卡鲁玛地下洞室施工方案及支护优化研究

摘要

在中国基础建设高速发展和国内大型及超大型水电站的建造经验日益丰富的国内背景和一带一路快速推进的国际背景下，中国在国外建造的大型水电站越来越多。本文以乌干达卡鲁玛水电站及输变电线路项目为研究背景，深入研究乌干达卡鲁玛水电站及输变电线路项目地下厂房洞室群在开挖过程中的破坏特征，并在该基础上进行支护和施工方案的优化研究。通过对乌干达卡鲁玛水电站的施工方案和支护方案进行数值模拟分析，得出最优的施工开挖顺序与支护方案，使得乌干达卡鲁玛水电站在最优的开挖方案上能够降低开挖过程中的应力和位移，在最优的支护方案上和保证工程安全稳定的前提下减少工程费用，提高工程经济性。 本文通过研究3种不同的开挖方案，对比3种开挖方案过程中各个开挖步骤中的最大应力和位移并与原开挖方案进行对比，研究表明在开挖的过程中拱顶的应力最小且位移量最大，拱底会有隆起反应。由于母线洞的开挖连接了主变洞和主副厂房，该开挖步会大幅改变地下厂房的应力分布，完全开挖完成后，夹在主变洞和主副厂房中间的岩体位移量最大，应力最小。其中开挖方案1与原开挖方案相比围岩最大应力减小了14%，围岩最大位移从2mm减小至0.8mm。衬砌的最大应力减小了1OMPa,衬砌最大位移量从2.1mm减小到0.8mm。开挖方案1先对相对高度较高的主变洞进行开挖第一步，然后从第二步开始开挖主副厂房，之后保持相同的开挖高度同步开挖主变洞和主副厂房。 通过研究在最优开挖方案下的4种支护方案，说明加大支护方案上锚杆的直径能够有效的抑制围岩的最大应力和最大位移量，通过对比支护方案3和支护方案4可知，在相同的锚杆支护直径下，适量的增加锚杆长度也会在一定程度上加大安全储备，减小围岩的应力和位移量。支护方案1的拱顶最大应力为13MPa，最大位移量为1Omm，围岩的最大应力为25MPa，最大位移量为1.3mm。支护方案1能够在保证地F洞室安全稳定性的前提下最大程度的优化工程的经济性，大幅降低工程费用。

目录

声明

1绪论

1.2工程概况与研究意义

1.2.2研究意义

1.3.1地下洞室围岩稳定性研究现状

1.3.2地下洞室开挖顺序研究现状

1.3.3地下洞室支护设计研究现状

1.4本文研究内容及研究思路

1.4.2本文研究方案

1.5本文研究技术路线

2工程地质条件

2.1.2地层岩性

2.2工程区地质条件

2.2.3地质构造

2.2.4水文地质

2.3.2土体物理力学实验

3卡鲁玛水电站有限元分析

3.1.1几何尺寸与地应力平衡

3.1.2参数的选取

3.1.3计算约束施加

3.2初始地应力计算分析

4不同的施工工法对地下洞室稳定性的影响

4.1施工工法概述

4.2不同的施工方案下地下洞室稳定性的比较

4.2.1原施工方案的数值计算分析

4.2.2设计方案1开挖顺序数值计算分析

4.2.3设计方案2开挖顺序数值计算分析

4.2.4设计方案3开挖顺序数值计算分析

5不同支护参数对围岩应力影响

5.1.1设计支护方案1数值计算分析

5.1.2设计支护方案2数值计算分析

5.2考虑支护的长度对围岩应力的影响

5.2.1设计方案3数值计算分析

5.2.2设计方案4数值计算分析

6结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间从事的实践工作和主要成果