隧洞设计关键问题研究 ➢ （5）长引水隧洞的水力学问题研究
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➢ （1）深埋长隧洞的地质勘探技术研究 ◈ 在已进行的综合勘探和长探洞的勘探基础上，综
合分析深埋长隧洞的地质勘探技术和方法；深层 岩溶的探测及评估方法；以及隧洞施工中的岩爆、 涌（突）水、涌泥等地质灾害的测试和预报方法。
我国深埋长隧洞施工技术已达到国际先进水平，
式中：c,φ为结构面L4 上的内聚力和内摩擦角。
L3 -分离体底宽； b-分离体高；α,β-
结构面倾角；Tj1 , Tj2-结构面抗拉强 度。
洞顶洞壁分离体稳定计算
W2 -侧壁分离 体自重；α-结
构面L4的倾角；
➢第6节 围岩稳定性评价
.经典案例.
三、实例分析
➢ 大秦铁路军都山隧道(1985年)：隧道进尺 16km,塌方21次,累计影响工期685d。
➢ 川藏公路二郎山隧道：全长4176m、最大埋 深达760余m，该隧道穿越11条断层，地质条 件较为复杂。
✦ 其中高地应力与岩爆问题是该隧道的主要工 程技术难题之一。隧道施工过程中共发生了 近百次岩爆活动, 主洞和导洞中连续发生岩 爆的累计总长度达1095m。
➢第6节 围岩稳定性评价
.经典案例.
◈ 渝怀铁路圆梁山隧道：线路重点控制工程，全 长11.068公里，隧道地质条件异常复杂。
洞室规模--洞室规模大，则围岩范围亦大。 开挖方式、施工速率主要影响围岩中的应力 施工方法-- 调整与再分配。 支护方法— 临时支护、永久性支护；半衬、全衬。
➢影响—围岩中的应力重分布→变形→围压稳定性。
二、洞室位址选择论证
按工程特点与设计要求，考虑岩性、构造、地形、 水文等因素综合评判。
选择稳定性好的岩体→
➢ （3）长隧洞信息化设计方法的研究 ◈ 收集国内外已建和在建隧洞设计和施工资料，整理
分析，建立隧洞资料数据库；……… ；
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➢ （4）高地应力和高外水压力作用下岩体特性及隧洞 设计关键问题研究
◈ 研究高地应力和高外水压力作用下岩体变形和强度 特征；研究“双高”作用下围岩稳定性；围岩的流变 特性及其对衬砌后期的影响；岩体渗流参数反分析， 渗流场分析及渗流应力场的分析；研究“双高”作用 下压力隧洞的支护设计。
探洞掘进至4168m终止处，埋深已达2200m左右，超过 了锦屏二级水电站引水隧洞的一般埋深，距最大埋深仅差 约300m。
由超深埋引起的一系列工程地质问题已得到了基本的探查， 用长探洞已取得的勘测、试验成果来评价锦屏二级水电站 引水隧洞的工程及水文地质条件，具有较高的参考价值和 可信度。
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➢ （5）长引水隧洞的水力学问题研究 ◈ 长引水隧洞水力过渡过程的试验研究；研究长引水
隧洞不衬砌或喷砼段减少糙率的措施；长引水隧洞 调压室的设计。
补充：洞室位址选择的地质论证
一、围岩稳定性分析
岩性-影响洞室稳定性最基本的因素
地 质
Байду номын сангаас
岩体结构-对岩体变形破坏起控制作用
方 面
天然应力状态-取决于垂直洞轴的水平应力
锦屏隧洞的最大洞径超过12m，远大于秦岭隧道（D=8.8m） 和谢拉隧洞（D=5.8m）的洞径；
锦屏隧道轴线和锦屏山脊线近乎正交，沿线山体陡峭雄厚， 受地形限制无法布置施工平硐、斜井和竖井。
所有以上问题将给地质勘测、设计、和施工带来一系列复杂 的技术难度。
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鉴于锦屏地区特殊的自然地理条件，常规勘探难以解决， 因此实施了5km长探洞的施工和科学试验工作。
0.3～0.9Mpa）； ◈ 高地温（28℃）； ◈ 断层破碎带（总计10余条）；
➢第6节 围岩稳定性评价
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❖ 深埋长隧洞
➢ 秦岭铁路隧道（长18.4km）已经贯通；南水 北调西线一期工程93. 8％的线路为隧洞；琼 州海峡隧道、台湾海峡隧道、秦岭终南山特 长公路隧道；
➢ 锦屏二级电站引水隧洞长17.5km，综合技术 难度复杂，预计一批重大的技术难题将攻克， 届时我国隧道及地下工程技术将会再上一个 新台阶。
其对围岩稳定性影响最大，且在施工中可能有突发涌水。
➢褶皱地区应尽量 避免沿紧闭向斜的 轴部部置洞线。
该处围压较大，
？ 顶拱自稳性差，
常遇突发涌水。
5、地下水- •影响围岩应力状态及围岩强度
⑴主要作用
软化作用-对软弱岩体和软弱夹层软化泥化； 溶蚀作用-对可溶性岩体溶蚀；
浸润作用-对滑动面浸润，使稳定性下降。
秦岭铁路隧道18.45km平导洞仅用三年零52天即 贯通，创国内最高单工作面开挖纪录456m/月， 取得了深埋长隧道快速施工丰富经验。
