国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

黃金坪水電站大斷面尾水隧洞結(jié)構(gòu)安全性研究

2014-06-21 09:43:26易澤榮王玉鎖
隧道建設(shè)(中英文) 2014年3期
關(guān)鍵詞:巖爆邊墻尾水

易澤榮,楊 超,王玉鎖

(1.中鐵二十四局新余工程有限公司,江西新余 336600;2.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū),四川峨眉 614202)

0 引言

我國水電開發(fā)潛力巨大,水能資源蘊(yùn)藏總量達(dá)6.76億kW,多半集中在國家西部金沙江、雅碧江、大渡河、瀾滄江、鳥江、紅水河和黃河上游,由于這一地區(qū)雨量充沛,河谷狹窄陡峻,適宜修建許多高水頭大容量的水電站,所以也常需要布置大斷面引水隧洞或高壩。與交通隧洞相比,水電隧洞具有大斷面、大埋深和高地應(yīng)力等特點(diǎn),這些特點(diǎn)給隧洞結(jié)構(gòu)安全帶來了較大的挑戰(zhàn)。目前,國內(nèi)已有較多關(guān)于大斷面隧洞開挖方法與結(jié)構(gòu)安全評估方面的研究:宋冶等[1]根據(jù)黃土大斷面隧洞的不同施工方法提出了適用于該地質(zhì)條件的安全監(jiān)測控制基準(zhǔn);李斌[2]以瀏陽河隧道等工程為背景,采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)控量測等手段對軟巖大斷面隧道開挖面的穩(wěn)定性及其控制方法進(jìn)行研究。但這些研究都集中在交通隧洞方面,對水工隧洞開挖方法與結(jié)構(gòu)安全評估的研究則比較有限。針對以上問題,本文依托黃金坪水電站尾水隧洞工程,介紹了該工程采用的分層開挖與支護(hù)技術(shù),采用數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測的手段進(jìn)行了深埋大斷面尾水隧洞開挖結(jié)構(gòu)安全研究,分析圍巖與支護(hù)的受力狀態(tài)和發(fā)生巖爆的可能,在數(shù)值分析與現(xiàn)場監(jiān)控量測相互驗(yàn)證的條件下進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全評估,通過以上措施,最終實(shí)現(xiàn)了隧洞的安全通過。

1 工程概況

黃金坪水電站尾水隧洞處于大渡河上游河段,系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第11級水電站,位于四川省甘孜藏族自治州康定縣姑咱鎮(zhèn)黃金坪上游約3.2 km處。尾水隧洞斷面為城門洞型,其開挖斷面為494.08 m2,縱坡i=0。尾水隧洞圍巖為斜長花崗巖、石英閃長巖,并穿插有花崗閃長-角閃斜長巖質(zhì)混染巖。局部施工洞段存在斷層、裂隙密集帶及卸荷拉裂縫,巖體總體較完整,多呈次塊狀或鑲嵌結(jié)構(gòu),施工段以Ⅲ級圍巖為主,部分高地應(yīng)力施工段存在發(fā)生巖爆的可能。

2 隧洞開挖方法與參數(shù)

尾水隧洞開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為19.4 m×26.8 m,為保證結(jié)構(gòu)安全與提高施工進(jìn)度,隧洞開挖分4層進(jìn)行:頂層采用導(dǎo)坑擴(kuò)挖法(兼作通風(fēng)通道),底層采用全斷面一次開挖,其余各層采用預(yù)留核心土的開挖方法,第Ⅰ層開挖高度8.5 m,第Ⅱ?qū)?、第Ⅲ層開挖高度8.0 m,尾水隧洞橫斷面開挖順序見圖1。隧洞初期支護(hù)設(shè)計(jì)采用噴射混凝土、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)和型鋼支撐(格柵鋼架)的綜合防護(hù)系統(tǒng)。噴射混凝土采用C25濕噴混凝土(極限抗壓強(qiáng)度為19.0 MPa,極限抗拉強(qiáng)度為2.0 MPa),在隧洞拱部、邊墻以及仰拱全斷面施作,系統(tǒng)錨桿采用φ28與φ32砂漿錨桿交錯(cuò)布置(L=8 m),隧洞噴射混凝土厚度為0.25 m,內(nèi)嵌 φ6.5@15 cm×15 cm的掛網(wǎng)鋼筋。

