引漢濟(jì)渭秦嶺輸水隧洞出口段施工技術(shù)研究

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞從工程量和技術(shù)難度方面均可謂是水利史上里程碑式的工程。本文通過(guò)對(duì)tbm工法施工段施工過(guò)程中面臨的突涌水、突泥段情況介紹分析,提出應(yīng)對(duì)措施,以期為今后同類工程施工提供參考。

針對(duì)秦嶺輸水隧洞大埋深、高地應(yīng)力容易引起巖爆、大變形等工程災(zāi)害的問(wèn)題,為預(yù)防和減輕地應(yīng)力分布和變化對(duì)施工進(jìn)程和人員設(shè)備安全的不利影響,對(duì)秦嶺隧洞隧址區(qū)典型位置(越嶺段、嶺南、嶺北)分別進(jìn)行了水壓致裂法應(yīng)力測(cè)試,并對(duì)無(wú)斷層段和含斷層段進(jìn)行了三維地應(yīng)力場(chǎng)反演分析,研究了秦嶺隧洞初始地應(yīng)力場(chǎng)特征及規(guī)律。結(jié)果表明:秦嶺隧洞地應(yīng)力表現(xiàn)出較強(qiáng)的水平構(gòu)造應(yīng)力作用,嶺南嶺北勘探試驗(yàn)最大主應(yīng)力為25.4～27.7mpa,垂直孔測(cè)得最大水平主應(yīng)力方向穩(wěn)定在近ew向。數(shù)值模擬可以較好地反演分析秦嶺輸水隧洞的地應(yīng)力分布,無(wú)斷層段隧洞最大主應(yīng)力多為10～45mpa,最小主應(yīng)力多為0～15mpa；含斷層段隧洞主軸最大水平主應(yīng)力值較高,變化范圍為20.46～71.94mpa,最高達(dá)71.94mpa。由于斷層破碎帶的存在,附近區(qū)域會(huì)出現(xiàn)劇烈的應(yīng)力變化,斷層帶以內(nèi)應(yīng)力值顯著減小,而斷層帶兩側(cè)出現(xiàn)應(yīng)力集中,局部應(yīng)力值升高。

以引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程為研究對(duì)象,針對(duì)工程埋深大、地應(yīng)力高和地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn),進(jìn)行高地應(yīng)力條件下超長(zhǎng)深埋隧洞巖爆的數(shù)值模擬預(yù)測(cè)研究。基于隧洞圍巖工程力學(xué)性質(zhì)和原始地應(yīng)力反演數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)值模擬技術(shù),運(yùn)用離散元法軟件（3dec）,對(duì)研究區(qū)域的五個(gè)代表性埋深段進(jìn)行隧洞開(kāi)挖數(shù)值模擬,分析開(kāi)挖后圍巖的二次應(yīng)力、位移變化和破壞情況。選擇五種不同的巖爆判據(jù)對(duì)圍巖巖爆等級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè),并將綜合評(píng)判結(jié)果與實(shí)際巖爆發(fā)生情況對(duì)比。研究表明,基于離散元計(jì)算預(yù)測(cè)巖爆的方法是可行的,預(yù)測(cè)巖爆等級(jí)與實(shí)際巖爆發(fā)生情況基本吻合。

引漢濟(jì)渭工程難度大、技術(shù)復(fù)雜,工程的設(shè)計(jì)、施工均面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。本文針對(duì)引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞深埋超長(zhǎng)的技術(shù)特點(diǎn),分析了秦嶺隧洞設(shè)計(jì)及施工技術(shù)中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)研究難題,提出了設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)的研究方向。

