【摘要】：隨著水電工程向西南山區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展,隧洞工程的地質(zhì)條件也變得更加復(fù)雜。為解決在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中遇到節(jié)理帶、斷層等軟弱破碎巖帶時(shí)發(fā)生大變形、塌方等圍巖失穩(wěn)破壞等問(wèn)題,本文以長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞工程為研究對(duì)象,探索圍巖支護(hù)措施,以確保洞室圍巖的穩(wěn)定及施工安全。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料、隧洞開(kāi)挖施工方案、工程地質(zhì)條件的分析及有限元計(jì)算等,分析圍巖破壞的原因和解決方法。首先,根據(jù)泄洪洞工程0~30 m段的現(xiàn)場(chǎng)圍巖破壞情況及實(shí)際地質(zhì)條件,結(jié)合具體的開(kāi)挖和支護(hù)施工措施,對(duì)該段圍巖的失穩(wěn)破壞因素和失穩(wěn)破壞模式進(jìn)行研究。然后,建立典型的泄洪洞進(jìn)口30 m剖面開(kāi)挖有限元模型,在考慮圍巖非線(xiàn)性變形的基礎(chǔ)上,采用摩爾-庫(kù)倫本構(gòu)關(guān)系,利用有限元計(jì)算軟件,對(duì)圍巖內(nèi)部的應(yīng)力和位移進(jìn)行分析計(jì)算。從對(duì)圍巖失穩(wěn)破壞影響因素和破壞模式的分析中可以發(fā)現(xiàn),影響因素可以分為3點(diǎn):1)該段泄洪洞周?chē)鷰r體內(nèi)部裂隙節(jié)理發(fā)育,巖體結(jié)構(gòu)破裂,圍巖穩(wěn)定性差;2)工程區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力較高,巖體內(nèi)部?jī)?chǔ)存有一定能量,洞室開(kāi)挖導(dǎo)致地應(yīng)力的釋放,讓圍巖變得更加破碎;3)支護(hù)措施設(shè)計(jì)不合理,普通錨噴支護(hù)無(wú)法有效控制圍巖變形,導(dǎo)致圍巖破壞。洞室圍巖自身物理力學(xué)性質(zhì)差是圍巖破壞的主導(dǎo)因素,即圍巖破壞模式為巖體結(jié)構(gòu)主導(dǎo)型破壞模式。有限元計(jì)算結(jié)果表明:經(jīng)原支護(hù)處理的隧洞圍巖在受結(jié)構(gòu)面切割部位存在較大的變形,隧洞破碎帶處經(jīng)及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)后,圍巖變形得到有效控制。針對(duì)隧洞破碎帶處圍巖的潛在失穩(wěn)問(wèn)題,綜合采用超前支護(hù)、開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行"噴錨+鋼支撐+錨筋"束聯(lián)合支護(hù),能有效抑制隧洞圍巖變形,保證破碎帶圍巖不會(huì)失穩(wěn)破壞,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及實(shí)施效果也表明及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)措施對(duì)圍巖穩(wěn)定控制的有效性。
【圖文】：

