Q系統(tǒng)在西南某水電站TBM施工隧洞圍巖質(zhì)量分類中的應(yīng)用

文章針對(duì)tbm施工隧洞的圍巖分類問題,分析了西南某水電站深埋隧洞影響洞室穩(wěn)定性的因素,以《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中的圍巖分類方法(hc分類)為基礎(chǔ),依據(jù)巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖體的完整性系數(shù)、巖體結(jié)構(gòu)為主要因素來探討適合tbm施工深埋隧洞的圍巖分類。

針對(duì)tbm施工隧洞中的圍巖分類問題,指出tbm施工條件下的隧洞圍巖分類應(yīng)針對(duì)圍巖的可鉆掘性,充分考慮影響tbm掘進(jìn)效率的主要工程地質(zhì)因素,提出了在《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》圍巖穩(wěn)定性基本分級(jí)的基礎(chǔ)上,依據(jù)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石的耐磨性和巖體的完整性,將tbm施工條件下的隧洞圍巖分為a(好)、b(一般)、c(差)3個(gè)級(jí)別,對(duì)于當(dāng)今隧洞圍巖分級(jí)方法的進(jìn)一步發(fā)展,以及提高我國(guó)tbm施工隧洞的設(shè)計(jì)和施工水平具有一定的實(shí)用價(jià)值。

隨著tbm制造技術(shù)的發(fā)展,tbm施工的應(yīng)用技術(shù)也越來越成熟。面對(duì)水電工程復(fù)雜的地質(zhì)情況,對(duì)長(zhǎng)引水隧洞施工方案選擇就尤為重要。本文就tbm在長(zhǎng)引水隧洞中施工方案研究,對(duì)tbm施工在楞古水電站引水隧洞的應(yīng)用進(jìn)行探討。

在現(xiàn)場(chǎng)施工地質(zhì)編錄的基礎(chǔ)上,通過挪威的barton、lien和lunde等人的q法及bieniawsk的rmb法隧洞巖體質(zhì)量分類方法,對(duì)巴貢水電站的8條引水隧洞圍巖進(jìn)行分類,通過分類對(duì)前期隧洞圍巖類別進(jìn)行修正,根據(jù)不同類別的圍巖采取相應(yīng)的臨時(shí)及永久支護(hù)措施,為設(shè)計(jì)及施工提供地質(zhì)依據(jù)。

在引水隧洞開挖過程中,巖體圍巖分類是一項(xiàng)重要指標(biāo)和依據(jù),通過對(duì)圍巖分類進(jìn)一步細(xì)化,可以及時(shí)提出施工技術(shù)措施,有效地控制隧洞開挖質(zhì)量,提高開挖進(jìn)度。

安城水電站引水系統(tǒng)中設(shè)無(wú)壓隧洞2座，總長(zhǎng)809m。采用水電地下工程圍巖分類法對(duì)2座引水隧洞圍巖進(jìn)行分類，其中ⅱ類圍巖300m，ⅲ類圍巖407m，ⅳ類圍巖102m。根據(jù)不同圍巖級(jí)別，采用噴混凝土、掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土和混凝土襯砌三種支護(hù)措施，效果良好。

某水電站引水隧洞布置于大通河右岸,引水隧洞方案一線路全長(zhǎng)約2.71km,其中基巖段隧洞長(zhǎng)2.28km,為無(wú)壓城門洞形,隧洞高×寬=8.78m×6.00m。文中根據(jù)試驗(yàn)和測(cè)試結(jié)果,并參照sl55-2005《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》,采用工程類比的方法對(duì)引水隧洞圍巖進(jìn)行了分類,提出了圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)建議值,評(píng)價(jià)了引水線路的工程地質(zhì)條件。