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➢ （2）深埋长隧洞快速施工关键技术研究 ◈ 研究锦屏电站引水隧洞合理的修建程序和施工方法；
隧洞施工的通风技术措施；研究施工综合机械化措 施或其他掘进方式开挖长隧洞的关键技术；研究隧 洞施工中的岩爆、涌（突）水、涌泥等地质灾害防 范措施和对策；从通风、排水、降温以及岩爆处理 等方面研究长隧洞施工环境的措施；研究通过复杂 地质条件下的施工技术；
⑵碎裂结构、 半坚硬结构岩；
⑷洞室中应力集中 部位-洞中岩柱、洞形 急剧变化部位。
➢第6节 围岩稳定性评价 2、洞室易失稳部位-
破碎松散岩体、软弱岩体 坚硬块状岩不稳定分离体
洞室中应力集中部位
这些部位是洞室选择时应首先避开的部位。
对稳定有利的条件—
新鲜完整岩体、裂隙不发育、少量地下水。 完整坚硬岩体、裂隙较发育、但闭合且连续性 差、未形成分离体。
由前述可知，洞 壁处弹性应力为：
h v
12co 2 s
12co2s
此时：
t
t
F
c
c
Fs
➢第6节 围岩稳定性评价
2、围岩局部稳定性计算
结构面切割形成不稳定分离体
⑴洞顶分离体
W 11 2L 3bg2co L 2 3 tg co t
对三角形分离体ABC：
b
L3
cotcot
TTj1L 1Tj2L 2
➢第6节 围岩稳定性评价
二、定量评价
Fs：安全系数， 一般取Fs=2
1、整体稳定性计算-整体状或块状岩体，σσ可θcc视,,σσtθ为t---均岩-洞质体壁、饱处连和环续抗向介压压质、、拉拉强应度力。；
其稳定性根据重分布应力计算或实测结果，与岩体的抗压
（拉）强度比较，评价稳定性。
应力集中系数--
无需衬砌 自稳性好 易施工
1、地形-
洞口-山体厚、施工条件好，岩坡 陡壁；避开地表径流；避开可能滑 动的坡体；避开断层破碎带。
洞身-围岩要有一定厚度，（无压，≥3倍洞径；有 压，计算确定）；避开地形不利地段；考虑洪水影 响；不可埋深过大，高地应力导致施工困难。
不利-地形急变处。山脊直拐，垭口深切，浅埋洞室 需避开。
第四章 地下工程
4.6 围岩稳定性评价
第四章 地下工程
➢ 第1节 ➢ 第2节 ➢ 第3节 ➢ 第4节 ➢ 第5节 ➢ 第6节 ➢ 第7节
概述 围岩应力分布 围岩变形破坏 围岩分类 围岩压力 围岩稳定性评价 地下工程超前预报
➢第6节 围岩稳定性评价
❖围岩稳定性是地下建筑工程研究的核心
➢一般采用定性与定量结合的方法进行。
2、岩性-- 选择坚硬完整、力学强度高的岩体。
◈ 隧道进口毛坝向斜和出口桐麻岭背斜有多处大 规模的深埋充填溶洞，出口段为岩堆体。
◈ 这是国内隧道建设中首次在深埋、向斜部位、 高压富水、形态类型多变的充满水、粉质泥砂 的深部地区中穿过。隧道施工难度属国内罕见。
➢ 第6节 围岩稳定性评价
.经典案例.
➢ 相关数据
◈ 岩溶突水（9.8×104～14.5×104m 3／d）； ◈ 岩溶突泥； ◈ 高水压（4.42～4.6Mpa）； ◈ 高地应力（水平主应力Max 16～21Mpa， ◈ M in 8～11Mpa）； ◈ 煤层瓦斯（涌出量0.124～0.137m 3／d，压力
W T 1 2 T j1 L 1 T j2 L L 2 3 2 g co cto t
➢第6节 围岩稳定性评价 ⑵侧壁分离体 侧壁分离体在自重W2作用下沿结构面L4滑移，其 后缘切割面L2的抗拉强度可忽略。 此时，分离体的稳定性系数为：
W 2cW o2stsai n nc4 L
影 响
σH、天然应力比系数λ
因 地质构造-关注断层破碎带、裂隙密集带、 素 褶皱轴部
水文地质条件-影响围岩应力状态及围岩强度
第7节 洞室位址选择地质论证
1、岩性-- 影响洞室稳定性最基本的因素。
坚硬完整岩体-
稳定性好，不需支护能 适应各种断面洞室。
软弱岩体-
力学强度低，遇水易软化、崩 解、膨胀等不良性质，不利于 洞室稳定，围岩易变形破坏。
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• 锦屏一级电站在2005年正式开工，至2012年下半年第一台机 组发电。锦屏二级电站在2007年上半年正式开工，至2012年 年底第一台机组发电。
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雅砻江锦屏河段开发方案选定为一级高坝坝后 发电和二级低闸引水发电两级开发，制约工程 开发的最大技术瓶颈就是一级高坝和二级深埋 长隧洞的勘测设计和施工。
➢第6节 围岩稳定性评价
一、定性评价 1、围岩稳定性
浅埋洞室（小规模）的 稳定性取决于岩体强度 →有无破碎带等因素。
深埋洞室（大规模）稳定性因素 复杂，地应力条件很重要。
➢第6节 围岩稳定性评价
2、洞室易失稳部位--
⑴破碎松散岩、软弱 岩-强风化岩、易软化 岩、膨胀岩体、构造 破碎带；
⑶坚硬块状及厚层 状岩体-在多组软弱 结构面切割成不稳定 分离体部位；
⑵水压力（静）-- 作用于衬砌，有时比山岩压力大几倍； 作用于未衬砌岩体，在平缓结构面上形成水压力，促使分离体 下滑；流入陡立结构面，相当于施加张力，同样促其破坏。