以有效解決深埋長(zhǎng)輸水隧洞排水問(wèn)題為目標(biāo),按富水性將隧洞沿線圍巖劃分為中等富水區(qū)、弱富水區(qū)和貧水區(qū),采用數(shù)值方法模擬襯砌周邊滲流場(chǎng),分析了不同排水設(shè)計(jì)方案對(duì)引漢濟(jì)渭工程黃三段深埋長(zhǎng)輸水隧洞襯砌外水壓力的影響。結(jié)果顯示,對(duì)于高外水壓力情況,將排水孔布置于頂拱處僅能降低頂拱附近的外水壓力,無(wú)法有效降低作用于底板的外水壓力,而排水孔沿襯砌周邊均勻布置時(shí),可有效降低作用于襯砌上的外水壓力。基于此,討論了各排水方案的適用條件,給出了深埋長(zhǎng)輸水隧洞排水設(shè)計(jì)建議。

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞穿越秦嶺嶺脊,延伸長(zhǎng),埋深大,地質(zhì)條件十分復(fù)雜。施工中將遇到各種各樣的工程地質(zhì)問(wèn)題。文章詳細(xì)闡述了秦嶺隧洞高地應(yīng)力條件下堅(jiān)硬巖石發(fā)生巖爆的可能、高地溫及熱害、放射性及有害氣體、圍巖失穩(wěn)、突水涌泥、軟巖變形等一系列問(wèn)題,并進(jìn)行了分析研究,可供其它隧洞工程參考和借鑒。

引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞最大埋深約2000m,根據(jù)資料分析,秦嶺隧洞地應(yīng)力高、埋深大具備發(fā)生巖爆的條件。本文擬對(duì)引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞越嶺段嶺南tbm施工段(k27+643.006~k46+360.000)18.717km地段圍巖巖爆機(jī)理進(jìn)行分析、研究,提出tbm法施工通過(guò)巖爆地段的施工預(yù)防措施。

大伙房輸水隧洞六河段地質(zhì)條件極端復(fù)雜,是整個(gè)輸水工程的控制性節(jié)點(diǎn)。通過(guò)地質(zhì)條件的分析,采取全方位綜合施工措施,成功地完成了該段施工。安全監(jiān)測(cè)成果也驗(yàn)證了隧洞的安全性。

大伙房輸水隧洞六河段地質(zhì)條件極端復(fù)雜,是整個(gè)輸水工程的控制性節(jié)點(diǎn)。通過(guò)地質(zhì)條件的分析,采取全方位綜合施工措施,成功地完成了該段施工。安全監(jiān)測(cè)成果也驗(yàn)證了隧洞的安全性。

以分析深埋長(zhǎng)隧洞圍巖應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)槟繕?biāo),考慮隧洞施工方式,圍巖支護(hù)形式等因素,通過(guò)數(shù)值計(jì)算,動(dòng)態(tài)模擬隧洞施工過(guò)程,獲取了黃三段輸水隧洞初期支護(hù)后的圍巖變形情況以及圍巖與襯砌相互作用關(guān)系。計(jì)算結(jié)果顯示:采用設(shè)計(jì)的初期支護(hù)形式,可有效控制不良洞段的圍巖變形,ⅳ、ⅴ類圍巖最大收斂變形滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。ⅳ、ⅴ類圍巖與襯砌間的相互作用力隨襯砌澆筑時(shí)距掌子面距離的增加而降低,但在距掌子面約4倍洞徑后降幅微小。通過(guò)對(duì)比分析經(jīng)驗(yàn)方法與數(shù)值方法所確定圍巖壓力成果,確定了襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的圍巖壓力指標(biāo),為黃三段輸水隧洞設(shè)計(jì)提供了依據(jù),分析方法可為相似工程提供參考。

隧洞工程設(shè)計(jì)中,斷面形式合理與否對(duì)工程的順利修建至關(guān)重要,尤其對(duì)于軟巖隧洞而言,由于圍巖條件惡劣,使隧洞襯砌結(jié)構(gòu)受力處于不利狀態(tài),其隧洞斷面形式的選擇應(yīng)更加謹(jǐn)慎。隧洞斷面不僅要滿足基本的使用功能,還應(yīng)當(dāng)符合結(jié)構(gòu)可靠,經(jīng)濟(jì)合理,施工便捷的原則。本文以引漢濟(jì)渭調(diào)水工程秦嶺隧洞出口鉆爆段為研究對(duì)象,從工程地質(zhì)條件、隧洞結(jié)構(gòu)受力、施工條件、工程投資等方面對(duì)標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形斷面與平底馬蹄形斷面進(jìn)行綜合比選,得出在軟巖段宜采用底部為弧形的標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形斷面。

