地质预报系统在引汉济渭工程岭北TBM施工中的应用

为了分析tbm利用率的主要影响因素,统计分析引汉济渭工程岭北隧洞连续掘进2100m的围岩特征和掘进记录,确定了导致tbm非正常停机的底事件,建立了tbm非正常停机故障树模型,结果表明出渣系统故障、支护设备故障、刀盘刀具故障和电气故障是导致tbm利用率不高的主要因素。通过tbm利用率及主要故障与场切深指数（fieldpenetrationindex,fpi）相关性分析,表明节理破碎岩体中tbm利用率与fpi之间不存在明显相关性,出渣系统故障、支护设备故障、刀盘刀具故障与fpi有较强的相关性。分析主要故障发生原因,从设备管理和现场施工管理2个方面提出tbm利用率提高措施。

引汉济渭秦岭隧洞最大埋深约2000m,根据资料分析,秦岭隧洞地应力高、埋深大具备发生岩爆的条件。本文拟对引汉济渭秦岭隧洞越岭段岭南tbm施工段(k27+643.006~k46+360.000)18.717km地段围岩岩爆机理进行分析、研究,提出tbm法施工通过岩爆地段的施工预防措施。

结合引汉济渭工程隧洞线路长大、地质条件复杂等特点,研制轻便、可靠、灵活、自动的钻孔压水试验装置,该套装置具有压水管路损失不修正、测试数据自动化、试验精度高等特点,能很好地揭示围岩强、中、弱透水性的演化规律,为隧洞渗控方案设计提供了科学依据,具有显著的现场实用价值和推广应用价值。

2012年6月1日上午，陕西引汉济渭工程秦岭隧洞椒溪河等三项工程合同签字仪式存西安建国饭店隆重举行。陕西省引汉济渭办公室常务副主任蒋建军，副主任杜小洲，主任助理雷雁斌、王寿茂，水电十五局副总经理张胜利及参建单位代表出席了签字仪式。

引汉济渭工程目前正在实施的秦岭输水隧洞(越岭段)全长81.8km,最大埋深达2012m。其施工安全、施工质量是工程建设管控的首要问题。从安全质量管理体系、管理亮点以及工程安全质量现状等方面阐述通过全过程的控制,处于受控状态的工程安全质量管理的实践。

以引汉济渭秦岭隧洞工程为研究对象,针对工程埋深大、地应力高和地质条件复杂的特点,进行高地应力条件下超长深埋隧洞岩爆的数值模拟预测研究。基于隧洞围岩工程力学性质和原始地应力反演数据,通过数值模拟技术,运用离散元法软件（3dec）,对研究区域的五个代表性埋深段进行隧洞开挖数值模拟,分析开挖后围岩的二次应力、位移变化和破坏情况。选择五种不同的岩爆判据对围岩岩爆等级进行预测,并将综合评判结果与实际岩爆发生情况对比。研究表明,基于离散元计算预测岩爆的方法是可行的,预测岩爆等级与实际岩爆发生情况基本吻合。

引汉济渭工程秦岭隧洞从工程量和技术难度方面均可谓是水利史上里程碑式的工程。本文通过对tbm工法施工段施工过程中面临的突涌水、突泥段情况介绍分析,提出应对措施,以期为今后同类工程施工提供参考。

beam系统作为一种新型的电法超前地质预报技术,具有设备简便、易于操作、可实时准确探测并显示前方地质情况等特点,在锦屏二级水电站1号引水隧洞tbm401-319掘进机上应用,取得了很好的效果,值得推广应用。

一、研究背景1.引汉济渭工程概况引汉济渭工程是目前陕西省水利项目中投入最大的,工程涉及黄河和长江两大流域,行政区划涉及整个关中地区和陕南的汉中、安康市,是陕西省内的南水北调骨干工程。工程由黄金峡水利枢纽、三河口水利枢纽和秦岭输水隧洞三部分组成,建设内容涉及大型水库枢纽、大型抽水泵站、超长深埋隧洞等,工程线长点多,范围广,工程规模大,工程构成复杂。

党的十七大提出建设生态文明的重大战略任务以来,生态环境建设得到了省委省政府的高度重视和社会各界的广泛关注。水作为生态环境的控制性因素,水环境的治理和保护也已经成为水利工作必须要考虑的重大问题。尤其是在渭河的水环境建设上,在

