多元回歸法在某水電站TBM施工隧洞圍巖質(zhì)量預(yù)測中的應(yīng)用

隨著tbm制造技術(shù)的發(fā)展,tbm施工的應(yīng)用技術(shù)也越來越成熟。面對水電工程復(fù)雜的地質(zhì)情況,對長引水隧洞施工方案選擇就尤為重要。本文就tbm在長引水隧洞中施工方案研究,對tbm施工在楞古水電站引水隧洞的應(yīng)用進行探討。

本文首先介紹了多元線性回歸法,然后針對某市住宅房需求現(xiàn)狀歸納了影響住宅市場需求的社會性和經(jīng)濟性因素,并通過灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度法定量分析了這些因素對該市住宅市場需求的影響程度,找出了關(guān)鍵性影響因素。然后,論文以某市歷年的住宅市場需求統(tǒng)計量為基礎(chǔ),用多元線性回歸法對某市住宅市場短期需求量進行了科學(xué)的預(yù)測。

文章針對tbm施工隧洞的圍巖分類問題,分析了西南某水電站深埋隧洞影響洞室穩(wěn)定性的因素,以《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中的圍巖分類方法(hc分類)為基礎(chǔ),依據(jù)巖石單軸抗壓強度、巖體的完整性系數(shù)、巖體結(jié)構(gòu)為主要因素來探討適合tbm施工深埋隧洞的圍巖分類。

針對tbm施工隧洞中的圍巖分類問題,指出tbm施工條件下的隧洞圍巖分類應(yīng)針對圍巖的可鉆掘性,充分考慮影響tbm掘進效率的主要工程地質(zhì)因素,提出了在《工程巖體分級標(biāo)準》圍巖穩(wěn)定性基本分級的基礎(chǔ)上,依據(jù)巖石的單軸抗壓強度、巖石的耐磨性和巖體的完整性,將tbm施工條件下的隧洞圍巖分為a(好)、b(一般)、c(差)3個級別,對于當(dāng)今隧洞圍巖分級方法的進一步發(fā)展,以及提高我國tbm施工隧洞的設(shè)計和施工水平具有一定的實用價值。

在分析tbm施工圍巖歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,針對定性說明變量,將數(shù)量化理論ⅰ的數(shù)學(xué)模型簡化為多元線性回歸模型,再對圍巖樣本進行多元線性回歸分析,導(dǎo)出了可以指導(dǎo)tbm施工圍巖分類的回歸方程。

已有不少專家在tbm施工圍巖級別劃分方面進行過有益探索,為后來的工作提供了很好思路。目前的問題是,所提出的分級指標(biāo)難以獲取、離散性較大、有一些與施工直接相關(guān)的指標(biāo)的定量化問題未能解決,尚未形成明顯共識的分級系統(tǒng)或方法。為此,有必要針對水工隧洞tbm施工圍巖類別劃分進行詳細探討。本文提出以現(xiàn)行《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中水工隧洞圍巖分級方法為基礎(chǔ),參考秦嶺隧道tbm施工圍巖分級方法,根據(jù)tbm施工的工作效率、碴料特征和涌水狀況進行分級修正,建立適合于tbm施工的水工隧洞圍巖分級修正模型,實現(xiàn)tbm施工水工隧洞的圍巖分級,并以2個實例進行驗證。

本文針對tbm施工隧洞中的圍巖分類問題,通過分析研究國內(nèi)外大量tbm施工實例和一些現(xiàn)場及室內(nèi)巖石力學(xué)試驗結(jié)果,指出tbm施工條件下的隧洞圍巖分類應(yīng)針對圍巖的可鉆掘性,充分考慮影響tbm掘進效率的主要工程地質(zhì)因素,提出了在《工程巖體分級標(biāo)準》圍巖穩(wěn)定性基本分級的基礎(chǔ)上,依據(jù)巖石的單軸抗壓強度、巖石的耐磨性和巖體的完整性將tbm施工條件下的隧洞圍巖分為a(好)、b(一般)、c(差)3個級別的圍巖分類新方法,并將該方法應(yīng)用于掌鳩河引水供水工程tbm施工段工程實踐,取得了良好的效果。

