软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究.pdf

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1、第47卷第3期人民长江V01．47．No．32016年2月YangtzeRiverFeb．，2016文章编号：1001—4179(2016)03—0093—05软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究柳同祥，白现军，王太兴，朱则浩(中国葛洲坝集团第三工程公司，陕西西安710000)摘要：TBM施工过程中，为防止软岩变形导致卡机事故的发生，需要对围岩变形进行准确的预测。以巴基斯坦N～J水电站为研究对象，通过对围岩变形监测数据的反演分析，得到其蠕变参数，并采用反演得到的蠕变参数对大埋深洞段的围岩变形进行预测。结果

2、表明，TBM在软岩段掘进过程中，围岩除了产生明显的弹塑性变形外还会出现明显的蠕变变形，且蠕变变形在TBM在开挖后的几小时内会迅速增加，增大了TBM卡机风险。建议TBM在软岩段掘进过程中，在保证安全的前提下尽可能快速通过。关键词：TBM；变形预测；反演；软岩洞段中图法分类号：TU45文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2016．03．023随着水利建设事业的不断发展，穿越复杂地质区用TBM掘进施工。该地段沟脊相间、冲沟发育，地形的大埋深引水隧洞的建设将越来越多。如正在施

3、工建地质条件较为复杂。输水隧洞开挖断面为圆形，半径设的巴基斯坦N—J水电站引水隧洞，采用TBM施工，约8．53m。隧洞围岩主要为第三系Murree含砾粗砂最大埋深达1900m，洞身部分围岩为强度较低的粉砂岩、中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥质泥岩及泥岩，如处理不当很容易出现较大变形，导致岩及泥岩。洞身的软弱围岩主要以Q4和Q5类岩体TBM卡机事故的发生。在这种情况下，就需要对隧洞为主，其中力学性质较差的Q5类岩体完全由破碎岩开挖后围岩的变形进行准确预测。石组成，且含有一定量的蒙脱石类黏土矿物

4、，可导致明大埋深条件下，隧洞开挖过程中软弱围岩产生的显的膨胀和挤压。变形既包括空间效应导致的弹塑性变形，又包括时间引水隧洞$696桩号14+000～14+110之间均为效应导致的流变变形。为了准确预测围岩的流变变Q5类岩体，施工过程中由于围岩变形较大，导致过卡形，一方面需要建立合理的岩体流变模型，目前很多学机事故，此时隧洞埋深为990m。而隧洞最大埋深约者已经开展了相应研究；另一方面需要得到合理为1900m，为防止卡机事故再次发生，需要对大埋深的岩体蠕变参数，而基于现场监测数据的反演分析是洞段围岩的变形进

5、行预测。获取蠕变参数的常用方法之一⋯。本文基于巴基斯坦N—J水电站引水隧洞监测数2岩体蠕变参数取值据的反演分析，得到了软弱围岩的合理蠕变参数，并基软弱围岩隧洞开挖后，围岩变形可以表示为于此对大埋深洞段TBM施工过程中围岩的时空效应U=U+U(1)进行分析，得到了TBM施工后盾尾的围岩变形规律，式中，U为隧洞开挖后由于空间效应产生的弹塑性为TBM卡机预测提供了科学依据。变形；U为与时间相关的围岩蠕变变形。1工程概况2．1围岩蠕变参数反演分析方法巴基斯坦N—J水电引水隧洞为两条平行引水隧为反映Q5类围岩的蠕变

6、特性，常采用幂指数模洞，隧洞间距25m，单条隧洞长度约11．5km，项目采型来进行计算模拟，该模型的一维形式可以表示为收稿日期：2015—09—27作者简介：柳同祥，男，高级工程师，主要从事水利水电工程技术管理工作。E—mail：2237497298@qq．eom第3期柳同祥，等：软岩隧洞TBM施工中围岩变形预测研究97工程学报，2007，29(4)：505—509．表3TBM开挖后围岩总变形mm[4]杨春和，陈锋．盐岩蠕变损伤关系研究[J]．岩石力学与_T-程学报，2002。2l(11)：1602—16

7、04．[5]谢和平．岩石、混凝土损伤力学[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1990．[6]陈锋，杨春和，白世伟．盐岩储气库蠕变损伤分析[J]．岩土力学，2006．27(6)：945—949．4结论[7]蒋昱州，徐卫亚，王瑞红，等．岩石非线性蠕变损伤模型研究[J]．中国矿业大学学报，2009，38(3)：331—335．(1)TBM在软岩段掘进过程中，围岩既产生明显[8]崔少东．岩石力学参数的时效性及非定常流变本构模型研究的弹塑性变形又会产生明显的蠕变变形，且蠕变变形[D]．北京：北京交通大学，2010．在

8、TBM开挖后的几小时内会迅速增加，使得TBM卡[9]陈文玲．黑河水库坝肩边坡云母石英片岩三轴蠕变机制及蠕变机风险迅速增加。模型研究[D]．西安：长安大学，2009．(2)单从围岩变形的角度出发，为保证TBM的施[1O]崔希海，付志亮．岩石流变特性及长期强度的试验研究[J]．岩石力学与工程学报，2006，25(5)：1021—1024．工安全，当通过软岩段时，应尽可能快速通过，减少软贾善坡．BoomClay泥岩渗流应力损伤耦合流