軟巖隧洞TBM施工中圍巖變形預(yù)測(cè)研究.pdf

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1、第47卷第3期人民長(zhǎng)江V01．47．No．32016年2月YangtzeRiverFeb．，2016文章編號(hào)：1001—4179(2016)03—0093—05軟巖隧洞TBM施工中圍巖變形預(yù)測(cè)研究柳同祥，白現(xiàn)軍，王太興，朱則浩(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程公司，陜西西安710000)摘要：TBM施工過程中，為防止軟巖變形導(dǎo)致卡機(jī)事故的發(fā)生，需要對(duì)圍巖變形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。以巴基斯坦N～J水電站為研究對(duì)象，通過對(duì)圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反演分析，得到其蠕變參數(shù)，并采用反演得到的蠕變參數(shù)對(duì)大埋深洞段的圍巖變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果

2、表明，TBM在軟巖段掘進(jìn)過程中，圍巖除了產(chǎn)生明顯的彈塑性變形外還會(huì)出現(xiàn)明顯的蠕變變形，且蠕變變形在TBM在開挖后的幾小時(shí)內(nèi)會(huì)迅速增加，增大了TBM卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。建議TBM在軟巖段掘進(jìn)過程中，在保證安全的前提下盡可能快速通過。關(guān)鍵詞：TBM；變形預(yù)測(cè)；反演；軟巖洞段中圖法分類號(hào)：TU45文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．03．023隨著水利建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，穿越復(fù)雜地質(zhì)區(qū)用TBM掘進(jìn)施工。該地段溝脊相間、沖溝發(fā)育，地形的大埋深引水隧洞的建設(shè)將越來越多。如正在施

3、工建地質(zhì)條件較為復(fù)雜。輸水隧洞開挖斷面為圓形，半徑設(shè)的巴基斯坦N—J水電站引水隧洞，采用TBM施工，約8．53m。隧洞圍巖主要為第三系Murree含礫粗砂最大埋深達(dá)1900m，洞身部分圍巖為強(qiáng)度較低的粉砂巖、中粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥質(zhì)泥巖及泥巖，如處理不當(dāng)很容易出現(xiàn)較大變形，導(dǎo)致巖及泥巖。洞身的軟弱圍巖主要以Q4和Q5類巖體TBM卡機(jī)事故的發(fā)生。在這種情況下，就需要對(duì)隧洞為主，其中力學(xué)性質(zhì)較差的Q5類巖體完全由破碎巖開挖后圍巖的變形進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。石組成，且含有一定量的蒙脫石類黏土礦物

4、，可導(dǎo)致明大埋深條件下，隧洞開挖過程中軟弱圍巖產(chǎn)生的顯的膨脹和擠壓。變形既包括空間效應(yīng)導(dǎo)致的彈塑性變形，又包括時(shí)間引水隧洞$696樁號(hào)14+000～14+110之間均為效應(yīng)導(dǎo)致的流變變形。為了準(zhǔn)確預(yù)測(cè)圍巖的流變變Q5類巖體，施工過程中由于圍巖變形較大，導(dǎo)致過卡形，一方面需要建立合理的巖體流變模型，目前很多學(xué)機(jī)事故，此時(shí)隧洞埋深為990m。而隧洞最大埋深約者已經(jīng)開展了相應(yīng)研究；另一方面需要得到合理為1900m，為防止卡機(jī)事故再次發(fā)生，需要對(duì)大埋深的巖體蠕變參數(shù)，而基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反演分析是洞段圍巖的變形進(jìn)

5、行預(yù)測(cè)。獲取蠕變參數(shù)的常用方法之一?。本文基于巴基斯坦N—J水電站引水隧洞監(jiān)測(cè)數(shù)2巖體蠕變參數(shù)取值據(jù)的反演分析，得到了軟弱圍巖的合理蠕變參數(shù)，并基軟弱圍巖隧洞開挖后，圍巖變形可以表示為于此對(duì)大埋深洞段TBM施工過程中圍巖的時(shí)空效應(yīng)U=U+U(1)進(jìn)行分析，得到了TBM施工后盾尾的圍巖變形規(guī)律，式中，U為隧洞開挖后由于空間效應(yīng)產(chǎn)生的彈塑性為TBM卡機(jī)預(yù)測(cè)提供了科學(xué)依據(jù)。變形；U為與時(shí)間相關(guān)的圍巖蠕變變形。1工程概況2．1圍巖蠕變參數(shù)反演分析方法巴基斯坦N—J水電引水隧洞為兩條平行引水隧為反映Q5類圍巖的蠕變

6、特性，常采用冪指數(shù)模洞，隧洞間距25m，單條隧洞長(zhǎng)度約11．5km，項(xiàng)目采型來進(jìn)行計(jì)算模擬，該模型的一維形式可以表示為收稿日期：2015—09—27作者簡(jiǎn)介：柳同祥，男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程技術(shù)管理工作。E—mail：2237497298@qq．eom第3期柳同祥，等：軟巖隧洞TBM施工中圍巖變形預(yù)測(cè)研究97工程學(xué)報(bào)，2007，29(4)：505—509．表3TBM開挖后圍巖總變形mm[4]楊春和，陳鋒．鹽巖蠕變損傷關(guān)系研究[J]．巖石力學(xué)與_T-程學(xué)報(bào)，2002。2l(11)：1602—16

7、04．[5]謝和平．巖石、混凝土損傷力學(xué)[M]．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990．[6]陳鋒，楊春和，白世偉．鹽巖儲(chǔ)氣庫蠕變損傷分析[J]．巖土力學(xué)，2006．27(6)：945—949．4結(jié)論[7]蔣昱州，徐衛(wèi)亞，王瑞紅，等．巖石非線性蠕變損傷模型研究[J]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，38(3)：331—335．(1)TBM在軟巖段掘進(jìn)過程中，圍巖既產(chǎn)生明顯[8]崔少東．巖石力學(xué)參數(shù)的時(shí)效性及非定常流變本構(gòu)模型研究的彈塑性變形又會(huì)產(chǎn)生明顯的蠕變變形，且蠕變變形[D]．北京：北京交通大學(xué)，2010．在

8、TBM開挖后的幾小時(shí)內(nèi)會(huì)迅速增加，使得TBM卡[9]陳文玲．黑河水庫壩肩邊坡云母石英片巖三軸蠕變機(jī)制及蠕變機(jī)風(fēng)險(xiǎn)迅速增加。模型研究[D]．西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2009．(2)單從圍巖變形的角度出發(fā)，為保證TBM的施[1O]崔希海，付志亮．巖石流變特性及長(zhǎng)期強(qiáng)度的試驗(yàn)研究[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(5)：1021—1024．工安全，當(dāng)通過軟巖段時(shí)，應(yīng)盡可能快速通過，減少軟賈善坡．BoomClay泥巖滲流應(yīng)力損傷耦合流