三峡二期工程帷幕孔孔口段压力升压试验

长期以来,高压帷幕灌浆压力自上而下成"宝塔"形,即上小下大。而坝基渗流水力梯度最大是在孔口段范围,合理的灌浆压力是保证灌浆质量的重要因素。为此,应专家要求,在三峡泄洪和左非坝段进行了孔口段升压(提高灌浆压力)试验。升压试验完成后,已用于左非与泄洪坝段帷幕施工。

三峡二期工程高压灌浆帷幕设计与施工

三峡二期工程廊道内的高压灌浆帷幕采用小口径、孔口封闭、自上而下不待凝、孔内循环法高压灌浆。从已完部分的灌浆效果分析 ,帷幕设计合理 ,施工质量经单点法压水试验检查 (15个单元 2 30个段 ) ,除封闭帷幕 2个坝段 2个孔第 2段 q值 >1Lu外 ,其余孔段 q值均满足q≤ 1Lu设计要求。质量评定结论为 :施工工艺严格 ,特殊孔段灌浆措施正确 ,灌前、灌后 q平均值和各序孔灌浆单耗呈递减规律 ;钻孔孔斜合格率为 98.7% ,封孔检查未发现渗水现象。施工进度满足明年

TBM撑靴夹紧油缸损坏原因分析及应急修复——以N-J水电工程为例

在N-J水电工程中应用TBM掘进时,其撑靴夹紧油缸发生故障。在分析TBM撑靴的结构组成和工作原理的基础上,对撑靴进行拆除检查,发现故障主要是撑靴出现较大角度偏转,夹紧油缸直接压向缸筒底部导致缸座内螺纹被压所致。而现场库存夹紧油缸配件不足,要想不影响整个工程的工期,只能采用非常规方式进行修复。介绍了在特殊情况下少于正常数量的夹紧油缸布置方法,后期掘进效果表明,只要夹紧油缸布置合理,依旧能满足撑靴的角度调整需要,相关经验可供类似工程施工设备修复工作借鉴。

基于地应力实测与能量判据的深埋隧道岩爆预测

根据巴基斯坦N-J水电站TBM引水隧洞地质构造和岩体赋存状况,采用套孔应力解除技术对深埋TBM隧道进行了现场地应力实测,进而依据地应力场分布差异将其分为构造和非构造应力影响区。岩石力学室内试验结果表明:砂岩的储能极限对卸载速率不敏感,在一定初始围压下基本为定值。在此基础上,从岩爆能量角度采用数值模拟分析揭示深埋隧道围岩能量分布变化规律,预测不同埋深、不同地应力场条件下隧洞岩爆的级别及规模范围。研究成果可为深部地下工程岩爆的预测提供一种新的思路。

软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究

TBM施工过程中,为防止软岩变形导致卡机事故的发生,需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N-J水电站为研究对象,通过对围岩变形监测数据的反演分析,得到其蠕变参数,并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果表明,TBM在软岩段掘进过程中,围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形,且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加,增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中,在保证安全的前提下尽可能快速通过。

TBM撑靴夹紧油缸损坏原因分析及应急修复

介绍了开敞式TBM的应用背景及使用过程中撑靴夹紧油缸的故障现象。通过对故障现象的分析,结合T BM的结构以及工作原理,在特殊情况下如何应急快速修复T BM。目的是通过这方面的研究,为国内T BM撑靴的快速修复提供参考,同时为TBM运行管理过程中如何加强撑靴的保护提供借鉴。

三轴应力条件下粉砂质泥岩分级松弛特性

为研究软岩的应力松弛特性,采用分级荷载的方式对粉砂质泥岩进行三轴条件下的松弛试验。通过对不同围压条件下泥质粉砂松弛特性的分析,发现Burgers模型能够很好的反映出泥质粉砂岩不同应力条件下的松弛特性。研究应力松弛度随各级荷载初始应力水平的演化规律,结果表明:发现各级荷载初始应力较低时,应力松弛度随着各级荷载初始应力的升高而指数型降低;各级荷载初始应力较高时,部分岩样的应力松弛度呈现出略微升高的趋势。

