地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)在引漢濟(jì)渭工程嶺北TBM施工中的應(yīng)用

為了分析tbm利用率的主要影響因素,統(tǒng)計(jì)分析引漢濟(jì)渭工程嶺北隧洞連續(xù)掘進(jìn)2100m的圍巖特征和掘進(jìn)記錄,確定了導(dǎo)致tbm非正常停機(jī)的底事件,建立了tbm非正常停機(jī)故障樹模型,結(jié)果表明出渣系統(tǒng)故障、支護(hù)設(shè)備故障、刀盤刀具故障和電氣故障是導(dǎo)致tbm利用率不高的主要因素。通過tbm利用率及主要故障與場切深指數(shù)（fieldpenetrationindex,fpi）相關(guān)性分析,表明節(jié)理破碎巖體中tbm利用率與fpi之間不存在明顯相關(guān)性,出渣系統(tǒng)故障、支護(hù)設(shè)備故障、刀盤刀具故障與fpi有較強(qiáng)的相關(guān)性。分析主要故障發(fā)生原因,從設(shè)備管理和現(xiàn)場施工管理2個(gè)方面提出tbm利用率提高措施。

引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞最大埋深約2000m,根據(jù)資料分析,秦嶺隧洞地應(yīng)力高、埋深大具備發(fā)生巖爆的條件。本文擬對引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞越嶺段嶺南tbm施工段(k27+643.006~k46+360.000)18.717km地段圍巖巖爆機(jī)理進(jìn)行分析、研究,提出tbm法施工通過巖爆地段的施工預(yù)防措施。

結(jié)合引漢濟(jì)渭工程隧洞線路長大、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn),研制輕便、可靠、靈活、自動(dòng)的鉆孔壓水試驗(yàn)裝置,該套裝置具有壓水管路損失不修正、測試數(shù)據(jù)自動(dòng)化、試驗(yàn)精度高等特點(diǎn),能很好地揭示圍巖強(qiáng)、中、弱透水性的演化規(guī)律,為隧洞滲控方案設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù),具有顯著的現(xiàn)場實(shí)用價(jià)值和推廣應(yīng)用價(jià)值。

2012年6月1日上午，陜西引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞椒溪河等三項(xiàng)工程合同簽字儀式存西安建國飯店隆重舉行。陜西省引漢濟(jì)渭辦公室常務(wù)副主任蔣建軍，副主任杜小洲，主任助理雷雁斌、王壽茂，水電十五局副總經(jīng)理張勝利及參建單位代表出席了簽字儀式。

引漢濟(jì)渭工程目前正在實(shí)施的秦嶺輸水隧洞(越嶺段)全長81.8km,最大埋深達(dá)2012m。其施工安全、施工質(zhì)量是工程建設(shè)管控的首要問題。從安全質(zhì)量管理體系、管理亮點(diǎn)以及工程安全質(zhì)量現(xiàn)狀等方面闡述通過全過程的控制,處于受控狀態(tài)的工程安全質(zhì)量管理的實(shí)踐。

以引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞工程為研究對象,針對工程埋深大、地應(yīng)力高和地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn),進(jìn)行高地應(yīng)力條件下超長深埋隧洞巖爆的數(shù)值模擬預(yù)測研究?；谒矶磭鷰r工程力學(xué)性質(zhì)和原始地應(yīng)力反演數(shù)據(jù),通過數(shù)值模擬技術(shù),運(yùn)用離散元法軟件（3dec）,對研究區(qū)域的五個(gè)代表性埋深段進(jìn)行隧洞開挖數(shù)值模擬,分析開挖后圍巖的二次應(yīng)力、位移變化和破壞情況。選擇五種不同的巖爆判據(jù)對圍巖巖爆等級(jí)進(jìn)行預(yù)測,并將綜合評(píng)判結(jié)果與實(shí)際巖爆發(fā)生情況對比。研究表明,基于離散元計(jì)算預(yù)測巖爆的方法是可行的,預(yù)測巖爆等級(jí)與實(shí)際巖爆發(fā)生情況基本吻合。

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞從工程量和技術(shù)難度方面均可謂是水利史上里程碑式的工程。本文通過對tbm工法施工段施工過程中面臨的突涌水、突泥段情況介紹分析,提出應(yīng)對措施,以期為今后同類工程施工提供參考。

beam系統(tǒng)作為一種新型的電法超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),具有設(shè)備簡便、易于操作、可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確探測并顯示前方地質(zhì)情況等特點(diǎn),在錦屏二級(jí)水電站1號(hào)引水隧洞tbm401-319掘進(jìn)機(jī)上應(yīng)用,取得了很好的效果,值得推廣應(yīng)用。