本文針對(duì)tbm施工隧洞中的圍巖分類問題,通過分析研究國(guó)內(nèi)外大量tbm施工實(shí)例和一些現(xiàn)場(chǎng)及室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果,指出tbm施工條件下的隧洞圍巖分類應(yīng)針對(duì)圍巖的可鉆掘性,充分考慮影響tbm掘進(jìn)效率的主要工程地質(zhì)因素,提出了在《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》圍巖穩(wěn)定性基本分級(jí)的基礎(chǔ)上,依據(jù)巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、巖石的耐磨性和巖體的完整性將tbm施工條件下的隧洞圍巖分為a(好)、b(一般)、c(差)3個(gè)級(jí)別的圍巖分類新方法,并將該方法應(yīng)用于掌鳩河引水供水工程tbm施工段工程實(shí)踐,取得了良好的效果。

tbm施工過程中,為防止軟巖變形導(dǎo)致卡機(jī)事故的發(fā)生,需要對(duì)圍巖變形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。以巴基斯坦n-j水電站為研究對(duì)象,通過對(duì)圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反演分析,得到其蠕變參數(shù),并采用反演得到的蠕變參數(shù)對(duì)大埋深洞段的圍巖變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,tbm在軟巖段掘進(jìn)過程中,圍巖除了產(chǎn)生明顯的彈塑性變形外還會(huì)出現(xiàn)明顯的蠕變變形,且蠕變變形在tbm在開挖后的幾小時(shí)內(nèi)會(huì)迅速增加,增大了tbm卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。建議tbm在軟巖段掘進(jìn)過程中,在保證安全的前提下盡可能快速通過。

已有不少專家在tbm施工圍巖級(jí)別劃分方面進(jìn)行過有益探索,為后來的工作提供了很好思路。目前的問題是,所提出的分級(jí)指標(biāo)難以獲取、離散性較大、有一些與施工直接相關(guān)的指標(biāo)的定量化問題未能解決,尚未形成明顯共識(shí)的分級(jí)系統(tǒng)或方法。為此,有必要針對(duì)水工隧洞tbm施工圍巖類別劃分進(jìn)行詳細(xì)探討。本文提出以現(xiàn)行《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中水工隧洞圍巖分級(jí)方法為基礎(chǔ),參考秦嶺隧道tbm施工圍巖分級(jí)方法,根據(jù)tbm施工的工作效率、碴料特征和涌水狀況進(jìn)行分級(jí)修正,建立適合于tbm施工的水工隧洞圍巖分級(jí)修正模型,實(shí)現(xiàn)tbm施工水工隧洞的圍巖分級(jí),并以2個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。

錦屏一級(jí)水電站所處的區(qū)域地形陡峻,河谷狹窄,地質(zhì)條件差。為完善和建立場(chǎng)內(nèi)交通,左右岸分別布置有四個(gè)高程的公路,場(chǎng)內(nèi)公路全長(zhǎng)38.5km,其中隧道總長(zhǎng)26.6km,為全長(zhǎng)的70.2%。在隧洞施工過程中,存在掉塊塌方,成洞困難,部分臨時(shí)支護(hù)損壞等現(xiàn)象,從而影響了工程的順利進(jìn)行。通過對(duì)所出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行調(diào)查分析確認(rèn),隧洞圍巖的類別需要調(diào)整,同時(shí)調(diào)整臨時(shí)支護(hù)措施,從而保證工程安全和工程的進(jìn)度。

地下隧洞建筑物的圍巖分類方法在世界范圍內(nèi)種類很多,其主要目的是應(yīng)結(jié)合實(shí)際掌握的地質(zhì)資料對(duì)圍巖進(jìn)行量化定量分類,并能提供施工及襯砌處理措施。高橋水電站引水隧洞圍巖采用巴頓q系統(tǒng)分類方法的運(yùn)用,在對(duì)圍巖工程地質(zhì)特征分析及量化評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,提出了各類巖體的物理力學(xué)參數(shù)及襯砌處理措施,為隧洞的設(shè)計(jì)方案提供了準(zhǔn)確而真實(shí)的地質(zhì)資料,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