引漢濟(jì)渭工程是一項(xiàng)非常復(fù)雜的水資源配置系統(tǒng)工程,影響因素多,工程難度極大。如此超常規(guī)的工程建設(shè)必然帶來(lái)一系列的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。分析工程存在的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題并開(kāi)展這些問(wèn)題的研究工作,將對(duì)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工有重要的指導(dǎo)作用,并為工程建設(shè)提供技術(shù)保障。

針對(duì)目前水庫(kù)輸水隧洞工程應(yīng)用混凝土襯砌施工技術(shù)過(guò)程存在的問(wèn)題影響,本文應(yīng)以實(shí)際工程項(xiàng)目為例,分析了襯砌施工技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn),并提出了優(yōu)化控制的方法策略,其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明,只有在明確施工技術(shù)應(yīng)用局限的情況下,才能使施工技術(shù)的運(yùn)用方法起到應(yīng)有的價(jià)值效果。

依據(jù)前期對(duì)施工廢水水質(zhì)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和分析檢測(cè)結(jié)果,針對(duì)秦嶺輸水隧洞施工期廢水水量較大、高ss等特點(diǎn),基于水質(zhì)矩陣分析原理,以廢水處理后安全外排為約束,對(duì)各污染物進(jìn)行權(quán)重分析,得出污染物對(duì)環(huán)境影響由高到低依次是ss、cod、fe、nh3-n、tn、石油類。結(jié)果表明ss是制約隧洞施工廢水安全外排的控制因子。根據(jù)廢水污染物的構(gòu)成,提出了以"混凝+沉淀+錳砂過(guò)濾+吸附"為核心的處理工藝,并用施工現(xiàn)場(chǎng)采集的廢水以及人工模擬廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,該處理工藝對(duì)懸浮物去除率達(dá)90%以上,對(duì)cod去除率約85%,對(duì)氨氮去除率約60%。處理后水質(zhì)均能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(gb3838-2002)中ⅱ類水體指標(biāo)。

為了分析tbm利用率的主要影響因素,統(tǒng)計(jì)分析引漢濟(jì)渭工程嶺北隧洞連續(xù)掘進(jìn)2100m的圍巖特征和掘進(jìn)記錄,確定了導(dǎo)致tbm非正常停機(jī)的底事件,建立了tbm非正常停機(jī)故障樹(shù)模型,結(jié)果表明出渣系統(tǒng)故障、支護(hù)設(shè)備故障、刀盤刀具故障和電氣故障是導(dǎo)致tbm利用率不高的主要因素。通過(guò)tbm利用率及主要故障與場(chǎng)切深指數(shù)（fieldpenetrationindex,fpi）相關(guān)性分析,表明節(jié)理破碎巖體中tbm利用率與fpi之間不存在明顯相關(guān)性,出渣系統(tǒng)故障、支護(hù)設(shè)備故障、刀盤刀具故障與fpi有較強(qiáng)的相關(guān)性。分析主要故障發(fā)生原因,從設(shè)備管理和現(xiàn)場(chǎng)施工管理2個(gè)方面提出tbm利用率提高措施。

環(huán)形高效預(yù)應(yīng)力體系具有材料強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)變形小、抗裂及抗?jié)B性能好、耐久性高等優(yōu)點(diǎn),在用于淺埋隧洞和隧洞襯砌情況下,綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文以大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程隧洞后張法環(huán)形無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌施工為實(shí)例,系統(tǒng)闡述了有關(guān)施工工藝和關(guān)鍵的施工技術(shù),為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供了一套先進(jìn)、成熟和完整的指導(dǎo)性方案。

