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1、地下洞室群施工方案优化及围岩稳定性分析吴杉(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都610000)摘要:首先介绍了动态施工力学的基本概念和原理,在此基础上简单介绍了运用动态规划优化地下洞室群施工方案,随后运用具体实例分析,发现优化施工顺序能够有效提高围岩稳定效果,这对地下洞室群施工具有重要的参考价值。关键词:地下洞室群;围岩稳定性;施工方案中图分类号:TV554文献标志码:B(a)方案一文章编号:1672-4011(2016)09-0086-02DOI:10.3969/.jissn.1672-4011.2016.09.0380前言影响地下洞室群稳定性的因素有很多,
2、其中也存在很多的不确定因素,通过有限元分析法能够有效反映工程开挖过程中的围岩位移、破坏区分布和应力随开挖的变化规(b)方案二律,从而确定最合适的施工方案。1岩体非静态建设施工力学原理针对地下洞室施工所涉及到的力学特点来看,整个施工程序能够被想象为一种非可逆、没有规律可循的演变程序,对于其最后的评价也是众说纷纭,会受到多种因素的制约,与应力路径和应力历史相关。现阶段,岩体力学已(c)方案三逐渐向更有前景的发展方向延伸,即广为人知的岩体动态图1地下洞室群开挖顺序方案建设力学,其施工的要点有:①项目的稳定性不但受到外将上下游开挖角点作为特征点,图2给出了上述3个界环境的
3、影响,而且也和项目自身的施工特点紧密相连;主要洞室每级开挖后的最大变形值。从图2中不难看出,②对比较冗杂的石块进行施工时,对周围岩石的稳定性进这3种施工方案都采取从上到下的开挖方式,因此,三大行讨论的过程本质是非线性的力学,应力路径和应力历史洞室的特征点最大位移分布规律没有太大区别,在第二种对围岩稳定性有着直接的影响;③地下洞室群施工需要根方法中主变室以及主厂房的明显优势中,最大距离折线很大程度上都不大于另外两种方法,但是最大距离值差别并据工程特点和岩体特性,采取有针对性的开挖和支护手段,不大,不超过5mm。除了没有意义的前三级开挖,尾端调保证施工全过程都做好围岩
4、体的稳定性控制。度室的3种施工工序的明显特点是最远距离折线保持重叠。所以,只是从洞室周围岩层形变的程度讨论和对比这3种2工程实例分析不同的施工工序,第二种工序的形变相对其他两种来说要本文以某水电站工程为背景说明不同的施工顺序对其稍微小一点。围岩稳定性的影响。该水电站厂房系统由尾水调压室、主变室和主厂房3个主要的洞室构成,其余的还有一些尾水隧洞、引水隧洞、母线洞和部分附属洞室,整体洞室群结构比较复杂。结合本工程自身的洞室群结构特点,拟定了3种不同的施工顺序,图1是3种施工方案的有限元对比分析图。作者简介:吴杉(1988-),男,本科,助理工程师,主要从事水利水电建设
5、相关工作。(a)主厂房·86·(b)主变室(b)方案二(c)尾调室图2洞室特征点合位移对比图/cm3种施工方案洞室周围的应力分布规律大体相同,但(c)方案三是由于开挖方式不同,因此,应力的集中程度也有所差别。图3不同开挖工序下围岩破坏区分布图洞室①在开挖中受到强卸荷作用,洞挖区应力场变化较明显,在很多位置上都存在应力集中问题,例如边墙与开挖3结论底面交接部分和拱顶与边墙交接部分等。应力集中现象随着开挖距离的增大也逐渐减弱,有些范围的应力场分布已1)地下洞室群在开挖之后围岩的塑性区、应力和位移经变回原先的状态。洞室②在开挖之后,洞壁小主应力衰分布都符合一般规律,开挖
6、顺序对围岩稳定性有着直接的减速度很快,部分浅层周围岩层也保持在预先的状态,出影响。现了小范围的拉应力区域,随着开挖距离的不断延伸,拉2)在分级施工操作中,上一阶段的施工之后的断层面应力区域遭受开挖卸荷的改变得到了发展,释放了绝大多数的压应力,应力水平相对较低。距离极易被下一阶段开挖所制约,这和不同次数的施工对图3所示为3种施工方案下围岩破坏区的分布情况,周围岩层的干扰紧密相关,所以,在保证工程施工质量的分析可知:不同的施工方法分级进行施工的过程中,主厂前提下,应当尽量减少开挖次数,在开挖作业中也要尽可房洞室周围的岩层没有出现明显的由于人为破坏出现生长能地避免各个洞
7、室之间施工相互影响。不良的情况,但是其余的洞室的发育情况则出现了相对明3)如果地下洞室群施工中需要布置多条平行的廊道或显的差别,具体体现在以下方面:①3个主要洞室顶拱开挖之后就产生了破坏,但是各自顶拱塑性区分布受后期施管洞,最好实行间隔开挖,等喷锚支护完成后再进行相邻工的影响相对较小;②地下洞室群在施工结束之后,浅表洞室的开挖作业,另外,为了改善施工期间围岩稳定性,层的周围岩层存在明显深度差异的塑形开裂区以及塑形损在施工辅洞前,需要预先加固主洞和辅洞交叉部位。坏区,并且其围岩破坏区发育深度随着开挖高度的增加而4)本文中的实例表明,通过有限元对比分析,3种施增大,主
8、要以塑性破
