大跨度地下洞室工程技术发展

通过对中国古代大跨度地下洞室工程进行分析和研究,总结中国古代大跨度地下洞室工程在设计和建设中的技术和经验,并在此基础上,进一步研究我国当代新建大跨度隧道和洞室工程技术的现状,对典型的大跨度海底隧道工程、铁路隧道工程、竖井工程、液化石油气储藏洞工程、不良地质条件下的地下工程、水利枢纽地下电站工程、穿黄隧道工程和软土地下大跨度工程的技术工艺进行分析和总结,并提出大跨度地下工程技术的发展趋势,对推动我国的工程技术发展具有一定的借鉴意义和参考作用。     

某抽水蓄能电站地下洞室群围岩三维稳定分析

某抽水蓄能电站地下厂房为大跨度、高边墙地下洞室群,地质条件复杂,分布软弱夹层,高边墙及洞室间岩体的稳定性是洞室设计的关键因素。根据水压致裂法地应力测试数据计算侧压力系数,构造初始地应力场,按照开挖顺序建立三维弹塑性计算模型,分析地下洞室群围岩应力与变形特征、塑性区分布,评价了地下厂房洞室群围岩稳定性,为洞室设计提供科学依据和基础数据。     

高地应力区特大跨度尾水洞岔洞施工技术

目前全国水电建设正是黄金时段,以后地下水电站开发将如雨后春笋般增加,会出现更多的高应力大跨度地下洞室。高地应力条件下大跨度地下洞室开挖支护是目前水电开发中亟待解决的重大课题,本文参照官地水电站2#尾水洞岔洞开挖支护施工成果,对高地应力区特大跨度岔洞开挖支护施工技术进行整理分析,为今后这一类工程的设计与施工提供代表性的工程实例与参考资料。     

大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形研究方法探讨

大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形问题,是判断围岩稳定程度、进行支护设计、指导工程安全施工、保证洞室长期安全运行的关键因素之一。由于岩体自身结构的复杂性以及影响围岩应力与变形的因素繁多,目前对于该问题仍未形成统一的理论,未得到合理圆满的解决。本文在总结前人研究成果的基础上,系统的探讨了不同方法的优点与不足,并在此基础上提出了大跨度、高边墙地下洞室围岩应力与变形研究的一些思路和建议。     

龙滩水电站地下厂房大跨度高边墙开挖施工技术

龙滩水电站左岸地下厂房是目前世界上规模最大的地下厂房,地下厂房主厂房洞室尺寸庞大,与之相贯的洞室较多,与其平行布置的主变洞、尾水调压井之间的岩柱较薄,工程地质条件复杂.结合龙滩水电站地下厂房施工,分析地下厂房施工通道布置、开挖分层以合以及顶拱层、岩锚粱、高边墙穿洞等关键部位的施工特性和施工技术要点,总结了大跨度高边墙地下洞室开挖的关键技术,为以后同类工程施工提供一定的经验和借鉴.     

地下厂房锚杆支护的反向传播神经网络智能化设计模型

水电站地下厂房的支护设计一般采用工程类比法,而西南地区高地应力、大跨度地下洞室的修建难度往往超出以往的工程,难以完全适应。亟待建立考虑复杂地质条件影响的围岩支护定量设计理论和方法。在29个跨度为18.0～34.0 m,强度应力比为2.00～80.8的地下厂房支护参数的基础上,采用反向传播(back propagration, BP)神经网络方法,训练出了地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型。该模型通过输入洞室跨度值和强度应力比对系统锚杆直径、间排距进行优化设计。采用对神经网络权重分析的方法探讨了洞室跨度和强度应力比对系统锚杆支护方案选择的影响程度。研究结果表明:基于BP神经网络的水电站地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型具有良好适用性和可靠性;在仅考虑强度应力比和洞室跨度的情况下,水电站地下厂房系统锚杆的支护设计应该优先考虑强度应力比的大小。     

西北地区某市水利工程地下洞室围岩变形破坏研究

以西北地区某市水利工程地下洞室工程为例，依据洞室围岩位移监测资料，研究了地下洞室围岩变形破坏特点及其主要影响因素。研究结果认为地下洞室开挖后，顶拱围岩沉降量明显大于侧壁位移收敛量，并指出了影响区内地下洞室围岩变形破坏的主要因素表现在七个方面。该项研究将有助于进一步研究地下洞室围岩变形破坏机理，同时也有利于保障地下洞室工程顺利进行。     

