地質(zhì)預(yù)報系統(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非正常停機的底事件,建立了tbm非正常停機故障樹模型,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,研制輕便、可靠、靈活、自動的鉆孔壓水試驗裝置,該套裝置具有壓水管路損失不修正、測試數(shù)據(jù)自動化、試驗精度高等特點,能很好地揭示圍巖強、中、弱透水性的演化規(guī)律,為隧洞滲控方案設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù),具有顯著的現(xiàn)場實用價值和推廣應(yīng)用價值。

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,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。基于隧洞圍巖工程力學(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),運用離散元法軟件（3dec）,對研究區(qū)域的五個代表性埋深段進(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)對圍巖巖爆等級進(jìn)行預(yù)測,并將綜合評判結(jié)果與實際巖爆發(fā)生情況對比。研究表明,基于離散元計算預(yù)測巖爆的方法是可行的,預(yù)測巖爆等級與實際巖爆發(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)報技術(shù),具有設(shè)備簡便、易于操作、可實時準(zhǔn)確探測并顯示前方地質(zhì)情況等特點,在錦屏二級水電站1號引水隧洞tbm401-319掘進(jìn)機上應(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)報的技術(shù)特點和基本測量機理、步驟,結(jié)合西南線桃花鋪一號隧道預(yù)報的實例,將超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果與隧道開挖實際進(jìn)行對比,顯示超前地質(zhì)預(yù)報在tbm施工中的重要性和實用性。

對引漢濟(jì)渭工程三河口水庫移民長效補償安置方式進(jìn)行探討,結(jié)合淹沒及規(guī)劃批復(fù)的生產(chǎn)安置情況,通過社會效益及財務(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償安置具有較好的社會效益,但從財務(wù)經(jīng)濟(jì)性角度分析,其運行過程中存在較大風(fēng)險,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。

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)實情況分析,提出三河口水庫區(qū)移民安置組合方式,其實施后三河口水庫移民的生產(chǎn)安置可以得到落實,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算的方法,對滑坡的穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究,提出了切實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)成為社會關(guān)注的焦點,省內(nèi)實施引漢濟(jì)渭工程必然會對周邊的環(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)水三河口水庫補充調(diào)水"和"三河口水庫先調(diào)水黃金峽水庫補充調(diào)水"兩種調(diào)水模式。通過長序列計算,對比不同調(diào)水模式下總調(diào)水量、泵站耗能和電站發(fā)電量等各項評價指標(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,梯級總發(fā)電量5.53億kw·h,梯級總耗電量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,梯級總發(fā)電量6.24億kw·h,梯級總耗電量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)度具有重要參考價值。

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

結(jié)合探測成果與實際開挖所揭露的圍巖情況表明,hsp地質(zhì)預(yù)報法對節(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,該客觀性評價表明了該方法具有較高的預(yù)報準(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)合探測成果與實際開挖所揭露的圍巖情況表明,hsp地質(zhì)預(yù)報法對節(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,該客觀性評價表明了該方法具有較高的預(yù)報準(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,可有效降低作用于襯砌上的外水壓力。基于此,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)值計算,動態(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。計算結(jié)果顯示:采用設(shè)計的初期支護(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)計要求。ⅳ、ⅴ類圍巖與襯砌間的相互作用力隨襯砌澆筑時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)計所需的圍巖壓力指標(biāo),為黃三段輸水隧洞設(shè)計提供了依據(jù),分析方法可為相似工程提供參考。