秦嶺輸水隧洞是"引漢濟(jì)渭"的重點(diǎn)工程之一,施工中多次遇到花崗巖地段突涌水和巖爆地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題?；◢弾r巖質(zhì)堅(jiān)硬、巖體完整、力學(xué)強(qiáng)度高、地下水不發(fā)育,但本段多次發(fā)生了大的突涌水問(wèn)題,最大涌水量達(dá)24000m3/d,嚴(yán)重影響了正常施工,加大了施工成本；隧洞埋深大、地應(yīng)力值高、巖爆頻發(fā),對(duì)人員和設(shè)備的安全造成極大危害,降低了施工效率。文章通過(guò)對(duì)秦嶺輸水隧洞花崗巖地層特性進(jìn)行分析研究,從巖石微觀結(jié)構(gòu)角度,揭示其宏觀破裂形式,并對(duì)隧洞在花崗巖地層中施工時(shí)發(fā)生的突涌水和巖爆問(wèn)題進(jìn)行分析研究,結(jié)合典型工程實(shí)例,提出了有針對(duì)性的防治措施,確保施工順利進(jìn)行。

結(jié)合引漢濟(jì)渭工程隧洞線路長(zhǎng)大、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn),研制輕便、可靠、靈活、自動(dòng)的鉆孔壓水試驗(yàn)裝置,該套裝置具有壓水管路損失不修正、測(cè)試數(shù)據(jù)自動(dòng)化、試驗(yàn)精度高等特點(diǎn),能很好地揭示圍巖強(qiáng)、中、弱透水性的演化規(guī)律,為隧洞滲控方案設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù),具有顯著的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用價(jià)值。

西秦嶺隧道不良地質(zhì)段tbm施工技術(shù)——tbm能否快速、安全地通過(guò)不良地質(zhì)段,對(duì)于減少工程投資,縮短工期有著非常重要的作用。不良地質(zhì)段tbm掘進(jìn)時(shí),超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是前提。根據(jù)地質(zhì)情況應(yīng)選用適當(dāng)?shù)木蜻M(jìn)方案及參數(shù),遇到軟弱破碎段圍巖段及坍塌時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的處理措施...

水利工程隧洞施工經(jīng)常遇到地下溶洞,尤其是云、貴、川喀斯特地貌區(qū)域溶洞頻現(xiàn).夾巖水利樞紐工程輸水隧洞穿越白蒲河、西溪河等多條河流和山嶺,施工過(guò)程中溶洞數(shù)量多、規(guī)模大.其中,余家寨隧洞出現(xiàn)長(zhǎng)144.50m,寬52.00m,高50.00m的大型溶洞,將輸水隧洞攔腰截?cái)?由于隧洞設(shè)計(jì)軸線不能大幅度調(diào)整,給工程施工帶來(lái)極大困難.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大型溶洞實(shí)際情況,采用鋼拱架混凝土護(hù)拱施工技術(shù),同時(shí)在溶洞底部設(shè)置永久排水涵管,既保證溶洞出現(xiàn)涌水時(shí)能夠順利通過(guò),又能在護(hù)拱的保護(hù)下使輸水隧洞安全通過(guò)大型溶洞施工,為今后地下工程大型溶洞處理提供了施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn).

針對(duì)水工建設(shè)的主要分項(xiàng)隧洞施工,本文結(jié)合某水電站實(shí)際情況,圍繞其隧洞施工難點(diǎn),深入探討施工技術(shù),明確隧洞支護(hù)、混凝土施工及安全、質(zhì)量控制的要點(diǎn),旨在為類似水利工程建設(shè)提供參考.

大伙房水庫(kù)輸水隧洞連續(xù)長(zhǎng)度達(dá)85km,洞室最大埋深600m。工程所通過(guò)的f_(12)大型斷層帶寬達(dá)180m.地質(zhì)條件異常復(fù)雜,涌水與塌方嚴(yán)重威脅著工程的成敗,經(jīng)過(guò)采取了系統(tǒng)灌漿、管棚施工、短進(jìn)尺開(kāi)挖、及時(shí)支護(hù)等綜合施工措施,解決了特長(zhǎng)輸水隧洞通過(guò)大型斷層帶的諸多技術(shù)難題,其施工技術(shù)和工藝措施可資類似工程借鑒。