深埋隧洞岩爆孕育机理及防控措施

深埋隧洞工程的岩爆孕育机理决定了岩爆支护系统和防控策略的制定,对工程施工安全具有重要意义。结合锦屏二级水电站深埋水工隧洞岩爆案例所揭示的规律,包括岩爆类型、发育特征,开展了岩爆案例反演和孕育机理解译研究,揭示了深埋隧洞施工期各类岩爆的发生机制,制定了不同类型岩爆的防控原则,提出了钻爆法和TBM掘进条件下岩爆的防控措施。     

深埋输水隧洞硬岩岩爆防控技术研究

硬岩岩爆是输水工程深埋隧洞设计和施工难点。文章例举了引汉济渭和锦屏二级的岩爆危害,分析了岩爆发生以高地应力和高抗压强度为基础的特征,总结了岩爆分级、发生范围、发生时间、表现形式等基本特点。提出了理论预判法、现场监测预报、综合预判和经验判别等的岩爆风险识别和预警的常用方法。研究提出了岩爆防控的主动措施和被动措施,包括高压喷水、超前应力释放孔、拱架支撑等。建议在深埋硬岩隧洞施工过程中加强监测和预报预警,制定TBM掘进岩爆防控专项方案,加强应力释放和支护措施,优化施工工序,加强施工作业安全管理。     

某电站引水隧洞施工方案研究与应用

引水隧洞是水利水电工程中的重要建筑物,施工技术复杂,施工难度大。为制定一个先进、成熟、经济、适用、可靠的施工方案,需要对不同施工方案进行全面比选。结合某电站引水隧洞工程实例系统研究了其施工方案,基于该工程特点,从施工质量、工期、环境保护、工程投资等方面对比分析了钻爆法、TBM法、钻爆法+TBM法的优缺点。结果表明:采用钻爆法施工更为合理;确定了平洞段施工采用分层钻爆开挖,斜井段采用导井开挖,在复杂特殊地质段采用中空自进式锚杆支护;并制定了具体施工方法。钻爆法方案在实际应用中有效保证了工程质量和进度,以期为今后类似引水隧洞施工提供借鉴和参考。     

锦屏二级水电站引水隧洞施工总体设计

锦屏二级水电站4条引水隧洞单洞长约16.67 km,开挖洞径12.4～13 m,最大埋深约2 525 m,受地形限制沿线无条件布置施工支洞,属典型的深埋长大隧洞。该引水隧洞工程的施工规划设计,包括高压大流量地下水处理、地应力和岩爆、超前预报、分标方案、钻爆法和TBM施工、连续带式输送系统出渣和返程带料、施工通风等技术的研究应用,将促进我国深埋长隧洞施工技术的进步。     

隧洞工程钻爆法和TBM法的造价编制和比选

以海南省引大济石工程引水隧洞为例,从洞身开挖、超前支护、临时工程和移民征地4个方面,分析钻爆法和TBM法的造价编制过程,并比较不同围岩条件下投资和造价指标的变化情况.结果认为:当围岩类型为Ⅱ类时,钻爆法造价指标更优;当围岩类型为Ⅲ类时,TBM法造价指标更优;当围岩类型为Ⅳ～Ⅴ时,钻爆法和TBM法造价指标基本一致.     

深埋长大隧道稳步推进的经验响应策略

某深埋长大引水隧洞,采用钻爆法和TBM法施工,需通过绿泥石片岩段、断层破碎带、富水洞段(含溶洞)、岩爆段等不良地质段。结合新奥法和挪威法施工原理以及引水隧洞施工现状和交通洞施工经验,对不良地质洞段的施工应采取的施工策略和施工技术等进行了分析,在洞室开挖过程中及时根据围岩揭露情况调整支护参数,确保了支护的经济、有效。     

引汉济渭工程秦岭输水隧洞4~#施工支洞岩爆预测及预防处理措施

秦岭输水隧洞埋深很大,开挖时经常发生岩爆。为降低岩爆对人员和设备造成伤害,4~#洞引进了大连理工大学的微震监测技术,进行超前检测预报试验,对预测到的岩石应力比较集中的部位进行加强支护和超前支护。从实施效果来看,总共发送17份微震监测预报报告,其中准确预测了轻微岩爆4次、中等岩爆4次,准确率约50%。通过加密检测,准确率能达到71%,可大大减少安全事故的发生。通过爆破,可释放及消除掌子面应力。若配合超前支护,后期加强支护,可达到一定预防效果,但也存在一定风险。从现场实施情况来看,这样的预测、预防以及加强支护措施能够在一定程度上改善岩体内部的应力分布状况,使其开挖后重新调整。但此法只适用于钻爆施工,对于TBM施工的工作面很难做出相关预防,因目前还没有找到超前应力释放和超前支护的办法。     