在現(xiàn)場施工地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上,通過挪威的barton、lien和lunde等人的q法及bieniawsk的rmb法隧洞巖體質(zhì)量分類方法,對巴貢水電站的8條引水隧洞圍巖進行分類,通過分類對前期隧洞圍巖類別進行修正,根據(jù)不同類別的圍巖采取相應(yīng)的臨時及永久支護措施,為設(shè)計及施工提供地質(zhì)依據(jù)。

在引水隧洞開挖過程中,巖體圍巖分類是一項重要指標(biāo)和依據(jù),通過對圍巖分類進一步細化,可以及時提出施工技術(shù)措施,有效地控制隧洞開挖質(zhì)量,提高開挖進度。

安城水電站引水系統(tǒng)中設(shè)無壓隧洞2座，總長809m。采用水電地下工程圍巖分類法對2座引水隧洞圍巖進行分類，其中ⅱ類圍巖300m，ⅲ類圍巖407m，ⅳ類圍巖102m。根據(jù)不同圍巖級別，采用噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土和混凝土襯砌三種支護措施，效果良好。

某水電站引水隧洞布置于大通河右岸,引水隧洞方案一線路全長約2.71km,其中基巖段隧洞長2.28km,為無壓城門洞形,隧洞高×寬=8.78m×6.00m。文中根據(jù)試驗和測試結(jié)果,并參照sl55-2005《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》,采用工程類比的方法對引水隧洞圍巖進行了分類,提出了圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)建議值,評價了引水線路的工程地質(zhì)條件。

色爾古水電站隧洞圍巖為炭質(zhì)千枚巖,遇水易軟化、碎裂,且隨著時間的推移隧洞巖體將發(fā)生蠕變沉降,將會造成初期支護的工字鋼扭曲變形,并隨沉降巖體整體下沉,影響隧洞混凝土襯砌斷面。根據(jù)新奧法12字施工原則,采用預(yù)留變形尺寸、小導(dǎo)管注漿、工字鋼支撐、掛網(wǎng)噴護等施工方法進行支護,從而達到快速、高效完成隧洞開挖施工,有效解決了安全隱患突出、工期緊等施工難題和矛盾。

以錦屏二級水電站3#引水隧洞為例,總結(jié)了tbm在施工過程中巖爆預(yù)防與處理的經(jīng)驗方法,可供同類工程參考。

傳統(tǒng)圍巖分級方法側(cè)重于圍巖的穩(wěn)定性,對于tbm施工隧道工程,圍巖與tbm均扮演重要角色,有必要建立一套服務(wù)于tbm隧道工程的圍巖分級新方法。依托引漢濟渭引水隧洞工程的現(xiàn)場數(shù)據(jù),對場切深指數(shù)fpi與地質(zhì)參數(shù)、掘進參數(shù)的相關(guān)性進行分析,建立tbm隧道的圍巖可掘性分級;對影響tbm利用率的主要地質(zhì)因素進行分析,建立tbm隧道的適應(yīng)性分級。綜合考慮工程的圍巖可掘性及tbm適應(yīng)性,以施工速度為指標(biāo),建立基于掘進性能的tbm施工圍巖綜合分級。分級選取巖石強度、巖體完整性、地下水狀態(tài)、初始地應(yīng)力狀態(tài)、隧道軸線與主要軟弱結(jié)構(gòu)面夾角等5方面因素指標(biāo),對tbm推力、貫入度、利用率和施工速度進行影響關(guān)系綜合分析。結(jié)果表明,新建立的tbm施工圍巖綜合分級方法可以進行tbm掘進性能預(yù)測與工期、成本分析,有效解決開敞式tbm工程實用圍巖分級問題。

針對目前應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)方法預(yù)測地下洞室圍巖變形時間序列的缺陷,提出一種將神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯有機結(jié)合的新型模糊推理系統(tǒng)——anfis(adaptive-network-basedfuzzyinferencesystems),該系統(tǒng)采用反向傳播算法和最小二乘法的混合算法分別調(diào)整前提參數(shù)和結(jié)論參數(shù),充分地利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力和模糊邏輯的表達能力,實現(xiàn)了回歸模型的自適應(yīng)調(diào)整.通過龍灘電站的實例應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn),anfis預(yù)測系統(tǒng)較傳統(tǒng)ann方法具有簡單、快速以及預(yù)測精度高等特點.

