岩溶隧洞突涌水灾害风险评价研究

受复杂地质条件的影响,岩溶隧洞在施工过程中极易发生突涌水灾害。为准确评估岩溶隧洞突涌水风险等级,将结构方程模型(SEM)与改进的模糊综合评价法(FCEM)相结合,构建岩溶隧洞突涌水风险评价模型。从地形地貌、气象水文、地层因素、地质构造、岩溶水文地质、施工因素6个方面深入研究;利用SEM确定各指标标准化路径系数并求得其权重,运用改进FCEM法对岩溶隧洞突涌水风险等级进行评价;以滇中引水工程昆呈隧洞为应用实例,利用Crystal Ball软件验证模型的有效性。结果表明:昆呈隧洞有90%的几率处于52~73分值区间范围内(Ⅲ级风险),与现场实际情况一致,表明基于SEM-改进FCEM法构建的岩溶隧洞突涌水风险评价模型具有一定的适用性;其中岩溶水文地质、地质构造、气象水文是该隧洞的主要影响因素,施工中应加强对这几方面的监控和量测,避免发生突涌水灾害。研究成果可为类似岩溶隧洞工程提供参考。

物元可拓法在引水隧洞围岩稳定性评价中的应用

为预防和控制引水隧洞中围岩失稳事故的发生,将物元可拓法应用于围岩稳定性评价中。以滇中引水工程为背景,选取滇中引水工程某隧洞段,构建引水隧洞围岩稳定性评价指标体系,划分围岩等级,选用灰色关联分析法(Grey Relational Analysis, GRA)和因子分析法(Factor Analysis, FA)组合确定权重,基于物元可拓模型进行引水隧洞围岩稳定性评价,以期减少目前评价方法中一些不相容现象及其他问题所带来的影响,从而提升长距离特大输水工程围岩稳定性等级评价的精度。结果表明,GRA-FA-物元可拓模型围岩稳定性评价结果与实际等级基本相符,与逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS)相比,预测评价精度从62.5%提升到87.5%,准确性提升了约25百分点。因此,GRA-FA-物元可拓模型相较以往的评价模型可以更全面和客观地进行引水隧洞围岩稳定性评价,可为其他长距离特大引水工程施工风险评价提供理论支撑。

非标准马蹄形断面水力计算研究

以滇中引水工程楚雄段-昆明段非标准马蹄形断面为研究对象,采用几何分割法对该马蹄形断面的水力要素进行了推理,推导出任意水深所对应水力要素表达式。同时,采用三分试算法计算了该断面正常水深,试算过程采用C#编程来实现。考虑到马蹄形断面正常水深计算的复杂性,采用拟合优化原理推导出正常水深的直接计算公式。计算结果表明:在该公式的适用范围内计算该断面正常水深的最大相对误差为0.496%,同时整个计算区间内89.3%以上计算点相对误差小于0.24%,精度相对较高,可以满足实际工程的需要。

跨活断层隧洞抗错断技术模型试验研究

长大隧洞工程不可避免地要跨越活动断裂带及其影响区域,为减少因断层错动而导致的隧洞结构破坏,抗错断设计是隧洞设计的重要内容。以滇中引水工程香炉山隧洞为背景,对包括铰接设计、扩挖-缓冲层设计以及铰接-扩挖-缓冲层在内的3种抗错断措施进行模型试验研究;从衬砌内部破坏、隧洞整体破坏、衬砌应变方面,对上述3种抗错断措施抗断效果进行了验证评估。研究结果表明:(1)从隧洞衬砌结构内部破坏特征来看,铰接设计与扩挖-缓冲层设计都可以对衬砌起到保护作用。(2)从隧洞整体变形和裂纹分布来看,使用铰接设计增大了隧洞在断层带区域的变形程度,但减小了衬砌本身的破坏;使用扩挖-缓冲层设计不仅减小了隧洞在断层带区域的变形,同时也相对减小了对衬砌本身的破坏,经铰接-扩挖-缓冲层设计的隧洞变形几乎只出现在铰接处,衬砌破坏更小。(3)从隧洞纵向应变分布规律来看,扩挖设计和铰接设计都减小了衬砌的应变,其中铰接设计对衬砌应变的减弱最为突出。相关研究成果可为跨活断裂隧洞实际工程中抗错断方案的选用提供参考。