基于Vague集的地下洞室地震安全评价

针对地下洞室群安全评价研究相对匮乏,且研究中大多针对应力或位移等单一指标开展安全评价,其结果具有明显局限性的问题,基于集成强度折减法、粒子群优化算法、投影寻踪法及Vague集的集对分析模型等方法,以结构的竖向位移、水平位移、加速度及压应力等多个动态响应参量作为地下洞室地震安全评价的关键指标,提出了适用于大型地下洞室群多指标的地震安全评价方法体系。以某工程为例进行了大型水电工程地下洞室群地震安全评价研究,结果表明所选地下洞室的3个断面均处于安全稳定性较好的评价等级,验证了地下洞室群地震安全评价模型的有效性。     

低地应力区地下洞室开挖后围岩应力数值模拟

以西北地区某水利工程地下洞室工程为例,采用弹塑性二维有限元法对低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力进行了数值模拟研究,模拟出了低地应力区地下洞室围岩开挖后围岩应力值及其分布规律.结果表明,低地应力区地下洞室开挖后洞室围岩形成应力集中现象,侧壁位置处产生的压应力值大于洞顶位置压应力值,且洞顶产生拉应力.该研究成果将有助于进一步研究低地应力区地下洞室围岩变形破坏机理及其稳定性,对保障地下洞室工程的圆满进行具有重要的理论价值和现实意义.     

60 m大跨度洞室最小矢跨比研究

大跨度洞室的最小矢跨比是大跨度洞室尺寸设计的重要参考依据,基于能够考虑岩体软化、剪胀、体胀、密度变化等开挖响应特征的Cavehoek本构模型和能够反映不同岩体质量、岩石单轴抗压强度条件下的极限应变标准,对不同地质强度指标GSI、埋深、侧压力系数、结构面等条件下的60 m大跨度洞室的最小矢跨比进行了研究.结果表明,GSI、侧压力系数、埋深3个因素中,GSI对大跨度洞室的最小矢跨比影响最大,侧压力系数和埋深次之;岩体质量越好,最小矢跨比越小,最小矢跨比与侧压力系数和埋深之间并非线性关系.结构面和岩石单轴抗压强度对大跨度洞室最小矢跨比有较大的影响,尤其是缓倾结构面非常不利于大跨度洞室成拱.     

大跨度高边墙地下洞室被复混凝土施工的抗渗抗裂技术

介绍了大跨度高边墙地下洞室被复混凝土施工支撑系统的设计以及混凝土结构的抗渗、抗裂技术,这些技术在海南某工地进行了现场应用,整个工程全部符合设计和规范要求。     

天荒坪抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩分类

随着抽水蓄能电站的建设发展,抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩的稳定性对于保证抽水蓄能电站安全生产运行,有着非常重要的实际意义,而围岩分类是评价地下洞室围岩稳定性的基础,本文采用了RQD分类和水利水电围岩工程地质综合分类对天荒坪抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩进行了分类,为分析地下厂房洞室群围岩稳定性提供了重要的依据。     

大型地下洞室围岩最佳支护时间的判定

对新奥法在大型地下洞室施工中的二次支护时间的现有判据进行分析,发现其考虑因素欠全面,主要以变形量或变形速率为主,洞室位移相对值不适应大型洞室.以围岩变形为研究对象,提出大型洞室围岩变形达到总变形的80%、洞室周边水平收敛速度小于0.2 mm/d、顶拱或者底板垂直位移速率小于0.1 mm/d、隧洞周边水平收敛速度以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降、位移加速度应基本接近于0作为大型地下洞室最佳支护时间的判据.为了验证该判据的合理性,选择了向家坝大型地下洞室一个断面,按照实际开挖顺序,计算了不同开挖层的最佳支护时间.向家坝地下洞室该断面处围岩拱顶、不同开挖层上下游侧边墙最佳支护时间在8～18 d之间,较好地符合了向家坝实际支护时间.     

