TBM在水电工程应用问题与对策的初探

目前国内TBM(Tunnel Boring Machine)隧道掘进机主要用于水利及交通隧洞工程,较少应用于水电工程(有压隧洞),且鲜有较为成功的案例。通过对大量文献和工程实例的研究,从水电工程隧洞与水利、交通工程隧洞的不同施工特征及结构特点进行分析,并从TBM设备及运营模式、现场施工管理、超前地质预报及经济性比较等方面进行分析,提出了初步的对策。结合不断改进的施工工艺、地质超前预报系统与二次衬砌同步施工技术,TBM在水电工程中的应用前景将更加广阔。

溪洛渡水电站地下厂房洞室群施工期围岩稳定性分析

溪洛渡水电站地下厂房洞室群洞室密集、上下分层、纵横交错,主体洞室边墙高、跨度大,洞周层内层间水平状错动带及节理裂隙发育,顶拱易形成悬臂卸荷掉块,边墙松弛变形较大,且局部存在浅层滑动块体,对地下洞室群的稳定不利。本文首先采用三维损伤弹塑性有限法对拟定开挖方案的围岩稳定性进行分析,确定了合理的洞室开挖顺序。施工期阶段,随着开挖的进行,及时对监测数据进行分析和洞周围岩反馈分析,结果表明,在系统支护作用下,开挖完成后,应力和变形量值总体较小,围岩整体稳定是有保证的。针对局部稳定问题,通过多方面分析,及时调整设计,避免了局部不稳定现象的发生,实现了动态化设计的思路,对类似工程具有指导和借鉴作用。

锦屏一级水电站右岸导流洞衬砌破坏特征三维数值模拟

针对锦屏一级水电站右岸导流洞衬砌结构开裂、破坏现象,基于锦屏一级水电站右岸地下厂房和导流洞地质资料,建立了三维地质概化模型,利用三维数值模拟方法模拟了其破坏机制,分析了右岸导流洞衬砌结构破坏的成因。结果表明,右岸导流洞所赋存的地质环境是其开裂破坏的基本条件,复杂的受力条件和受主厂房持续开挖卸荷的影响以及副厂房端墙和导流洞之间岩柱应力场发生过大规模持续地叠加调整,引起持续重复地扰动是其开裂破坏的主要原因,为导流洞加固设计提供了技术支撑。

水电站地下厂房超大洞室群建设技术综述

我国水电站地下厂房历经60年的建设发展,数量、规模、技术难度、建设水平等稳居世界前列,形成了具有世界领先水平的超大地下洞室群建设技术体系。本文从建设成就、洞群布置、围岩稳定分析、洞群开挖与支护、监测与反馈技术等方面介绍了我国水电站超大地下洞室群的主要建设技术,并展望了未来的发展方向。

基于岩石强度应力比的大型地下洞室群布置设计方法

分析不同岩石强度应力比条件下典型水电站地下厂房洞室群围岩的破坏模式和变形特征,阐明岩石强度应力比与洞室围岩的承载能力、破坏模式、变形特征之间的关系,并根据洞室群效应及其对洞室群围岩稳定的影响、谷坡地应力场特征、地应力分级标准、大量已建水电站洞室群布置设计统计资料、数值分析成果、既有相关研究成果、工程经验,创建基于岩石强度应力比的大型地下洞室群布置设计方法,提出具体的量化指标和相关计算公式。该方法主要根据岩石强度应力比,结合场址地应力场特征、围岩结构面发育特征等进行地下洞室群的布置设计,较为全面地考虑了影响地下洞室群围岩稳定的主要因素,适用于各种地应力水平和复杂地质条件的地下洞室群布置设计。

西南地区超大型地下洞室群施工期快速监测分析评价体系研究

由于西南地区典型的高山峡谷地形地貌特征和区域强烈的"高地应力"的构造动力条件影响,水电站超大型地下洞室群面临的工程复杂性和难度超出现行经验认知。随着超大型地下厂房洞室群安全监测工程规模的不断扩大,利用现场实测的大量监测数据,借助现代化的监测软件系统,构建西南地区超大型地下厂房洞室群施工快速监测分析评价体系,并利用该体系对洞室围岩稳定进行分析评价,以实现地下厂房洞室群的施工过程动态设计,保证地下厂房洞室群的围岩稳定和运行安全。在分析评价体系的研究中,通过大量监测数据的统计分析,对围岩稳定的评价指标进行研究,拟定5个位移评价指标和5个支护荷载评价指标,并将评价指标的分级与围岩稳定分级相关联,实现地下厂房洞室群围岩稳定的快速评价;通过建立的评价体系流程应用于后续在建工程中,取得了不错的效果,可进行推广应用。

猴子岩水电站洞群硬脆性围岩变形破坏特征的3DEC分析

猴子岩水电站地下厂区最大主应力量值高达36 MPa、小断层与层间挤压带发育,施工期主体洞室围岩变形量值较大、混凝土喷层出现较为严重的起鼓、开裂等破坏现象。为探讨围岩与喷层变形破坏现象的发生机制,采用3DEC建立开挖模拟分析模型,以修正的应变软化模型对硬脆性围岩在高应力条件下的卸荷力学响应进行模拟,并在建模上对假想为圆盘状的结构面做了特别处理。通过分析围岩应力集中区、主拉应变随开挖过程的演化以及计算位移与锚索轴力分布,研究认为:主体洞室开挖初期因开挖断面小、岩体相对完整,主要以应力控制型破坏为主,随着开挖断面增大,小断层及挤压带影响增强,加之洞群效应显现,应力控制型破坏减弱而结构面控制型破坏逐渐占优;厂房下游边墙岩体内陡倾向洞内且走向与洞轴呈小夹角的小断层因卸荷出现张开与滑移,是造成厂房上下游边墙位移显著不对称的主因。

高地应力脆性岩体中洞室群监测反馈分析的2个关键技术问题探讨

应力控制型破坏模式是高地应力脆性岩体中开挖的地下厂房洞室群常见的破坏模式,洞周松弛区就是开挖爆破和应力控制型破坏模式的产物。初始地应力作为洞周围岩变形和松弛区形成的主要外因之一,是围岩稳定分析的基础。本文对几种常用地应力反演方法进行对比分析,并介绍一种快速生成地应力场的方法,通过地应力反演结果的对比,发现该方法进行地应力场反演时,能较有效率地获得点逼近程度比较高且应力场分布规律符合常识的初始地应力场。还提出同时考虑位移监测资料和声波资料的洞周松弛区反演方法,该方法通过有限次修正洞周松弛系数,以实测位移和实测声波波速为目标,实现洞周松弛区的模拟。