滇中引水工程水源区水沙关系及悬移质含沙量预测方法研究

滇中引水工程水源状况对供水至关重要,为全面了解工程水源区的水量和悬移质含沙量特性,分析悬移质含沙量未来情势,依据水源区石鼓水文站资料系列,基于水文随机分析、小波分析、Copula函数等方法研究石鼓站水与沙的变化趋势及周期规律、联合分布及相依变化情况,在此基础上提出一种悬移质含沙量模拟及预测模型。研究结果表明,石鼓站流量和悬移质含沙量的年际、年内分配不均匀;水沙组合的同现重现期最大、联合重现期次之、条件重现期最小,同步遭遇概率远大于异步遭遇概率;未来丰、平、枯水情景下的多年平均悬移质含沙量分别为0.639、0.597、0.562 kg/m^(3),较1955~2019年实测的0.586 kg/m^(3)分别增长了9.0%、1.9%、-4.1%,3种情景下悬移质含沙量均呈上升发展趋势。研究成果从水沙分析角度为滇中引水工程供水调度、含沙量预估等提供了决策依据。

基于AHP与FCE相结合的引调水通信技术适配性研究

随着引调水工程逐步向信息化、智能化和孪生化发展,针对各层级通信网络与通信技术在适配性上存在的诸多问题,分别建立了技术、智能和经济3项一级指标及带宽、时延、可靠性、安全性、灵活性、先进性、扩展性、建设成本和运维成本9项二级指标,搭建出引调水工程通信网络性能指标模型,并将AHP与FCE相结合,构建了基于AHP-FCE模型的引调水通信网络评价体系,最后以滇中引水工程通信网络为例,利用该模型计算得到引调水工程通信网络汇聚层和接入层最适配的通信技术分别为OSU-OTN和全光PON。可见所构建的指标模型及AHP-FCE评价体系不仅能对滇中引水工程设计、实施提供指引,也能为类似的技术选型工作提供了一种新的思路和方法。

滇中引水工程中数字孪生技术的应用研究

为更好地采用信息化手段为滇中引水工程建设及运行管理提供更科学的决策,提出采用数字孪生技术构建智慧滇中引水体系的解决方案。在总结目前滇中引水工程信息化建设的基础上,对标水利工程数字孪生建设要求,搭建滇中引水工程数字孪生系统架构,从信息采集、数据传输、云计算中心和数字孪生平台几个方面全面系统地进行构建,并根据工程实际提出水源泵站、深埋隧洞和运行维护3个数字孪生运用场景。研究结果可有效提高滇中引水工程智能安全的建设管理水平和调水能力,也可供其他引水工程数字孪生建设借鉴。

云南省滇中引水工程施工期对生态环境的影响

云南省滇中引水工程的建设将对区域自然环境、生态环境与社会环境产生影响,且部分影响具有一定的累积性、长期性及不可逆性。本文从废水、废气、噪声、固废4方面分析工程施工期对生态环境的影响,提出相应的污染防治措施,为减小滇中引水工程对生态环境的影响提供参考。

模糊层次分析法在白云岩砂化等级划分中的应用

砂化白云岩地层在滇中引水工程玉溪段输水隧洞中广泛分布,该地层中修建的小扑、扯纳苴等隧洞常出现塌方、突水涌砂等地质灾害,严重影响施工安全。科学合理地划分白云岩砂化等级,对施工过程中的灾害防控具有重要意义。从3个方面选取12个能够准确描述白云岩砂化程度的指标,建立白云岩砂化等级划分层次结构模型,将白云岩划分为微砂化、弱砂化(下段和上段)、强烈砂化(下段和上段)、剧烈砂化4个等级,运用模糊层次分析法进行白云岩砂化等级划分。选取小扑2#主洞上游部分洞段建立模型并划分砂化等级。结果表明,该方法通过定性与定量相结合的方式实现了白云岩砂化等级划分,其划分结果与工程实际情况基本相符。

渗流作用下红层软岩流变力学特性试验与本构模型研究

滇中引水工程隧洞软岩大变形问题是十大世界级技术难题之一.以滇中引水工程柳家村隧道钙质泥岩为研究对象,开展了渗流作用下的三轴流变力学试验,研究了渗流作用影响下钙质泥岩流变变形规律及加速流变特征.结合钙质泥岩在不同渗压作用下的流变特性,引入比奥系数与损伤变量,基于非线性元件模型,建立反映不同渗流压力作用下钙质泥岩损伤流变特性的本构模型,对非线性损伤流变模型进行参数辨识,模型与流变试验结果匹配良好.研究成果对认识和掌握滇中红层软岩渗流流变力学特性具有重要理论意义和实用价值.