格鲁吉亚卡杜里水电站引水隧洞TBM施工工艺

格鲁吉亚卡杜里水电站是我院第一个使用TBM施工引水隧洞的工程。本文简述了TBM和钻爆法施工工艺的优、缺点,在卡杜里工程引水隧洞中应用TBM的背景、工程的地质条件和施工工艺。     

引汉济渭工程秦岭引水隧洞岩爆三维 NPR 支护技术

针对引汉济渭工程秦岭引水隧洞岭北段频繁产生岩爆灾害、原支护结构破坏等问题，对秦岭引水隧洞岭北 段进行地质勘测调查，分析隧道围岩岩爆破坏特征及破坏模式，开展超深隧洞岩爆三维负泊松比（negative Poisson’s?ration，NPR）高应力补偿支护体系研究工作。采用现场勘查等方法，对隧道地质条件及岩爆破坏成因进 行分析，并采用对比试验的思想设计出秦岭引水隧洞岭北段岩爆监测预警试验方案，提出以微观 NPR 锚杆为核心 的三维 NPR 高应力补偿支护体系；通过现场试验分析新支护体系下围岩岩爆控制程度及其支护效果。结果表明： 以微观 NPR 锚杆为核心的三维 NPR 高应力补偿支护体系能有效控制隧道围岩岩爆灾害发生，新支护体系试验段 微震能量、频次均明显降低，爆坑深度、钢拱架受力和变形量明显减小。研究成果可为超深隧道岩爆灾害的防治 提供参考。     

隧洞有机仿钢纤维喷射混凝土研究与应用

锦屏二级水电站引水隧洞埋深大(最大埋深2 500 m左右)、地应力量级高,隧洞开挖以后围岩普遍出现破裂损伤,严重时出现片状破坏和波速显著降低等现象。普通喷射混凝土施工存在一次性喷射厚度不够、需反复施喷、喷层易脱落、同围岩粘聚力不满足设计要求、岩爆洞段抗冲击韧性不足等问题。根据喷射混凝土配合比优化试验成果,选用了纳米有机仿钢纤维混凝土作为引水隧洞工程主要喷射混凝土类型之一,主要应用于TBM掘进洞段、钻爆法潜在岩爆洞段、或高应力问题突出的洞段,可实现快速支护、起强快、回弹少,且具有较强的抗冲击韧性,对地下水发育洞段也较适应,对隧洞安全快速掘进具有重大意义。     

岩体隧洞岩爆过程微震特征及其扩展机制

基于深部岩体隧洞不同开挖方式下的岩爆现场情况及微震监测数据,确立了最大能量微震事件岩爆发生时间、等级的判定标准。在此基础上,对深埋隧洞即时型岩爆的孕育及发生过程进行了研究,结果表明:即时型岩爆孕育过程中围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程,此过程中微震事件数量不断增加、能量参数不断增大,当岩爆发生时达到最大值;TBM开挖过程可近似为准静态卸荷,受到开挖方式的影响其裂隙扩展范围相对较小,围岩承载力也较强;而钻爆法开挖是初始应力的动态卸荷,爆破冲击荷载造成的裂隙扩展范围较大,同时其围岩储能能力相对较差。     

TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类研究

目前常用的水工隧洞围岩分类方法主要是在浅埋隧洞和钻爆法施工的基础上建立的,在隧道掘进机(TBM)施工的深埋水工长隧洞应用中存在不足。在对国内外常用的围岩分级和分类方法进行统计的基础上,结合深埋水工长隧洞的特点以及TBM施工中可能遇到的主要地质问题进行分析,选取了围岩稳定性、高地应力风险、地下水风险和TBM施工围岩可掘性等作为评价隧洞围岩性质的主要因素,提出了一种既能描述隧洞围岩稳定性,又能描述地质风险类型及等级的TBM施工深埋水工长隧洞围岩综合分类方案。该方法已在新疆某输水工程中进行实践应用,取得了良好的应用效果。研究成果可为深埋水工隧洞开挖和支护设计提供技术支撑,为TBM选型及施工中可能遭遇的地质风险采取处理针对性措施提供依据。     