TST地质超前预报技术在N-J水电工程中的应用

针对巴基斯坦尼鲁姆-杰卢姆（neelum-jhelum,N-J）水电站引水隧洞的复杂地质条件,开展地质超前预报技术研究。考虑到现有国内外超前预报技术大多存在着技术缺陷,影响预报的可靠性和准确性,N-J TBM引水隧洞采用隧道地震波层析成像（tunnel seismic tomography,TST）技术。应用方向滤波技术,有效地从三维波场中滤除侧向回波,成功提取出掌子面前方回波,实现波场分离;通过空间阵列系统设计和波速扫描技术,有效地解决了前方围岩波速分布问题;采取逆散射偏移成像技术,提高了不良地质体定位精度。现场应用表明,通过采用地质构造偏移成像和围岩波速的相互印证,TST地质超前预报结果与实际地质素描图较为吻合,可为工程地质人员的现场地质构造分析和围岩类别划分等提供参考。

薄弱覆盖层隧洞出洞口开挖技术在N-J工程中的应用

在隧洞开挖施工中,常采用由山体外往山体内开挖的方式开洞,这需要在洞口处山体开辟出施工平台和入场道路,对洞口处山体扰动极大。在保证设计功能的前提下,N-J水电工程引水调压洞出洞口采取由山体内往山体外贯通的方法进行开洞施工,一方面有效减少了山体扰动,降低了开洞施工的安全风险;另一方面也减小了征地范围和对环境的破坏,降低了施工成本,对类似工程具有借鉴意义。

“铁篦子”方案在岩爆区的应用

为减少岩爆控制的规模,采用"铁篦子或钢筋排"方案对其进行研究。利用隧道开挖后周围岩体的弹性能密度计算不同岩爆等级发生时的动能;根据前期对NJ—TBM隧洞地应力的反分析成果,结合工程区域采取应力释放孔等措施,确定不同岩爆区的最大岩块及其最大速度,且假定最大岩块以最大速度向钢板/钢筋进行冲击,从而建立"铁篦子或钢筋排"方案计算模型;基于该模型,将所提出的"铁篦子或钢筋排"方案分别应用到强岩爆区、中等岩爆区以及弱岩爆区。结果表明:在强岩爆区(钢拱架间距1.5 m,每延米30根Φ=20 mm"铁篦子"的方案)中岩爆区(钢拱架间距1.7 m,每延米20根Φ=22 mm"铁篦子"的方案)弱岩爆区(钢拱架间距2.0 m,每延米20根Φ=20 mm"铁篦子"的方案)均未使钢筋出现塑性区。因此,所提出的方案不会产生塑性区。

CW-TOPSIS岩爆评判模型及应用

针对岩爆评判模型中指标权重难以确定问题,提出一种"AHP+熵权法"组合赋权方法,引入Lagrange函数和欧氏距离函数,保证了主、客观权重与其差异程度相一致,最终获得理想的综合权重;基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)的基本理论建立CW(combined weights)-TOPSIS综合评判模型并预测岩爆等级。实例应用结果表明,CW-TOPSIS岩爆评判模型的预测结果与实际相吻合,进一步验证了该模型的有效性及实用性,从系统评价、多因素指标角度为岩爆预测提供了一种切实可行的途径。

一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算模型

基于隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)现场实际掘进参数与岩石强度的相关性,提出一种现场岩石强度快速估算模型。该模型详细分析了开敞式TBM现场实际掘进参数的趋势,建立了其与岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,UCS)的拟合关系式;根据回归系数R2排序:0.761 2(贯入度指数)>0.759 5(推力)>0.691 5(掘进比能)>0.598 6(扭矩)>0.561 5(贯入度),确定采用贯入度指数(field penetration index,FPI)快速估算岩石强度UCS。与以往岩石强度经验模型对比,该估算模型更具针对性和适用性。研究成果为TBM工程岩石强度的快速估算提供了一种新的切实可行的思路。