一、研究背景1.引漢濟(jì)渭工程概況引漢濟(jì)渭工程是目前陜西省水利項(xiàng)目中投入最大的,工程涉及黃河和長江兩大流域,行政區(qū)劃涉及整個(gè)關(guān)中地區(qū)和陜南的漢中、安康市,是陜西省內(nèi)的南水北調(diào)骨干工程。工程由黃金峽水利樞紐、三河口水利樞紐和秦嶺輸水隧洞三部分組成,建設(shè)內(nèi)容涉及大型水庫樞紐、大型抽水泵站、超長深埋隧洞等,工程線長點(diǎn)多,范圍廣,工程規(guī)模大,工程構(gòu)成復(fù)雜。

黨的十七大提出建設(shè)生態(tài)文明的重大戰(zhàn)略任務(wù)以來,生態(tài)環(huán)境建設(shè)得到了省委省政府的高度重視和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。水作為生態(tài)環(huán)境的控制性因素,水環(huán)境的治理和保護(hù)也已經(jīng)成為水利工作必須要考慮的重大問題。尤其是在渭河的水環(huán)境建設(shè)上,在

引漢濟(jì)渭工程秦嶺隧洞穿越秦嶺嶺脊,延伸長,埋深大,地質(zhì)條件十分復(fù)雜。施工中將遇到各種各樣的工程地質(zhì)問題。文章詳細(xì)闡述了秦嶺隧洞高地應(yīng)力條件下堅(jiān)硬巖石發(fā)生巖爆的可能、高地溫及熱害、放射性及有害氣體、圍巖失穩(wěn)、突水涌泥、軟巖變形等一系列問題,并進(jìn)行了分析研究,可供其它隧洞工程參考和借鑒。

介紹了r24淺層地震儀超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的技術(shù)特點(diǎn)和基本測量機(jī)理、步驟,結(jié)合西南線桃花鋪一號(hào)隧道預(yù)報(bào)的實(shí)例,將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果與隧道開挖實(shí)際進(jìn)行對比,顯示超前地質(zhì)預(yù)報(bào)在tbm施工中的重要性和實(shí)用性。

對引漢濟(jì)渭工程三河口水庫移民長效補(bǔ)償安置方式進(jìn)行探討,結(jié)合淹沒及規(guī)劃批復(fù)的生產(chǎn)安置情況,通過社會(huì)效益及財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行比對分析,結(jié)果認(rèn)為,三河口水庫移民安置施行長期補(bǔ)償安置具有較好的社會(huì)效益,但從財(cái)務(wù)經(jīng)濟(jì)性角度分析,其運(yùn)行過程中存在較大風(fēng)險(xiǎn),需要建設(shè)單位、地方政府聯(lián)合制定完善的政策措施,避免發(fā)生系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

針對三河口水庫土地資源稀缺、環(huán)境容量限制等制約因素導(dǎo)致的移民生產(chǎn)安置落實(shí)存在困難的問題,結(jié)合水庫淹沒損失、剩余可利用資源情況及所在區(qū)域的現(xiàn)實(shí)情況分析,提出三河口水庫區(qū)移民安置組合方式,其實(shí)施后三河口水庫移民的生產(chǎn)安置可以得到落實(shí),對破解當(dāng)前三河口水庫生產(chǎn)安置存在的困難具有一定的借鑒。

本文通過對大黃公路右側(cè)良心溝滑坡地質(zhì)條件的總結(jié),確定了滑坡的邊界條件,并采用定性分析和定量計(jì)算的方法,對滑坡的穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究,提出了切實(shí)可行的工程處理措施。

陜西省關(guān)中地區(qū)嚴(yán)重缺水的狀況不容忽視,經(jīng)多方論證,實(shí)施省內(nèi)調(diào)水工程是緩解關(guān)中地區(qū)水資源供需矛盾的唯一出路。環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn),省內(nèi)實(shí)施引漢濟(jì)渭工程必然會(huì)對周邊的環(huán)境有所影響。本文就省內(nèi)\"引漢濟(jì)渭\"工程對環(huán)境以及生態(tài)的影響做了分析,進(jìn)一步闡述了在可持續(xù)發(fā)展的前提下該工程實(shí)施的必要性。