滇中引水工程倒虹吸钢管应用Q460钢的水压试验研究

结合滇中引水工程某倒虹吸钢管的实际,采用1∶1大比尺结构模型试验,研究了Q460C高强钢应用于水利水电行业大直径输水钢管时的受力状态及极限承载能力,得到水压试验模型从加压到最后爆破整个过程中钢管应力、位移的变化规律。模型试验测试结果表明,在水压试验压力2.82 MPa之前,钢管应力/应变~压力、位移~压力曲线呈现良好的线性关系,且其最大应力均小于Q460C钢材在水压试验工况下的允许应力,说明压力钢管处于弹性工作状态,结构能够满足强度设计要求。模型爆破时最大压力为7.50 MPa,是设计压力2.26 MPa的3.3倍,且产生了很大的塑性变形,说明Q460C钢制成的压力钢管具有很好的韧性和足够的安全裕量,可以应用于滇中引水工程或类似工程的倒虹吸钢管结构。

滇中引水软岩隧洞施工支洞交岔口开挖控制技术

滇中引水工程大理段狮子山隧洞处于红尘软岩段,变形情况突出。为便于超长输水隧洞的施工设置了斜井作为施工支洞,鉴于该支洞与主洞交汇处结构跨度大,开挖支护期间其变形与稳定控制难度大。阐述了针对该支洞与主洞交岔口部位的分区分块、开挖程序、支护结构等具体情况采取的相关变形控制措施,以期对类似工程施工提供参考。

基于改进的G2-AEW-UMT模型的水工隧洞施工安全风险评价及障碍因子诊断

为降低滇中引水工程隧洞施工安全风险,预防安全事故的发生,对风险因子须提前预判。考虑隧洞施工孕险环境和水文、气象、工程地质等因素,结合规范和工程实际,遴选出8个一级指标和19个二级指标构建水工隧洞施工安全风险评价指标体系。采用改进G2、反熵权法(AEW)计算指标主客观权重,通过未确知测度理论(UMT)并引入障碍因子诊断,建立改进的G2-AEW-UMT水工隧洞施工安全风险评价模型。以某工程7^(#)隧洞为例进行模型验证,结果表明:隧洞斜井段、进口段和出口段障碍度最高的是气候条件,障碍度分别为27.79%,32.97%,29.75%;上游段主要障碍因子为地质条件,障碍度为28.93%;下游段主要障碍因子为水文条件,障碍度为22.96%;综合诊断表明影响7^(#)隧洞施工安全的主要障碍因子为气候、水文和环境条件,其障碍度均值之和达到49.55%,风险范围程度为62.5%,综合评价该水工隧洞施工安全风险等级为Ⅱ级,属于中风险,对比模糊综合评价结果与前人的研究,该模型评价结果符合工程实际,验证了模型的可行性。将未确知测度理论结合障碍因子诊断模型应用于水工隧洞施工安全风险评价的适用性好、计算精度高,可为滇中引水工程水工隧洞施工安全风险评价与诊断提供新思路。

南水北调汉江水质变化后某水厂臭氧-活性炭深度处理工艺优化研究

为研究南水北调中线工程通水后汉江水质的变化及评价沿线某水厂臭氧-活性炭深度处理工艺运行效果,研究分析了2013至2021年汉江水质变化趋势,检测水厂各工艺段出水常规水质指标,并考察了2022年1至4月间调控PAC、NaClO和预、主臭氧投加量对出水水质的影响。结果表明,南水北调通水后一个月,汉江水pH、色度、COD_(Mn)、菌落总数较通水前的同期分别升高了5.6%、57.1%、38.4%、162.1%,此后这些指标与通水前基本无显著性差异,但2019至2021年CODMn和菌落总数指标有升高的趋势。增设主臭氧-活性炭工艺运行4年后对COD_(Mn)、UV_(254)、NH_(3)-N的去除率比常规处理提高了12.2%、18.5%、8.3%,对浑浊度、TOC去除效果提高不明显。活性炭运行4年后,碘吸附值及亚甲蓝吸附值分别下降了82.0%及82.2%,达到生物活性炭的成熟阶段。日常运行可采用炭滤池出水0.30NTU所对应的二级预警作为限值控制,保障出水浑浊度的稳定。调控预、主臭氧投加量及比例,可使出厂水的COD_(Mn)小于2.0mg/L。

滇中引水工程区形变场特征分析

为分析滇中引水工程区的形变场特征,基于多期次GNSS观测及跨断层监测资料,借助速度场聚类与最小二乘配置算法,以及断层刚体运动等模型,推求了该区域主要断裂的现今活动速率和区域应变率分布,解算了活动断裂三维运动变化过程。研究表明:小金河-丽江断裂南段和小江断裂南段是两个强烈的地表变形区,楚雄段所在区域的构造运动相对稳定;建水盆地东缘断裂一带的剪应力积累水平较高;丽江-剑川断裂南段在2011年前后由张扭逐渐转变为压扭运动性质;2018年后,丽江-剑川断裂南段走滑速率较低,曲江断裂南东段的拉张活动强烈。研究成果可为穿越活动断裂的长线工程场地稳定性分析和结构抗错断设计提供参考依据。

