大埋深巖爆高風(fēng)險(xiǎn)隧洞圍巖穩(wěn)定性與錨桿參數(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的突飛猛進(jìn)，水利水電、公路鐵路等事業(yè)也不斷發(fā)展，相關(guān)的地下工程建設(shè)日趨復(fù)雜，在高地應(yīng)力條件下地下洞室開(kāi)挖過(guò)程中洞室圍巖變形、應(yīng)力分布及其穩(wěn)定性變化具有極大的特殊性。如果在大埋深高地應(yīng)力條件下進(jìn)行隧洞開(kāi)挖，其圍巖的力學(xué)特性及穩(wěn)定性尤其要密切關(guān)注，一旦出現(xiàn)問(wèn)題則容易影響地下工程安全甚至發(fā)生災(zāi)難性后果。然而，究竟如何才能準(zhǔn)確得出圍巖力學(xué)行為規(guī)律及其與一般條件下的圍巖變形及應(yīng)力二次分布規(guī)律有何不同，圍巖穩(wěn)定性分析方法和指標(biāo)與傳統(tǒng)

2、方法有何區(qū)別以及區(qū)別到底有大，還須做進(jìn)一步的大力探索和研究。
　　 本文以目前世界規(guī)模最大的錦屏二級(jí)水電站引水隧洞建設(shè)工程為背景，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法與手段，全面系統(tǒng)地研究了圍巖動(dòng)態(tài)應(yīng)力和位移變化規(guī)律，并采用多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)了高地應(yīng)力條件下大埋深巖爆高風(fēng)險(xiǎn)隧洞的圍巖穩(wěn)定性。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)從地質(zhì)構(gòu)造、圍巖巖性參數(shù)指標(biāo)、圍巖分類(lèi)等方面系統(tǒng)全面地分析了錦屏二級(jí)水電站

3、引水隧洞工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，結(jié)合地質(zhì)條件對(duì)引水隧洞的斷面條件和開(kāi)挖施工方案進(jìn)行了分析，揭示了錦屏二級(jí)水電站引水隧洞具有大斷面、大埋深、高地應(yīng)力以及巖爆高風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)。在高地應(yīng)力條件下開(kāi)挖洞徑達(dá)13m的隧洞，由于開(kāi)挖過(guò)程圍巖應(yīng)力重新分布影響，有可能導(dǎo)致應(yīng)力集中而誘發(fā)較為強(qiáng)烈的巖爆，在建設(shè)過(guò)程將會(huì)遭遇極大挑戰(zhàn)，必須對(duì)其重大難題進(jìn)行研究。
　　 (2)通過(guò)對(duì)巖爆段巖爆形式的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，錦屏二級(jí)水電站引水隧洞群巖爆破壞類(lèi)型主要為剝落型

4、和爆裂型，巖爆主要發(fā)生在圍巖條件較好的Ⅱ級(jí)圍巖且伴隨有較大的聲響，主要發(fā)生在拱頂、拱肩和隧洞邊墻。巖爆具有滯后性，離掌子面一定距離的已支護(hù)洞段也有可能發(fā)生巖爆。
　　 (3)選取典型埋深的洞段，運(yùn)用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，對(duì)高地應(yīng)力條件下隧洞開(kāi)挖圍巖的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，洞周會(huì)形成應(yīng)力松弛而不是應(yīng)力集中，反之由于應(yīng)力轉(zhuǎn)移在離洞壁一定深度內(nèi)會(huì)形成應(yīng)力集中區(qū)，圍巖的安全穩(wěn)定系數(shù)較低。開(kāi)挖卸荷后應(yīng)力將向深部圍巖轉(zhuǎn)移，在隧洞的

5、左拱肩和右邊墻位置會(huì)形成較大的應(yīng)力集中，從能量的角度看在應(yīng)力集中區(qū)域形成了較大的彈性應(yīng)變能集中，該區(qū)域具有巖爆發(fā)生的應(yīng)力和能量條件?？梢?jiàn)高地應(yīng)力條件下隧洞開(kāi)挖過(guò)程圍巖力學(xué)特性與一般條件下有所不同。
　　 (4)針對(duì)不同錨桿長(zhǎng)度和不同錨桿預(yù)應(yīng)力值情況，分析了其對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:錨桿在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)隨著錨桿長(zhǎng)度的增加，洞周?chē)鷰r位移明顯減小，圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到明顯改善，但是超過(guò)一定長(zhǎng)度后錨桿的作用幾乎不變，所以選擇過(guò)長(zhǎng)

6、的錨桿并不能充分發(fā)揮錨桿的控制作用，既不經(jīng)濟(jì)也不合理。同樣增加錨桿預(yù)應(yīng)力也能夠有效改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)和控制圍巖位移，但是超過(guò)一定值后錨桿的控制作用不再明顯，也不能充分發(fā)揮錨桿的作用。
　　 (5)分別從圍巖的圍巖和應(yīng)力變化規(guī)律、錨桿軸力變化規(guī)律、圍巖塑性區(qū)體積變化規(guī)律以及圍巖能量釋放等多角度分析了不同支護(hù)滯后距離對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明，隨著支護(hù)滯后距離的增大，圍巖應(yīng)力和位移釋放不斷增大，圍巖的自承載能力增加支護(hù)抗力減小，