高地溫引水隧洞開挖熱力耦合研究.pdf

1、本文對高地溫隧洞進行了系統(tǒng)研究,采用反演現(xiàn)場實測溫度的方法得到了主要巖土體材料的熱學(xué)參數(shù),并對反演計算方法進行了可靠性驗證,結(jié)果表明反演分析運用于計算材料的熱學(xué)參數(shù)是可行的;對初始巖溫分別為40℃、55℃、70℃時,隧洞開挖后圍巖溫度重分布特點進行深入分析總結(jié),計算結(jié)果表明圍巖溫度場的變化規(guī)律表現(xiàn)為在一定深度范圍內(nèi),圍巖溫度降低的幅度和降低的速率均隨著徑向深度的增加和時間的推移而減小,當徑向深度超過3倍洞徑后不再改變;結(jié)合溫度場重分布特

2、點進行熱力耦合研究,發(fā)現(xiàn)熱力耦合情況下,洞周淺部約2m范圍圍巖位移趨勢變化明顯,由向洞內(nèi)的收斂變形變?yōu)橄蚨赐獾臄U張,但超過此深度后,位移方向不變,初始巖溫越高,圍巖位移改變量越大,但最大位移均發(fā)生在徑向深度5m處。
　　熱力耦合情況下,洞周圍巖均表現(xiàn)為受拉狀態(tài),而且越是靠近開挖面,受拉越嚴重;初始巖溫越高,圍巖第一主應(yīng)力越大,而且最大拉應(yīng)力出現(xiàn)的位置有所不同,當初始巖溫40℃時,最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在邊墻和拱頂局部,初始巖溫55℃時,最

3、大拉應(yīng)力出現(xiàn)在邊墻和仰拱局部,初始巖溫70℃時,洞周拉應(yīng)力均達到最大,隨著徑向深度的增加,拉應(yīng)力逐漸減小;最后以齊熱哈塔爾引水隧洞高地溫問題為依托,結(jié)合其工程地質(zhì)和溫度概況,采用Zsoil軟件對本工程引水隧洞在最不利情況即初始巖溫70℃時進行了熱力耦合計算,詳細研究了本隧洞溫度在經(jīng)歷初始高巖溫-通風(fēng)降溫-熱平衡-通水降溫-熱平衡的過程中圍巖溫度場分布及不同支護形式下的結(jié)構(gòu)變形和受力特點,探討了隧洞支護結(jié)構(gòu)在反復(fù)溫度荷載下的變形規(guī)律,計算

4、發(fā)現(xiàn):兩次降溫作用加劇了圍巖向臨空面的變形;隧洞完成初支后,及時安裝二襯對開挖后的圍巖松動圈起到很好的支撐作用,有利于圍巖穩(wěn)定;熱力耦合作用下,僅僅只有初期支護時,洞周圍巖最大主應(yīng)力位于仰拱及拱腳局部范圍內(nèi),不滿足現(xiàn)有水電工程規(guī)范中對于噴射混凝土的抗拉強度要求;考慮溫度與內(nèi)水壓力共同作用時,圍巖最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力均超過規(guī)范要求,因此僅僅施做初期支護對于隧洞的長期運行是不安全的;施做二襯后,二襯與初支接觸位置圍巖最大主應(yīng)力的最大值減小