為加快水電工程開發(fā),對(duì)水電工程中地下洞室群圍巖分類研究甚為重要.為此目的,本文結(jié)合瀑布溝水電站地下洞室圍巖特點(diǎn),詳細(xì)研究了地下洞室圍巖的分類,并進(jìn)行了圍巖的工程地質(zhì)綜合評(píng)定。

以錦屏二級(jí)水電站3#引水隧洞為例,總結(jié)了tbm在施工過程中巖爆預(yù)防與處理的經(jīng)驗(yàn)方法,可供同類工程參考。

西大河二級(jí)水電站位于西大河中上游的干流上,是西大河梯級(jí)電站之一,引水線路共布置2條隧洞,總長(zhǎng)約9km,地質(zhì)條件比較復(fù)雜,根據(jù)中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sl55-2005《中小型水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中圍巖工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)2#隧洞圍巖進(jìn)行了分類,從而可以判別圍巖的自穩(wěn)能力和變形特性,提出支護(hù)、襯砌的方法。

以廟林水電站引水隧洞工程施工中的圍巖收斂變形監(jiān)測(cè)為例,系統(tǒng)地闡述了小斷面引水隧洞施工中圍巖監(jiān)測(cè)技術(shù)的量測(cè)方法、注意事項(xiàng)、量測(cè)數(shù)據(jù)的處理,以及圍巖穩(wěn)定性的判別方法。通過施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)掌握圍巖和支護(hù)系統(tǒng)在施工期間的變形情況及穩(wěn)定程度。

本文以某水電站引水隧洞工程為例,分析影響洞群圍巖變形的主要因素,介紹了該工程洞群圍巖變形量測(cè)的原理和方法?，F(xiàn)場(chǎng)量測(cè)資料表明:該工程灰?guī)r收斂變形曲線呈“s”形,而灰頁(yè)巖互層段收斂變形曲線呈雙曲線形?，F(xiàn)場(chǎng)收斂變形量測(cè)與有限元法計(jì)算的洞周邊位移比較,兩者基本一致。

引水隧洞工期是固滴水電站關(guān)鍵線路,投資占總投資比例較大.對(duì)隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化研究是有必要的.固滴水電站引水隧洞總長(zhǎng)10852.32m,其中ⅳ類偏好圍巖洞段約占全洞長(zhǎng)20%,具備襯砌設(shè)計(jì)優(yōu)化的可行性.通過固結(jié)灌漿能夠提高引水隧洞圍巖力學(xué)參數(shù),使襯砌與圍巖形成承載圈,從而達(dá)到加固引水隧洞圍巖的作用,同時(shí)也可提高引水隧洞圍巖防滲性能.本文研究思路及技術(shù)路線可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考.

格魯吉亞卡杜里水電站是我院第一個(gè)使用tbm施工引水隧洞的工程。本文簡(jiǎn)述了tbm和鉆爆法施工工藝的優(yōu)、缺點(diǎn),在卡杜里工程引水隧洞中應(yīng)用tbm的背景、工程的地質(zhì)條件和施工工藝。

本文根據(jù)瓦屋山水電站引水隧洞ⅱ標(biāo)ⅴ類圍巖段實(shí)際施工情況,對(duì)ⅴ類圍巖開挖、支護(hù)施工措施、塌方處理及塌方預(yù)防措施進(jìn)行了歸納總結(jié)。

本文敘述了水豐引水隧洞不穩(wěn)定洞段及其最先失穩(wěn)塌方位置的預(yù)報(bào),總結(jié)了不穩(wěn)定洞段塌方預(yù)兆和規(guī)律,并重點(diǎn)介紹了不穩(wěn)定洞段圍巖失穩(wěn)塌方的防治及大斷層帶大塌方的處理。

在開挖支護(hù)施工工作中要嚴(yán)格按照"新奧法"原則施工,重視調(diào)查研究,優(yōu)化施工組織。重視隧洞施工現(xiàn)場(chǎng)管理,抓住重點(diǎn),加強(qiáng)質(zhì)量安全監(jiān)控,確保開挖支護(hù)施工方案合理、有效地實(shí)施而且保證施工質(zhì)量。