3 數(shù)值計(jì)算模型的建立及參數(shù)的選取

本次采用FLAC有限差分軟件對隧洞開挖支護(hù)工程進(jìn)行數(shù)值模擬,所建隧洞埋深為138 m,開挖斷面為494.08 m2,考慮隧道的邊界效應(yīng)[3],隧道整個(gè)計(jì)算范圍為194 m×210.5 m×1 m(寬×高×長),整個(gè)模型共劃分了43 564個(gè)單元,87 684個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型左、右邊界與底部邊界均施加約束。數(shù)值模型見圖2。

圍巖采用莫爾-庫侖模型,該模型的破壞包絡(luò)線對應(yīng)于莫爾-庫侖判據(jù)(剪切屈服函數(shù))加上拉伸分離點(diǎn)(拉應(yīng)力屈服函數(shù)),見式(1)與式(2),當(dāng)fs<0時(shí),巖體將發(fā)生剪切破壞;當(dāng)巖體內(nèi)某一點(diǎn)應(yīng)力滿足ft>0時(shí),巖體將發(fā)生拉伸破壞。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用彈性模型,這類本構(gòu)模型具有卸載可恢復(fù)變形的特性。

圖1 橫斷面開挖順序示意圖(單位:cm)Fig.1 Cross-section and excavation sequence of tailrace tunnel(cm)

圖2 數(shù)值模型Fig.2 Numerical model

式中:σ1,σ3為最大、最小主應(yīng)力;c為巖體的黏聚力;φ為巖體的內(nèi)摩擦角。

Ⅲ級圍巖參數(shù)根據(jù)工程勘察資料結(jié)合相關(guān)規(guī)范選?。?],由于錨桿的作用既有改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)的力學(xué)作用,又有提高巖石力學(xué)參數(shù)的物理作用,但數(shù)值模擬計(jì)算中現(xiàn)行桿單元不能有效地反映錨桿這一復(fù)雜的支護(hù)作用[5],所以本次分析采用等效的方法,將錨桿的作用通過提高隧洞外部錨桿加固范圍內(nèi)(圍巖加固圈)的圍巖力學(xué)參數(shù)來實(shí)現(xiàn),按照等效剛度原則[6],并參考相關(guān)文獻(xiàn)[5,7]進(jìn)行折減計(jì)算得到。材料物理力學(xué)參數(shù)見表1。數(shù)值模擬中的開挖順序均與實(shí)際開挖順序(見圖1)相同。

表1 物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physical and mechanical parameters

4 巖爆的預(yù)測依據(jù)

根據(jù)對現(xiàn)有巖爆預(yù)測[8-9]方法的研究,結(jié)合地質(zhì)資料收集情況,此次巖爆預(yù)測選擇《水利水電工程地質(zhì)勘查規(guī)范》提出的判據(jù)評價(jià)隧洞巖爆發(fā)生的可能性及其烈度,判斷依據(jù)見表2,其中Rb為飽和單軸抗壓強(qiáng)度,本工程取70 MPa,σm為圍巖應(yīng)力。

表2 巖爆判據(jù)Table 2 Criterion of rock burst

5 數(shù)值計(jì)算結(jié)果

1)Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖完成后圍巖受力情況。通過數(shù)值模擬計(jì)算得到Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖完成后圍巖的塑性區(qū)分布、第1主應(yīng)力和第3主應(yīng)力云圖見圖3。