基于微震监测技术的深埋长大隧洞群岩爆时空分布规律分析

以锦屏二级水电站深埋引（排）水隧洞群为工程背景,介绍了微震监测系统的组成,并根据隧洞工程的特点,优选出紧跟掌子面移动整体协同传感器优化布置方案;利用现场微震数据,探讨了微震事件和岩爆的时空相关性。研究结果表明：微震活跃及平静时段与岩爆显现频繁及稀少时段相吻合,微震事件和岩爆的空间分布规律相一致,表明微震事件时空演化规律与岩爆时空分布规律具有良好的相关性。通过分析和研究微震事件时空分布规律,可以对岩爆灾害进行有效预测,为岩爆防治提供科学依据。     

锦屏二级水电站引水隧洞工程强岩爆综合防治措施研究

锦屏二级引水隧洞工程一般埋深1500～2000m,最大埋深2525m,具备发生强至极强岩爆的条件,工程开工以来已发生多次强岩爆.为最大限度降低强岩爆对工程安全和进度的影响,结合辅助洞和排水洞的施工经验,锦屏二级引水隧洞工程采用了微震监测、应力爆破解除、中空预应力注浆锚杆、水涨式锚杆、纳米仿钢纤维混凝土等综合防治措施.这些措施的综合运用在水电和交通隧道工程领域尚属首次,并已取得一定成果.     

高爆速炸药防治岩爆在下坂地水利枢纽隧洞开挖中的研究与运用

下坂地水利枢纽工程地处中国西部帕米尔高原,临近地震活动带并处于高地应力区。导流泄洪洞和引水隧洞穿越岩体受该区域地形地貌及岩体地质结构影响,导流隧洞局部洞段遭遇了岩爆,引水隧洞大部分洞段均遭遇了岩爆。文章介绍了导流隧洞和引水隧洞所处地理地质特点、岩爆的特点、应对岩爆处理施工措施,通过炸药爆炸机理选择爆速值大的炸药进行应力解除和降低围岩应力,实施效果良好。     

小孟底沟水电站引水隧洞岩爆预测和防治对策

以小孟底沟水电站工程引水隧洞为例,依据隧洞区地应力的测试值及地应力场模拟与反演,综合分析了隧洞区地应力和隧洞围岩应力的分布规律,在此基础上计算获得开挖后洞周围岩应力值。在分析岩爆发生条件的基础上,根据工程区地应力、岩性等特征,采用多种岩爆判别方法,对引水隧洞围岩发生岩爆的可能性及岩爆级别进行了综合预测,给出勘察设计阶段隧洞产生岩爆的可能性及级别,从而为设计和施工提出应对岩爆的工程对策。     

水工隧洞TBM施工适宜性围岩分类研究

隧洞掘进机TBM已逐渐成为水工深埋长隧洞的常规施工方法,而现行规范的围岩分类主要以隧洞围岩稳定性和支护措施为判别因素,仅适用于钻爆法隧洞。为此,梳理国内外不同工程的围岩分类指标体系和TBM施工特点,在隧洞围岩基本分类的基础上,重点分析了TBM掘进效率和不良地质条件,构建了TBM施工适宜性围岩分类方法。总结大量工程案例,综合权衡超硬岩、岩爆、断层破碎带、大变形、突涌水(涌泥)和高外水压力六个关键因素对TBM施工的定量影响,提出了可量化围岩分类指标。工程应用表明,TBM施工适宜性围岩分类方法可依据工程地质资料快捷完成围岩分类,能有效指导TBM隧洞施工,且具有较好的通用性和易用性。     

锦屏二级水电站引水隧洞主要工程地质问题分析

对锦屏二级水电站引水隧洞在前期试验洞施工建设过程中遇到的工程地质问题进行分析研究。概述了锦屏二级水电站引水隧洞地应力场、岩爆及其监测预报的情况,并对隧洞高外水压力和涌突水问题进行分析研究;提出通过加强初期支护防治岩爆和“以堵为主、堵排结合”的涌突水防治措施。