压阻流的平衡安全，采用可自由拆卸安装的泄压机构，满足、方便即时的维修和检查需要，系统设置方便可靠，排水泄压稳定。

摘要： 本发明公开了一种深埋长隧洞TBM施工条件下并行超前超深地质预报方法，包括以下步骤：1)对待施工深埋长隧洞进行地质勘察，获取隧洞及其附近围岩的地层岩性、断层、岩体溶蚀风化在内的地质信息；2)根据地质勘察获取信息，初步判断需进行超前预报地质缺陷位置，并结合TBM掘进机长度、掘进机正常掘进速度、定向钻机钻进速度，确定超前钻孔布置位置；3)在距需进行超前预报地质缺陷位置后方水平距离L位置处边墙处开挖小型定向钻机作业耳洞；4)按照岩渣采集研判、钻探观测、孔内录像、孔内测试顺序进行分析，预报地质缺陷及危害程度。本发明方法在基本不影响TBM施工效率条件下，对地质灾害类型、危害程度进行较准确预报。

摘要： 本发明公开了一种考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖确定方法，包括步骤：一、确定隧洞开挖设计半径；二、隧洞围岩塑性区应力分析；三、确定围岩塑性区半径；四、确定围岩塑性区和弹性区交界处应力；五、确定塑性区位移；六、引入施工扰动计算有效内黏聚力、内摩擦角；步骤七、引入施工扰动获取塑性区有效半径；八、确定施工扰动下的深埋软岩隧洞预留开挖量。本发明利用塑性应力应变关系得到了塑性区位移表达式，再考虑工程扰动程度及岩体地质强度指标，修正施工扰动下塑性区有效半径，获取考虑施工扰动的深埋软岩隧洞预留开挖半径，对施工期间围岩稳定性及合理考虑超挖量具有指导意义，避免围岩多次扰动，确保深埋软岩隧洞安全快速施工。

摘要： 本发明公开了一种深埋有压水工隧洞混凝土衬砌防渗减压结构，涉及水利水电工程技术领域，包括压水工隧洞固结灌浆层和混凝土衬砌层，压水工隧洞固结灌浆层和混凝土衬砌层同心设置，且混凝土衬砌层堆砌于压水工隧洞固结灌浆层的内壁，压水工隧洞固结灌浆层的内部设置有钢筋衬架，混凝土衬砌层内部沿圆周均匀设置有若干个防渗减压器；本发明可通过调节组件调整活动限位板的前后距离，复位弹簧又设置于活动限位板、十字形安装架之间，进而能调节复位弹簧的初始长度及预紧力大小，进而能适应不同的止水防渗和排水减压需求，结构设计巧妙，使用也更加灵活；在调节的过程中，刮片还能对外过滤板堆积的泥土进行清理，避免其出现堵塞，有利于提高排水效率。

摘要： 本发明提供一种适用于深埋隧洞围岩波速的现场测试方法，通过超前地质预报和微震监测系统联合获取隧洞围岩的波速值，实现方式包括在隧洞掌子面后方预设范围内的洞壁上布置所需的检波器和人工震源点并测量坐标；在每个震源点进行多次锤击产生人工震动波，记录震动波信号及遇到异常地质体时反射波信号；超前地质预报系统以震动波叠加强度判定反射界面，分析得到波速相对变化曲线；布置微震监测断面，掌子面附近激发人工震源，拾取信号初始到时，计算出监测断面间的岩体实际平均波速；结合得到岩体实际波速的变化曲线；计算微震监测范围内岩体的等效平均波，根据隧洞掌子面的掘进里程调整相应的波速值。随着隧洞的掘进，重复上述步骤获取岩体波速值。

摘要： 本发明提供了一种深埋隧洞爆破参数评价方法，属于矿山工程技术领域，该评价方法包括：设定多个具有差异性的爆破方案；选定多个地质特性相同的试验段，所述试验段的数量与所述爆破方案的数量相对应；应用所述爆破方案对所述试验段进行爆破，分别获取每个所述试验段的多元化监测数据；以及比较多元化监测数据，选取针对试验段的最佳爆破方案。该深埋隧洞爆破参数评价方法通过在地质特性相同的试验段实施不同的爆破方案，获取试验段的多元化监测数据进行比较选择针对试验段的最佳爆破方案，保障深埋隧道爆破开挖的安全以及爆破开挖的质量。

摘要： 本申请实施例公开了一种基于标靶装置的深埋隧洞结构面点云坐标变换方法及设备，本申请实施例在对被测面进行激光扫描之前，通过调节所述标靶装置使得所述第三板面靠近于所述被测面，并且使得所述第一圆水准器以及所述第二圆水准器的气泡处于居中状态；通过三维激光扫描仪获取所述被测面以及所述标靶装置的点云数据；从点云数据中分别提取三个所述十字标靶的点云坐标，以及从三维电子罗盘数显中获取所述第三板面的第一倾向；根据所述点云坐标确定所述第三板面的第二倾向；根据第一倾向以及所述第二倾向将所述点云数据中的坐标转换成大地坐标。本方案可以快速便捷地在现场布置标靶装置，快速获取信息从而实现三维激光扫描的坐标向大地坐标的变换。

摘要： 本实用新型公开了一种深埋隧洞围岩与衬砌结构联合承载仿真装置。它包括立体空壳结构的反力墙，所述反力墙内腔中心处设有竖直布置的空心筒状衬砌结构，且衬砌结构高度与反力墙内腔高度相同、端面齐平，使反力墙上下内壁与衬砌结构内壁之间形成内注水加压腔；所述衬砌结构空心筒上端对应的反力墙上设有内水压力加载机构，模拟隧洞内水压力作用；所述衬砌结构外壁设有透水混凝土结构的立体围岩层，所述围岩层四周外侧至反力墙四周内壁之间设有围岩压力油压加载机构，通过向围岩层进行挤压，模拟隧洞外围岩压力作用。该仿真装置能够模拟实际环境中隧洞围岩与输水隧洞衬砌结构在内水压力和围岩压力单独作用或共同作用下的受力特点。