N-J水电站岩爆区应力释放孔预裂控制的爆破分析

为了对N-J水电站引水隧洞岩爆区进行卸压分析,对施工区的SS-1砂岩进行岩爆倾向性试验,采用弹性能量指数作为岩爆倾向判断指标,试验结果表明施工区具有强烈的岩爆倾向,说明了进行钻孔卸压的必要性。运用扩展有限元方法对钻孔预裂爆破进行数值模拟,模拟不同抗拉强度的岩体(4、6、8、10 MPa)在不同钻孔间距(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m)的孔内预裂爆破情况,分析了爆破过程的能量耗散率、裂缝贯穿最小冲击力等。数值分析结果表明:预裂爆破能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势;岩爆区的计算冲击应力小于岩石极限动态抗拉强度时,爆破不会使钻孔壁产生压碎破坏;在施工现场应对钻孔间距进行合理布局,以保证良好的卸压效果。

巴基斯坦N-J水电站引水隧洞地应力估算

巴基斯坦N-J水电站TBM隧道所处区域构造复杂,埋深大,隧道开挖过程中岩爆频繁。现场地应力是影响岩爆等级和范围的重要因素。依据钻孔饼化岩芯的断面形态和岩饼厚度,对现场地应力方向和量值进行了估算。结果表明岩芯钻孔轴线方向近似平行于其中一个主应力方位;假设岩体自重应力为其中一个主应力,则TBM隧洞轴线方向为第三个主应力方位。对应于水平侧压力系数0.8-1.5,最大主应力量值在80MPa-110MPa。开挖拱顶和拱底部位有强岩爆倾向,需要做好防护措施。

N-J水电站引水隧洞大变形段长期稳定性分析

深埋软岩隧洞围岩蠕变特性将会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以巴基斯坦N-J水电站深埋引水隧洞的泥质粉砂岩为研究对象,通过室内的三轴蠕变试验,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型。通过对大变形段围岩变形监测结果的反演分析,得到了围岩体的蠕变参数,并基于此对引水隧洞软岩大变形段的长期稳定性进行了分析。结果表明,引水隧洞运营10年后,围岩的拱顶下沉增量为20.3mm,水平变形增量为18.1mm,衬砌的受力主要以压应力为主,最大压应力达到了63.4 MPa,主要出现在拱顶和拱腰部位,出现了局部的受压破坏,为保证隧洞安全,需在拱顶和拱腰部位进行加强支护。

N-J水电站岩爆区卸压技术的能量耗散率分析

为研究岩爆区卸压技术的能量耗散率,对巴基斯坦N-J水电站引水隧洞TBM施工的岩爆区进行钻孔卸压和爆破卸压分析,主要对108 mm直径钻孔的卸压应力释放、预裂爆破等情况进行数值模拟,模拟钻孔间距分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 m时的孔内钻孔卸压和预裂爆破情况。分析结果表明:预裂爆破卸压法的能量耗散率最高可达到27%,而单纯的钻孔卸压法的能量耗散率最大仅为5.9%,因此预裂爆破卸压的卸压效果远好于单纯的钻孔卸压方法的卸压效果;对于预裂爆破法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而增大,基本呈指数型增长趋势,对于单纯的钻孔卸压法来说,能量耗散率随卸压孔间距的增加而减小,因此在生产现场应根据不同卸压方法布置合理的钻孔间距。

现场点荷载试验经验公式分析

通过对巴基斯坦Neelum-Jhelum（N-J）水电站第三系Murree组砂质硬岩进行点荷载及单轴抗压强度试验,探讨基于点荷载强度快速推算单轴抗压强度转化系数取值问题。基于试验数据回归分析,给出了适用于N-J砂质硬岩的线性、指数型两种单轴抗压强度推算经验公式及其转化系数,并与先前所提经验公式进行了对比分析。点荷载试验转换后的强度参数可为隧道岩体质量分级提供理论依据。