圖1長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞布置示意圖Fig．1LayoutofflooddischargetunnelatChanghebahy-dropowerstation1．2工程地質(zhì)條件長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞區(qū)域?yàn)闀x寧期—澄江期的侵入巖，其巖性以石英閃長(zhǎng)巖、花崗巖為主，花崗巖、閃長(zhǎng)巖平均干密度為2．72g/cm3，微新巖體濕抗壓強(qiáng)度一般大于60MPa，彈性模量一般大于40GPa，巖體物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表2。表2巖體物理力學(xué)參數(shù)Tab．2Mechanicalparametersofrockmass圍巖等級(jí)圍巖特征密度/(g·cm－3)變形模量/GPa泊松比黏聚力/MPaⅡ微新2．7215～200．191．5～1．8Ⅲ弱卸荷2．718～130．201．0～1．5Ⅳ強(qiáng)卸荷2．732～50．220．3～0．5實(shí)測(cè)資料表明泄洪洞樞紐區(qū)在水平埋深250～360m山體內(nèi)，最大主應(yīng)力方向大致為N40°～60°W，傾角6°～68°，最大主應(yīng)力量級(jí)為18～20MPa，屬中－高地應(yīng)力區(qū)。工程區(qū)域無(wú)大的斷裂切割，但次級(jí)小斷層、層間擠壓破碎帶較發(fā)育。其中，泄洪洞進(jìn)口部位擠壓破碎帶或小斷層隨機(jī)發(fā)育，主要為裂隙密集帶Mj5，其圍巖主要為Ⅲ－Ⅱ類(lèi)，局部為Ⅳ類(lèi);出口段斷層發(fā)育，包括斷層F0、F4、F6、F10等(圖2)，雖其與洞軸線(xiàn)大角度相交，但其裂隙組合對(duì)洞室穩(wěn)定不利，巖體總體呈碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖以Ⅳ－Ⅴ類(lèi)為主。斷層帶分布長(zhǎng)度為60～300m不等，寬度一般為0．4～1．2m，影響帶寬度為20～30m。圖2泄洪洞工程區(qū)縱剖面圖Fig．2Verticalsectiondrawingofflooddischargetunnel長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞埋深段地應(yīng)力較高，易產(chǎn)生巖爆，同時(shí)受到F0、F4、F6、F10等斷層及Mj5等裂隙組合的影響，在圍巖破碎帶的開(kāi)挖施工中，若支護(hù)方式和時(shí)機(jī)不合理，圍巖極易產(chǎn)生較大變形甚至坍塌，影響隧洞施工的安全。1．3隧洞圍巖破壞情

為N40°～60°W，傾角6°～68°，最大主應(yīng)力量級(jí)為18～20MPa，屬中－高地應(yīng)力區(qū)。工程區(qū)域無(wú)大的斷裂切割，但次級(jí)小斷層、層間擠壓破碎帶較發(fā)育。其中，泄洪洞進(jìn)口部位擠壓破碎帶或小斷層隨機(jī)發(fā)育，主要為裂隙密集帶Mj5，其圍巖主要為Ⅲ－Ⅱ類(lèi)，局部為Ⅳ類(lèi);出口段斷層發(fā)育，包括斷層F0、F4、F6、F10等(圖2)，雖其與洞軸線(xiàn)大角度相交，但其裂隙組合對(duì)洞室穩(wěn)定不利，巖體總體呈碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖以Ⅳ－Ⅴ類(lèi)為主。斷層帶分布長(zhǎng)度為60～300m不等，寬度一般為0．4～1．2m，影響帶寬度為20～30m。圖2泄洪洞工程區(qū)縱剖面圖Fig．2Verticalsectiondrawingofflooddischargetunnel長(zhǎng)河壩水電站泄洪洞埋深段地應(yīng)力較高，易產(chǎn)生巖爆，同時(shí)受到F0、F4、F6、F10等斷層及Mj5等裂隙組合的影響，在圍巖破碎帶的開(kāi)挖施工中，若支護(hù)方式和時(shí)機(jī)不合理，圍巖極易產(chǎn)生較大變形甚至坍塌，影響隧洞施工的安全。1．3隧洞圍巖破壞情況1#泄洪洞0～30m段的巖體處于Mj5裂隙發(fā)育密集帶及影響帶，巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，圍巖受切割較嚴(yán)重，巖體碎裂，易發(fā)生塌方，而原有支護(hù)僅為常規(guī)噴錨網(wǎng)支護(hù)，未能對(duì)該段圍巖體進(jìn)行有效加固。開(kāi)挖后不久，隧洞周?chē)鷰r體向著臨空面變形突出，泄洪洞的原有支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞，頂拱的碎裂圍巖體在重力及重分布應(yīng)力的作用下出現(xiàn)變形破壞，致使拱頂?shù)幕炷羾妼映霈F(xiàn)開(kāi)裂、剝落(圖3(a))，鋼筋網(wǎng)出現(xiàn)扭曲變形，網(wǎng)內(nèi)包裹著碎裂、松散巖體(圖3(b))，預(yù)應(yīng)力錨桿也出現(xiàn)一定程度的變形，，對(duì)洞室的進(jìn)一步開(kāi)挖產(chǎn)生影響。泄洪洞洞內(nèi)破壞情況如圖3所示。圖3泄洪洞洞內(nèi)圍巖及支護(hù)措施實(shí)際破壞情況Fig．3Failuresituationofsurroundingrockmassandsupportingstructureintunnels2012年底，

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1 文航

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