錦屏二級水電站引水隧洞是我國目前規(guī)模最大的水工隧洞群,特點是洞線長、埋深大、技術(shù)難度大,且沿線突水、巖爆、塌方各種地質(zhì)災(zāi)害十分突出,為確保工程施工的安全與按期順利發(fā)電,有必要選擇安全快速的掘進方式,為此針對tbm工法,進行大量的調(diào)查研究與分析論證,研究結(jié)果表明:無論是從巖石的可鉆性、耐磨性,還是從巖石的變形、破壞特性,tbm施工都是可行的,對可能遇到的地下水、巖爆、圍巖大變形等不良地質(zhì)條件的處理,較傳統(tǒng)的鉆爆法有一定的優(yōu)勢,對人員設(shè)備的安全具有更好的保護作用。結(jié)合地質(zhì)超前預(yù)報和施工中不斷改進的施工工藝和支護手段,可以較好地解決施工過程中可能遇到的一些工程難題。

以廟林水電站引水隧洞工程施工中的圍巖收斂變形監(jiān)測為例,系統(tǒng)地闡述了小斷面引水隧洞施工中圍巖監(jiān)測技術(shù)的量測方法、注意事項、量測數(shù)據(jù)的處理,以及圍巖穩(wěn)定性的判別方法。通過施工現(xiàn)場監(jiān)測掌握圍巖和支護系統(tǒng)在施工期間的變形情況及穩(wěn)定程度。

本文以某水電站引水隧洞工程為例,分析影響洞群圍巖變形的主要因素,介紹了該工程洞群圍巖變形量測的原理和方法。現(xiàn)場量測資料表明:該工程灰?guī)r收斂變形曲線呈“s”形,而灰頁巖互層段收斂變形曲線呈雙曲線形。現(xiàn)場收斂變形量測與有限元法計算的洞周邊位移比較,兩者基本一致。

深埋長隧洞是水電工程設(shè)計中常見的建筑物形式,在整個工程的設(shè)計及施工中占據(jù)重要的地位,在勘察工作中,關(guān)于隧洞相關(guān)地質(zhì)參數(shù)的正確選取關(guān)系到能夠進行最優(yōu)化的設(shè)計以及施工階段順利組織施工.以巴基斯坦某水電站深埋長隧洞為例,根據(jù)室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗數(shù)據(jù),使用霍克—布朗準則推求巖體力學(xué)參數(shù),并結(jié)合臨近n-j水電站工程隧洞段所采用的圍巖地質(zhì)參數(shù)進行對比分析,綜合確定適用于擬建工程的圍巖地質(zhì)參數(shù).

地下隧洞建筑物的圍巖分類方法在世界范圍內(nèi)種類很多,其主要目的是應(yīng)結(jié)合實際掌握的地質(zhì)資料對圍巖進行量化定量分類,并能提供施工及襯砌處理措施。高橋水電站引水隧洞圍巖采用巴頓q系統(tǒng)分類方法的運用,在對圍巖工程地質(zhì)特征分析及量化評價的基礎(chǔ)上,提出了各類巖體的物理力學(xué)參數(shù)及襯砌處理措施,為隧洞的設(shè)計方案提供了準確而真實的地質(zhì)資料,取得了明顯的經(jīng)濟效益。

引水隧洞工期是固滴水電站關(guān)鍵線路,投資占總投資比例較大.對隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步優(yōu)化研究是有必要的.固滴水電站引水隧洞總長10852.32m,其中ⅳ類偏好圍巖洞段約占全洞長20%,具備襯砌設(shè)計優(yōu)化的可行性.通過固結(jié)灌漿能夠提高引水隧洞圍巖力學(xué)參數(shù),使襯砌與圍巖形成承載圈,從而達到加固引水隧洞圍巖的作用,同時也可提高引水隧洞圍巖防滲性能.本文研究思路及技術(shù)路線可為類似工程設(shè)計提供參考.

錦屏二級水電站1#、3#引水隧洞具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點,地質(zhì)條件復(fù)雜,巖爆問題突出,最終采用大直徑tbm進行掘進施工。作為一種完全不同于鉆爆法的tbm隧洞施工系統(tǒng),由于其施工系統(tǒng)的復(fù)雜性和施工方法具有的特點,加之該工程tbm設(shè)備采用由業(yè)主采購提供給承包商使用的模式,給監(jiān)理工作帶來了新的認識和更高的要求。介紹了tbm施工監(jiān)理對設(shè)備管理、質(zhì)量控制、進度管理、巖爆段的安全管理及其信息管理采取的控制措施。