從圖3可以看出,由于頂層采用先中部開挖,再向兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)刷挖的方式進(jìn)行開挖,刷掉的是圍巖松動(dòng)圈外圈的低應(yīng)力松散帶,避免了擾動(dòng)深部圍巖,與具有類似開挖斷面的工程相比[10],頂部塑性區(qū)明顯減少。塑性區(qū)主要為剪切破壞,底部拉伸破壞區(qū)分布范圍較小。塑性區(qū)主要分布在邊墻兩側(cè)5 m范圍內(nèi),說明錨桿長度的設(shè)計(jì)較合理。隧洞兩側(cè)大部分圍巖處于受壓狀態(tài),拱頂中部與部分隧洞底部處于受拉狀態(tài),第1主應(yīng)力最大值為0.86 MPa(受拉),位于拱頂中央部位,未超出圍巖加固圈的抗拉強(qiáng)度(見表1);開挖斷面的邊角處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,第3主應(yīng)力最大值為6.25 MPa(受壓),Rb/σm最小值為 11.2,參照表 2判斷,不會(huì)發(fā)生巖爆。

2)隧洞開挖完成并施加完支護(hù)后的圍巖受力情況。通過數(shù)值模擬計(jì)算得到隧洞開挖完成并施加支護(hù)后的圍巖塑性區(qū)分布、第1主應(yīng)力和第3主應(yīng)力云圖見圖4。

從圖4可以看出,隧洞開挖完成并施加完支護(hù)后,拱頂塑性區(qū)分布較少,塑性區(qū)主要集中在隧洞兩側(cè),主要分布在邊墻兩側(cè)5 m范圍內(nèi),說明錨桿長度設(shè)計(jì)合理;塑性區(qū)主要為剪切破壞,未出現(xiàn)拉伸破壞;隧洞兩側(cè)的圍巖大部分處于受壓狀態(tài),第1主應(yīng)力最大值為0.86 MPa(受拉),位于拱底中央部位,未超出圍巖抗拉強(qiáng)度(見表1);開挖斷面底部的邊角處出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,第3主應(yīng)力最大值為6.9 MPa(受壓),Rb/σm最小值為10.1,參照表 2,不會(huì)發(fā)生巖爆;支護(hù)結(jié)構(gòu)的第1主應(yīng)力最大值為0.6 MPa(隧洞底部中間部位),第3主應(yīng)力最大值為5 MPa(隧洞底部邊角處),均未超出混凝土的極限強(qiáng)度??傮w上看,施加支護(hù)后,除隧洞底部外,隧洞圍巖大部分呈受壓狀態(tài),圍巖受力狀態(tài)良好,但施工中應(yīng)及時(shí)封閉隧洞底部,抑制其隆起變形,并加強(qiáng)邊墻底部墻角處的支護(hù)。

圖3 Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖完成后圍巖受力情況Fig.3 Stress conditions of rock mass after Bench I and Bench II are excavated

圖4 隧洞開挖完成并施加完支護(hù)后的圍巖受力情況Fig.4 Stress conditions of rock mass after excavation and support

6 數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)控量測對比與分析

為了解開挖對圍巖的擾動(dòng)情況,在尾水隧洞施工現(xiàn)場布置5套多點(diǎn)位移計(jì)(每套測點(diǎn)個(gè)數(shù)為4)進(jìn)行位移測量,具體監(jiān)測布置見圖5,根據(jù)測量結(jié)果得出的其中3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移值與相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果見表3(僅選取監(jiān)測斷面的1/2),其中多點(diǎn)位移計(jì)M41WS-3觀測成果過程線見圖6,通過數(shù)值計(jì)算得到的M41WS-3位置監(jiān)控點(diǎn)位移見圖7。

圖5 尾水隧洞監(jiān)測斷面位移計(jì)布置圖Fig.5 Layout of displacement gauges

圖6 尾水隧洞多點(diǎn)位移計(jì)M41WS-3觀測成果過程線Fig.6 Displacement measured by multi-point displacement gauges(M41WS-3)