引漢濟(jì)渭調(diào)水工程是緩解關(guān)中地區(qū)缺水,改善渭河生態(tài)的重要措施之一。黃金峽、三河口水庫群、泵站群的調(diào)水模式直接決定了工程總調(diào)水量和調(diào)水效益。以多年平均調(diào)水15億m~3為目標(biāo),設(shè)置"黃金峽水庫先調(diào)水三河口水庫補(bǔ)充調(diào)水"和"三河口水庫先調(diào)水黃金峽水庫補(bǔ)充調(diào)水"兩種調(diào)水模式。通過長序列計(jì)算,對比不同調(diào)水模式下總調(diào)水量、泵站耗能和電站發(fā)電量等各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究結(jié)果表明:在"黃金峽水庫先調(diào)水三河口水庫補(bǔ)充調(diào)水"的情況下,引漢濟(jì)渭工程可調(diào)水量15.55億m~3,梯級(jí)總發(fā)電量5.53億kw·h,梯級(jí)總耗電量4.91億kw·h,凈發(fā)電量為正值;在"三河口水庫先調(diào)水黃金峽水庫補(bǔ)充調(diào)水"的情況下,引漢濟(jì)渭工程可調(diào)水量14.45億m~3,梯級(jí)總發(fā)電量6.24億kw·h,梯級(jí)總耗電量10.86億kw·h,凈發(fā)電量為負(fù)值。研究結(jié)果對于引漢濟(jì)渭工程的調(diào)度具有重要參考價(jià)值。

引漢濟(jì)渭工程難度大、技術(shù)復(fù)雜,工程的設(shè)計(jì)、施工均面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。本文針對引漢濟(jì)渭秦嶺隧洞深埋超長的技術(shù)特點(diǎn),分析了秦嶺隧洞設(shè)計(jì)及施工技術(shù)中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)研究難題,提出了設(shè)計(jì)及施工難點(diǎn)的研究方向。

結(jié)合探測成果與實(shí)際開挖所揭露的圍巖情況表明,hsp地質(zhì)預(yù)報(bào)法對節(jié)理裂隙密集帶、斷層破碎帶等地質(zhì)異常情況響應(yīng)較好,但在圍巖較為破碎的洞段,震源能量衰減較大,因此為保證tbm掘進(jìn)施工的安全,應(yīng)增加相鄰兩次預(yù)報(bào)的搭接長度;基于掘進(jìn)參數(shù)的模糊數(shù)學(xué)判別圍巖結(jié)果與hsp探測結(jié)果基本吻合,該客觀性評(píng)價(jià)表明了該方法具有較高的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,能夠?qū)bm施工期間前方地質(zhì)圍巖情況做出可靠的判斷.

結(jié)合探測成果與實(shí)際開挖所揭露的圍巖情況表明,hsp地質(zhì)預(yù)報(bào)法對節(jié)理裂隙密集帶、斷層破碎帶等地質(zhì)異常情況響應(yīng)較好,但在圍巖較為破碎的洞段,震源能量衰減較大,因此為保證tbm掘進(jìn)施工的安全,應(yīng)增加相鄰兩次預(yù)報(bào)的搭接長度；基于掘進(jìn)參數(shù)的模糊數(shù)學(xué)判別圍巖結(jié)果與hsp探測結(jié)果基本吻合,該客觀性評(píng)價(jià)表明了該方法具有較高的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率,能夠?qū)bm施工期間前方地質(zhì)圍巖情況做出可靠的判斷。

以有效解決深埋長輸水隧洞排水問題為目標(biāo),按富水性將隧洞沿線圍巖劃分為中等富水區(qū)、弱富水區(qū)和貧水區(qū),采用數(shù)值方法模擬襯砌周邊滲流場,分析了不同排水設(shè)計(jì)方案對引漢濟(jì)渭工程黃三段深埋長輸水隧洞襯砌外水壓力的影響。結(jié)果顯示,對于高外水壓力情況,將排水孔布置于頂拱處僅能降低頂拱附近的外水壓力,無法有效降低作用于底板的外水壓力,而排水孔沿襯砌周邊均勻布置時(shí),可有效降低作用于襯砌上的外水壓力?；诖?討論了各排水方案的適用條件,給出了深埋長輸水隧洞排水設(shè)計(jì)建議。

以分析深埋長隧洞圍巖應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)槟繕?biāo),考慮隧洞施工方式,圍巖支護(hù)形式等因素,通過數(shù)值計(jì)算,動(dòng)態(tài)模擬隧洞施工過程,獲取了黃三段輸水隧洞初期支護(hù)后的圍巖變形情況以及圍巖與襯砌相互作用關(guān)系。計(jì)算結(jié)果顯示:采用設(shè)計(jì)的初期支護(hù)形式,可有效控制不良洞段的圍巖變形,ⅳ、ⅴ類圍巖最大收斂變形滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。ⅳ、ⅴ類圍巖與襯砌間的相互作用力隨襯砌澆筑時(shí)距掌子面距離的增加而降低,但在距掌子面約4倍洞徑后降幅微小。通過對比分析經(jīng)驗(yàn)方法與數(shù)值方法所確定圍巖壓力成果,確定了襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需的圍巖壓力指標(biāo),為黃三段輸水隧洞設(shè)計(jì)提供了依據(jù),分析方法可為相似工程提供參考。