水利工程深埋长隧洞主要地质问题的分析与评价
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水利工程深埋长隧洞主要地质问题的分
析与评价
摘要:随着我国基础设施建设高速发展,深部施工成为发展趋势,为我国基
础设施建设的不断完善贡献力量。随着人类的认知和技术水平的不断提升,深埋
长隧洞在水利水电、铁路、公路等各类大型工程中迅速发展,而在隧洞实施过程
中常伴随发生岩体塌方、围岩变形、突涌水、岩爆、高地温及放射性等各类地质
灾害。
关键词:水利工程;深埋长隧洞;主要地质问题
引言
科学技术的快速发展推动我国提前进入现代化发展阶段,给予了我国各行业
新的发展空间和发展机遇。在水利工程建设中,深埋长隧洞通常为整个项目的关
键工程,难度大、投资高、工期长,它的贯通也事关整个项目的顺利实施。
1深埋长隧洞主要地质问题分析
1.洞室挤压变形,深埋隧洞开挖前应力处于平衡状态,开挖后,初始应力平衡
状态被打破,应力重分布,岩石向洞室空间挤压变形,直至再平衡,若挤压变形超过
了围岩本身所能承受的能力,便会产生破坏。不同强度的岩石,围岩破坏形式存在
一定的差异,硬质岩多为结构面组合形成不利的掉块、坍塌、塌落等;软质岩围岩
可能产生较大塑性变形或破坏,在高地应力下,有可能产生大变形和长期流变,地
质问题难处理。2.岩爆,岩爆是高地应力环境下地下工程开挖过程中容易产生的
一种突发性地质灾害。在新鲜、完整、坚硬的岩体深部开挖洞室时,围岩以剥落、弹射方式突然飞出和剧烈破坏,并伴随声响,这种现象称为岩爆。岩爆的发生受到
岩性、构造、地下水、围岩类别、岩体结构、洞室跨度等条件控制,主要发生在
岩体完整性好、无地下水、较干燥、岩质坚硬致密的围岩中。3.突涌水,地下工
程围岩涌水是影响施工进度和造成工程事故的主要工程地质问题。当地下洞室或
隧洞穿过地下水富水层、汇水构造、强透水带、与地表溪沟及库塘有水力联系的
透水层、断层破碎带、岩溶通道或采空区等部位时,大量地下水突然涌进洞室。
大多情况下,地下水的大量涌出,造成断层带物质、岩溶充填的泥及碎石等一起涌
进洞室,导致灾害发生及给施工带来困难。
2水利工程深埋长隧洞主要地质措施
2.1正断层错动下的输水隧洞动力响应
1.隧洞衬砌拱顶和拱底竖向位移在断层错动施加下,不同断层错动量、断层
宽度和断层粘聚力对隧洞衬砌拱顶和拱底竖向位移影响基本相同。断层破碎带部
分衬砌竖向位移发生突变,上盘部分衬砌竖向位移变化缓慢,下盘部分衬砌位移较小,几乎未变形。2.衬砌受压和受拉损伤能直接反映结构体系的破坏程度。衬砌
极易在断层破碎带部位及其与上、下盘接触部位出现损伤,且衬砌的拱肩和拱腰
为衬砌结构的薄弱部位,极易出现张拉裂缝导致衬砌整体功能失效。3.在不同断
层错动量、断层宽度及断层粘聚力下随正断层错动,衬砌在断层破碎带部位出现
DS3严重破坏行为,极个别部位出现DS4完全损伤破坏,在同类隧洞工程的施工管
理运行中要引起重视。
2.2技术要求
例如某工程喷射混凝土前,应用水或高压风将套拱模板的粉尘及杂物冲洗干净。喷射作业应以适当厚度分层进行,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷面已蒙上粉尘时,应用高压风或水清洗干净。岩面
有较大凹洼时,应结合初喷予以找平。喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝,每1.0-2.0m设1根,作为喷射厚度控制标志。突然断水或断料时,喷头应迅速
移离喷射面,严禁用高压风、水冲击尚未终凝的混凝土。作业完成后,喷射机和
输浆管内积料应及时清除干净。喷射混凝土用混合料应随拌随喷,回弹物不得再
次作为喷射混凝土用料。一次喷射厚度为50mm,首次喷射混凝土着重填平补齐,
将坡面喷平顺,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后施工。喷射混凝土终凝2h
后,应做好养护工作。混凝土满足设计强度后,方可开始管棚钻孔、进洞开挖、
支护等后续施工。
2.3穿越围岩破碎带水工隧洞加固方案设计
选择科学合理的开挖和加固工程方式,对保证地下洞室工程的施工安全具有
重要意义。例如以某工程为背景,利用数值模拟的方法对不同施工加固方案进行
分析评价。根据计算结果,建议在工程设计和施工中综合采用超前帷幕注浆、超
前小导管和砂浆锚杆加固措施,可以获得一定的安全系数冗余量,能够保证工程
施工的顺利进行。与施工中的监测数据对比显示,模拟计算结果具有良好的精度,可以为相关类似研究提供一定的支持和借鉴。当然,此次研究没有就其他施工工
法对隧洞稳定性的影响展开研究,在今后需要在该领域做进一步的深入探索,以
便为富水破碎岩地下洞室工程施工提供有力的支撑。
2.4地质监控量测
在水利隧洞围岩初期支护中,地质监控量是现代化隧洞喷锚施工的主要内容,更是新奥法复合式衬砌支护的核心技术,通过监控量测,既能实时掌握围岩的动态,保证施工的安全性,还能获得围岩动态支护状态信息,为修正初期支护参数,调整施工方案等提供真实有效的数据,以保证水利隧洞围岩支护工作能够高效、
安全、的开展。
2.5地质雷达与激光扫描的隧道检测
1.静定式三维激光扫描,静定式三维激光扫描仪通过水平面和竖直面的扫描
实现360°隧道全方位扫描,而隧道大部分都是线状结构,要完成整个隧道的测
量需要进行多个站点的布测。测点间距会影响扫描精度,当测点间距过大时,在
测点边缘处的激光入射角将过大,点云密度将过低,这既不利于后期隧道建模,
也不利于各测点间的点云配准;当测点之间距离过小时,虽然能保证点云的密度
和扫描的精度,但是增加了测量时间和数据体量。因此,合理设计各测点的间距
对后期数据处理及隧道病害识别至关重要。测点间距与隧道的最大直径及激光入
射角有关,建议将测点之间的间距设置为隧道最大直径。由于当入射角大于65°
的时候,激光扫描的误差急剧增大,所以建议根据隧道的具体情况将测点间距设
置为1-2倍的隧道直径。2.移动式三维激光扫描,移动式三维激光扫描技术是近
些年发展起来的一种新的综合测量技术。它是一种集多种技术为一体的综合检测