圖7 數(shù)值計(jì)算位移曲線(M41WS-3)Fig.7 Curves of displacement obtained by numerical calculation(M41WS-3)

表3 監(jiān)控量測與數(shù)值模擬位移Table 3 Displacement measured vs.that obtained by numerical simulation

由表3可以看出,多點(diǎn)位移計(jì)各測點(diǎn)現(xiàn)場實(shí)測位移值均較小,未發(fā)生較大的變形;多點(diǎn)位移計(jì)測點(diǎn)位移基本都隨測點(diǎn)深度的增大而減小,孔口位移值最大,位移計(jì)測點(diǎn)深度超過5 m的測點(diǎn)位移值均較小(最大值僅為5.17 mm);其中位于邊墻上部M41WS-6位置的孔口位移值最大,為 31.64 mm,位于拱頂部位M41WS-10位置的孔口位移值最小,為2.63 mm。可見,開挖施工對邊墻上部兩側(cè)的圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)最大,而拱頂中部圍巖的擾動(dòng)最小。由于數(shù)值模擬計(jì)算考慮了圍巖的最不利狀況,與現(xiàn)場多點(diǎn)位移計(jì)監(jiān)測結(jié)果相比,數(shù)值模擬計(jì)算得到的位移值偏大,但表現(xiàn)了相同的規(guī)律:位移均隨位移計(jì)測點(diǎn)深度的增大而減小,拱頂位移值最小,最大位移位于邊墻上部。

由圖6和圖7可以看出,監(jiān)測點(diǎn)M41WS-3位移在開挖支護(hù)過程中有較大變化,但開挖支護(hù)完成后,位移隨時(shí)間變化較小,隧洞基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

通過數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)控量測的比較,說明本文采用數(shù)值模擬分析的方法能定性地反映圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài),同時(shí),隧洞開挖過程以及支護(hù)完成后都處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)論與建議

采用數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)控量測相結(jié)合的手段,對隧洞圍巖與支護(hù)的的受力狀態(tài)進(jìn)行了研究,得出結(jié)論并提出建議。

1)隧洞斷面劃分為4層開挖,頂層采用導(dǎo)坑擴(kuò)挖法,先開挖中部導(dǎo)坑,再向兩側(cè)進(jìn)行刷擴(kuò)處理,由于刷掉的是圍巖松動(dòng)圈外圈的低應(yīng)力松散帶,避免了擾動(dòng)深部圍巖,有利于結(jié)構(gòu)安全。

2)本工程在特大斷面中采用的分層開挖與支護(hù)方案能滿足隧洞結(jié)構(gòu)安全的要求,發(fā)生巖爆的可能性較小,但施工中應(yīng)及時(shí)封閉隧洞底部,抑制其隆起變形,并加強(qiáng)邊墻底部墻角處的支護(hù)。

3)文章采用莫爾-庫侖模型與彈性模型進(jìn)行數(shù)值模擬得到的圍巖變形規(guī)律與現(xiàn)場監(jiān)控量測得到的數(shù)據(jù)基本相同,能定性地反映圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài),而且數(shù)值模擬能有效地彌補(bǔ)現(xiàn)場監(jiān)控量測無法形象反映圍巖應(yīng)力應(yīng)變的缺點(diǎn),對改善施工方法,提高施工安全具有指導(dǎo)作用。

[1] 宋冶,王新東,王剛,等.客運(yùn)專線大斷面黃土隧道施工監(jiān)控技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2010(1):52-54.(SONG Ye,WANG Xindong,WANG Gang,et al.Technology for monitoring construction of large section loess tunnel of passenger dedicated line[J].Journal of Railway Engineering Society,2010(1):52 -54.(in Chinese))

[2] 李斌.軟弱圍巖大斷面隧道開挖面穩(wěn)定性及控制研究[D].成都:西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,2012.

