输水隧洞软岩变形特性分析及处理_陈学光.pdf
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1、第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ,年月 ,陈学光输水隧洞软岩变形特性分析及处理水利科学与寒区工程,():输水隧洞软岩变形特性分析及处理陈学光(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司,新疆 乌鲁木齐 )摘要:本文主要介绍了北疆引水式工程某隧洞施工过程中通过对岩体变形全过程监测分析,有针对性地进行一次支处理的过程。本隧洞于 年月全线通水,目前已安全运行 年。本隧洞对软岩隧洞的监测过程及支护方式积累了处理不同不良地质状况的丰富经验,对软岩隧洞开挖过程中及时优化喷锚支护各项设计参数,创优质项目、造经济型工程提供了典范。关键词:隧洞;软岩;变形特性;支护中图分类号:文献标志码:文章编号:()
2、收稿日期:作者简介:陈学光(),男,云南祥云人,高级工程师,主要从事大中型水利枢纽、大型输水渡槽等设计工作。:。工程概况本隧洞是新疆北疆供水工程的重要建筑,是新疆最长的一条软岩隧洞,最大埋深,地质条件较复杂,隧洞全长 ,为无压明流隧洞,级建筑物,设计流量 ,加大设计流量 。隧洞所处地段地势较平坦,洞身所经过的地层,为第三系始渐新统砂岩、砂砾岩、泥质砂岩和砂质泥岩互层,岩层产状 。洞身平均埋深约,最大埋深约(地表到隧洞中心线)。围岩的岩性极弱,抗压强度在 以下,变 形 模量在 之 间,声 波 速 度 之间,属极软岩。在 洞段有乌玛依大断裂带通过,其他洞段无大的构造,地下水不发育,个别洞段有上层滞
3、水。洞身段 洞线中分为个地质单元,全洞围岩易风化,遇水极易崩解,成洞条件差。隧洞围岩主要分成五种岩性,即砂岩、泥岩、泥质砂岩、砂质泥岩和砂砾岩。砂岩占主要成分,其他种类多为层状结构与砂岩互层。砂质和砂砾岩对洞室变形量级的影响不大,而泥岩、泥质砂岩和砂质泥岩对洞室变形量级和变形稳定性存在一定影响,特别是围岩含水率较大时,泥岩、砂质泥岩这两类岩体都具有膨胀性。不同岩性条件下洞室变形特性分析 砂岩洞段的变形特性分析在以砂岩为主的洞段埋设了 个具有代表性的收敛及拱顶沉降断面观测值,表给出综合变形特征值的统计结果,收敛断面布置见图。表砂岩洞段变形特征值统计特征值观测历时全断面距离含水量最终实测变形值变形
4、速率最大速率拱顶沉降 测线 测线 测线 测线 测线测线最大值 综合最小值 平均值 图收敛断面布置隧洞砂岩岩含水率平均约为,但井含水率较低,在 以下,平均约为。从收敛变形平均值量级来看,进口和井洞段的变 形 为 中 等,其 他 井 较 小,洞 室 的 稳 定 性较好。()各井最大收敛变形为测线 ,测线 。最大收敛值在 以上的位于进口、井下游和井下游,都发生在含水率较大的洞段,说明砂岩在超过一定含水率时,易松散软弱,对一次支护形成较大松散压力,承载力会下降,致使洞室变形加大。()拱顶沉降变形为 ,大多数断 面 拱 顶 沉 降 变 形 在 以 下,平 均 。拱顶沉降变形较小,说明拱顶的稳定性很好。(
5、)影响砂岩洞段变形量大小的因素比较复杂,主要有含水率、洞室埋深、支护强度等。在支护强度相同的条件下,含水率为主要因素。()测 线 的 最 大 变 形 速 率 为 ,平均 。有 的断面最大速率在 以上,其中进口和井平均在 以上。拱角测线的最大变形速率一般在下导掌子面刚通过断面时,由于下导岩体的挖除,解除了断面的约束,变形速率达到最大。此后,随着掌子面的远离,变形速率减小,逐渐趋于稳定。泥岩洞段的变形特性分析隧洞的泥岩分布部位相对较少。泥岩遇水易产生膨胀性,对工程的危害较大。隧洞的泥岩多为弱膨胀性的,强膨胀性泥岩主要分布在井上下游约 范围内,在进口和井上游局部也遇到。强膨胀性泥岩洞段的变形特性分析
6、在含强膨胀性泥岩的洞段,埋设了 个收敛及拱顶沉降断面,表给出这些断面综合变形特征值的统计结果。()井上下游 洞段的下导出露大范围泥岩,泥岩厚度在 ,含水率较大,膨胀性强。泥岩的含水率一般在 之间。图为井膨胀性泥岩分布图。图井泥岩分布示意图由于泥岩出露部位岩性松散,首先在竖井锁口段模筑混凝土支护产生 余米裂缝,最大缝宽为 左右,且逐渐加大,增补断面,缩短断面距离,加强监测。随着开挖进尺,洞身段的变形快速发展,多数断面边墙变形较大。上游侧 断面拱角测线收敛变形达 ,最大变形速率为 ,边墙测线变形也达 ;下游侧 断面边墙收敛变形达 ,断面边墙最大变形更达 ,且变形持续发展。如此大的变形,使第期陈学光
7、输水隧洞软岩变形特性分析及处理一次支护混凝土出现开裂,右侧拱角格栅钢筋严重变形,已侵占二次衬砌空间。井上游侧从 桩号开始向上游方向,泥岩厚度减小,洞室的收敛变形也减小到 以下。在井泥岩洞段的监测过程中,加密了断面间距,加强监测,对洞室稳定状况进行分析预报,及时掌握洞室变形状态信息,优化支护和衬砌参数,顺利地通过了该特殊地质洞段。表强膨胀性泥岩洞段综合变形特征值统计特征值历时全断面距离实测变形值变形速率最大速率拱顶沉降测线测线测线测线测线测线最大值 最小值 平均值 弱膨胀性泥岩洞段的变形特性分析在含弱膨胀性泥岩的洞段,选取了 个收敛及拱顶 沉 降 断 面,其 中 进 口 断 面 个,井个,井个,
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