弹模随机场对地下洞室可靠度计算结果的影响

随机场理论已在土坡、桩基、堤坝等工程中得到了成功的应用,但在地下洞室可靠度分析中的应用还未见报导。文中尝试将随机场理论引入地下洞室可靠度计算中,将煤层、顶板与底板弹性模量看作随机场,并用局部平均法进行离散;结合Monte Carlo随机有限元法编制了计算程序;然后,按是否考虑为随机场的4种情形,就洞室围岩弹模随机场对地下洞室稳定性的影响进行了研究。结果表明:①与不考虑顶板弹模随机场情形相比,顶板弹模随机场对地下洞室可靠度有着重要的影响,且这种影响不容忽视;②底板随机场对地下洞室可靠度的影响很小,计算时可不考虑;③在相关距离不大的情况下,地下洞室变形对弹性模量随机场的变异性很敏感;④地下洞室变形仅对较大的弹性模量随机场变异性比较敏感。     

大跨度穹顶洞室围岩动力响应分析

以某地下大跨度穹顶储油洞室为背景,采用数值模拟方法分析了地面爆炸荷载作用下穹顶洞室的动力响应问题。分析结果表明,地面爆炸荷载作用下穹顶洞室的破坏发生在侧墙附近以及底板下方一定深度位置,洞室顶部的破坏程度很小,其中侧墙发生受压破坏,穹脚和墙脚发生压剪破坏,底板下方发生剪切破坏。因此,对于抗爆穹顶洞室,支护的重点应放在侧墙。同时,穹顶洞室洞壁各部位的位移分布差异很大,侧墙上部和下部的水平位移值要高于墙中,洞顶底板的垂直方向相对位移峰值要远大于侧墙墙中的水平方向位移峰值,但侧墙会产生更大的残余位移值。     

基于改进管域法的高水压岩体变形破坏分析

渗流是地下洞室变形破坏常见的危害之一,主要沿结构面发展破坏,对工程造成巨大的影响.基于离散元颗粒流软件PFC中现有的域-管道渗流模型,结合流量守恒的原则,对控制方程进行重新推导,并采用简单试样模型进行了渗流模拟验证,将之应用于某地下洞室渗流破坏的分析研究.研究结果表明：改进后的渗流模型对隧洞变形破坏的模拟直观有效.研究成果可为渗流作用下地下洞室的变形破坏研究提供依据.     

强爆炸应力波作用下岩石地下洞室的破坏现象学

为了发展更准确实用的地下洞室抗爆工程类比设计方法,对强爆炸试验中地下洞室工程破坏效应进行了综合研究.讨论了强爆炸岩体应力波与自由场岩体破坏、岩石洞室应力波破坏的一般图像、洞室关键破坏部位与破坏方式、洞室破坏影响因素以及洞室破坏分区的问题.洞室的破坏在根本上是由爆炸荷载决定的,地质介质特征在很大程度上控制了洞室破坏的表现形式,洞室工程特征的变化又可使破坏程度和细节破坏形态发生改变.若场地岩体较均质、应力波传播和洞室破坏定量规律较清楚,工程设计时可先按破坏分区表进行洞室破坏的一级估计,然后再计入局部因素进行修正.     

溧阳水电站地下厂房开挖破坏机理数值模拟研究

为研究溧阳水电站地下洞室开挖围岩稳定性,以地下厂房开挖时提供的地质条件和勘察资料为基础,结合完整岩块的强度试验成果,采用颗粒流数值模拟方法研究厂房在破碎岩体中开挖的破坏机理.研究表明,颗粒离散元方法可以较好地模拟地下洞室开挖情况;联合开挖时,出现明显的贯通变形区,且并非距离开挖面越近围岩变形越大;厂房开挖破坏模式为岩体结构控制型破坏,其导致围岩破坏的决定性因素是岩体结构特征.     

大型地下洞群的地震动力稳定性分析

节理岩体开挖后经常形成楔形块体,对大型地下洞室顶拱和边墙的稳定性构成威胁.地震的动力作用将加剧块体的运动,进而影响洞室的整体稳定性,合理地评价高烈度地区大型地下洞室的稳定性具有现实意义.节理岩体中地下结构的动力响应与稳定性分析目前研究较少.本文采用了动力离散元法分析了大型地下洞室群的动力响应,认为地下结构并不能完全免于震害,高烈度地震对于节理岩体中的地下结构有明显影响.     

利用块体理论对地下洞室稳定性的研究

随着我国近几年来加快基础设施建设的逐步实施,我国西南地区一系列大型地下厂房式水电站已建和待建。作为高危行业之一的地下工程建设,一直以来工程事故频率相对较大,人类也更加重视对地下工程的稳定性分析的深入研究。块体理论的发展对洞室的稳定性打好了基础,本文以四川大岗山水电站地下主厂房为研究对象,通过将全空间赤平投影法以及矢量分析法两种分析方法结合的方式,来对地下洞室围岩稳定性进行分析。