[3] 汪波,何川,俞濤.蒼嶺隧道巖爆預(yù)測的數(shù)值分析及初期支護(hù)時(shí)機(jī)探討[J].巖土力學(xué),2007,6(28):1181 -1186.(WANG Bo,HE Chuan,YU Tao.Study on numerical analysis of rockburst and primary support time in Cangling tunnel[J].Rock and Soil Mechanics,2007,6(28):1181 - 1186.(in Chinese))

[4] 中華人民共和國水利部.GB 50487—2008水利水電工程地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2009.

[5] 陳浩,任偉忠,李丹,等.深埋隧道錨桿支護(hù)作用的數(shù)值模擬與模型試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2011,32(1):722-723.(CHEN Hao,REN Weizhong,LI Dan,et al.Numerical simulation and model test study of mechanismof bolt in deep tunnel[J].Rock and Soil Mechanics,2011,32(1):722-723.(in Chinese))

[6] 朱永全,宋香玉.隧道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2010.

[7] 張勝,沈紅波,王飛.不同施工工法對既有隧道影響的數(shù)值模擬研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,30(5):611-619.(ZHANG Sheng,SHEN Hongbo,WANG Fei.Study on influence of two different construction methods on an existing tunnel by numerical simulation[J].Journal of Hefei University of Technology,2007,30(5):611 - 619.(in Chinese))

[8] 陶振宇,潘別桐.巖石力學(xué)原理與方法[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1991.

[9] 樊建平.山西省寺鋪尖隧道巖爆問題初探[J].河北地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào),1996,19(2):154 - 156.(FAN Jianping.A preliminary discussion on the rockburst problem of Sipujian tunnel[J].Journal of Hebei College of Geology,1996,19(2):154-156.(in Chinese))

[10] 高富強(qiáng),高新峰,康紅普.動(dòng)力擾動(dòng)下深部巷道圍巖力學(xué)響應(yīng)FLAC分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2009,5(4):680 - 685.(GAO Fuqiang,GAO Xinfeng,KANG Hongpu.FLAC analysis of mechanical response of surrounding rock mass in deep tunnel[J].Chinese Journal of Underground Space and Engineering,2009,5(4):680 -685.(in Chinese))

猜你喜歡
巖爆邊墻尾水
某引水隧洞深埋段花崗巖巖爆演化規(guī)律研究
工廠化循環(huán)水尾水治理系統(tǒng)技術(shù)
使用聲發(fā)射測試結(jié)果預(yù)判巖爆等級
金屬礦山(2022年1期)2022-02-23 11:16:36
水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水處理技術(shù)研究進(jìn)展
云南化工(2020年11期)2021-01-14 00:50:42
城鎮(zhèn)污水處理廠尾水排放對水環(huán)境影響及對策
跌坎式底流消力池邊墻突擴(kuò)寬度對池長的影響研究
復(fù)合人工濕地處理污水處理廠尾水的設(shè)計(jì)
河谷地形對面板混凝土堆石壩邊墻施工期擠壓形變規(guī)律的有限元分析研究
單線鐵路隧道仰拱、矮邊墻快速施工技術(shù)
引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞巖爆數(shù)值模擬與巖爆預(yù)測研究
永昌县| 乌兰浩特市| 玉树县| 长兴县| 犍为县| 泸西县| 高密市| 盘山县| 三台县| 同仁县| 关岭| 依安县| 炎陵县| 云龙县| 延寿县| 铜陵市| 中江县| 江达县| 武定县| 万源市| 合江县| 高淳县| 墨脱县| 甘洛县| 仙居县| 滦南县| 浠水县| 泗阳县| 察雅县| 侯马市| 凭祥市| 宁海县| 新宁县| 读书| 霍邱县| 淮北市| 望江县| 汝南县| 开远市| 利津县| 桃江县|