深埋软岩隧洞让位支护原理及应用技术框架

软岩大变形问题是深埋软岩隧洞面临的重大工程挑战和核心关键技术问题.本文总结了从采取刚性支护硬顶的方法发展到采用柔性支护利用围岩自承能力的让压方法的历程,通过分析国内外软岩大变形案例,以滇中引水工程为例,总结滇中软岩变形特征,认为滇中深埋软岩隧洞大变形问题,如采用以防止冲击地压和解决不均压问题的让压锚杆支护,将有一定的局限性,甚至无效.滇中深埋软岩隧洞软岩大变形问题往往还与赋存地质物理环境高外水压力作用有关.文中提出复杂地质条件下深埋软岩隧洞让位支护理论与技术方法,让位支护理论与让压支护理论基础和原理不同,其不是让抵抗冲击地压为目标,而是让变形位移为核心,软岩隧洞施工中“持续变形、边支边让”为核心思想,在保证水工隧洞安全稳定的条件下充分释放岩体的主体变形能,保障软岩隧洞支护、衬砌的安全稳定.该理论方法可在变形力学机理上解决软岩大变形和高外水压力强作用的关键核心技术问题.文中给出了软岩隧洞让位支护系统技术方法,包括系统让位锚杆、让位锚索、约束混凝土、可缩动钢拱架结构及其让位支护体系技术.

隧道穿越溶洞富水区超前地质预报与处置

隧道综合超前地质预报是对地表勘探的有效补充,可在隧道施工期提供掌子面前方不良地质灾害源信息。以滇中引水工程为例,通过地质勘测资料分析、地震波法和电阻率法相结合的综合超前地质预报系统,探测出该工程区4个易出现突泥涌水灾害的区段,并针对性地提出了超前预注浆的处理方案。现场验证结果表明:提出的预报方法对隧道穿越溶洞富水区时掌子面前方不良地质条件实现了超前地质预报,基于预报结果提出的施工处置技术可以针对不良地质条件进行有效治理。

“股权投资+施工总承包”建设模式实践及探讨

近年来,国内一些大中型建设项目采用“股权投资+施工总承包”模式,文章阐述其基本概念和与PPP模式的异同点,厘清关于垫资施工、招标公正性、不合理限制条件等几项争议;并以滇中引水工程为例,介绍其“股权投资+施工总承包”项目实施情况,总结具体实践经验,针对性提出投资控制、资金管控、激发承包人积极性等建议。

充填型溶洞TBM掘进卡机过程特征与脱困措施研究

为应对敞开式TBM掘进穿越大型充填型溶腔面临的较大施工风险,分析总结了滇中引水工程香炉山隧洞“云岭号”TBM遭遇溶腔段的卡机过程特征、原因及采取的脱困措施。结果表明:①溶腔段TBM卡机的直接原因主要为刀盘扭矩过大,难以持续维持在高位而发生刀盘停转被卡。在穿越充填型溶洞过程中,TBM可能面临反复卡机问题,并因拱底软弱破碎、承载力不足而发生“栽头”现象,导致TBM掘进竖向偏差过大;②采用拱顶超前注浆管棚、拱底超前管桥、掌子面玻璃纤维锚管超前注浆等超前处置措施,能够较好地限制溶腔段TBM刀盘扭矩过大、机头下沉等问题,为使TBM顺利通过不良地质洞段,需从“超前支护、初期支护加强、掘进控制”等方面进行综合处置;③在岩溶地层中,溶洞前后可能并无明显过渡洞段,TBM掘进施工过程中应进行有效的超前地质预报,做到先探后掘、提前发现、提前处置。

土岩组合浅埋隧洞侧穿老旧房屋施工风险控制技术

在城镇地区采用浅埋暗挖法进行的地下隧洞施工中,富水软弱地层及复杂周边环境对施工形成较大安全隐患。为控制施工风险,以滇中引水工程龙泉隧洞出口段土岩组合浅埋隧洞施工实践为例,以改造地质条件为前提,以强支护、密监测为原则,以控制地表沉降为重点,以格栅(或其他钢结构)和喷锚作为初期支护的手段,并采用预加固、大管棚、小导管超前注浆等措施。结果表明:各项措施合理可行,确保了复杂地层浅埋条件下隧洞的施工安全,可为引水隧洞施工提供参考。