引汉济渭工程秦岭隧洞穿越秦岭岭脊,延伸长,埋深大,地质条件十分复杂。施工中将遇到各种各样的工程地质问题。文章详细阐述了秦岭隧洞高地应力条件下坚硬岩石发生岩爆的可能、高地温及热害、放射性及有害气体、围岩失稳、突水涌泥、软岩变形等一系列问题,并进行了分析研究,可供其它隧洞工程参考和借鉴。

介绍了r24浅层地震仪超前地质预报的技术特点和基本测量机理、步骤,结合西南线桃花铺一号隧道预报的实例,将超前地质预报结果与隧道开挖实际进行对比,显示超前地质预报在tbm施工中的重要性和实用性。

对引汉济渭工程三河口水库移民长效补偿安置方式进行探讨,结合淹没及规划批复的生产安置情况,通过社会效益及财务经济角度进行比对分析,结果认为,三河口水库移民安置施行长期补偿安置具有较好的社会效益,但从财务经济性角度分析,其运行过程中存在较大风险,需要建设单位、地方政府联合制定完善的政策措施,避免发生系统风险。

针对三河口水库土地资源稀缺、环境容量限制等制约因素导致的移民生产安置落实存在困难的问题,结合水库淹没损失、剩余可利用资源情况及所在区域的现实情况分析,提出三河口水库区移民安置组合方式,其实施后三河口水库移民的生产安置可以得到落实,对破解当前三河口水库生产安置存在的困难具有一定的借鉴。

本文通过对大黄公路右侧良心沟滑坡地质条件的总结,确定了滑坡的边界条件,并采用定性分析和定量计算的方法,对滑坡的稳定问题进行了研究,提出了切实可行的工程处理措施。

陕西省关中地区严重缺水的状况不容忽视,经多方论证,实施省内调水工程是缓解关中地区水资源供需矛盾的唯一出路。环境保护已经成为社会关注的焦点,省内实施引汉济渭工程必然会对周边的环境有所影响。本文就省内\"引汉济渭\"工程对环境以及生态的影响做了分析,进一步阐述了在可持续发展的前提下该工程实施的必要性。

引汉济渭调水工程是缓解关中地区缺水,改善渭河生态的重要措施之一。黄金峡、三河口水库群、泵站群的调水模式直接决定了工程总调水量和调水效益。以多年平均调水15亿m~3为目标,设置"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"和"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"两种调水模式。通过长序列计算,对比不同调水模式下总调水量、泵站耗能和电站发电量等各项评价指标。研究结果表明:在"黄金峡水库先调水三河口水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量15.55亿m~3,梯级总发电量5.53亿kw·h,梯级总耗电量4.91亿kw·h,净发电量为正值;在"三河口水库先调水黄金峡水库补充调水"的情况下,引汉济渭工程可调水量14.45亿m~3,梯级总发电量6.24亿kw·h,梯级总耗电量10.86亿kw·h,净发电量为负值。研究结果对于引汉济渭工程的调度具有重要参考价值。

引汉济渭工程难度大、技术复杂,工程的设计、施工均面临诸多风险。本文针对引汉济渭秦岭隧洞深埋超长的技术特点,分析了秦岭隧洞设计及施工技术中几个关键技术研究难题,提出了设计及施工难点的研究方向。

结合探测成果与实际开挖所揭露的围岩情况表明,hsp地质预报法对节理裂隙密集带、断层破碎带等地质异常情况响应较好,但在围岩较为破碎的洞段,震源能量衰减较大,因此为保证tbm掘进施工的安全,应增加相邻两次预报的搭接长度;基于掘进参数的模糊数学判别围岩结果与hsp探测结果基本吻合,该客观性评价表明了该方法具有较高的预报准确率,能够对tbm施工期间前方地质围岩情况做出可靠的判断.

结合探测成果与实际开挖所揭露的围岩情况表明,hsp地质预报法对节理裂隙密集带、断层破碎带等地质异常情况响应较好,但在围岩较为破碎的洞段,震源能量衰减较大,因此为保证tbm掘进施工的安全,应增加相邻两次预报的搭接长度；基于掘进参数的模糊数学判别围岩结果与hsp探测结果基本吻合,该客观性评价表明了该方法具有较高的预报准确率,能够对tbm施工期间前方地质围岩情况做出可靠的判断。

以有效解决深埋长输水隧洞排水问题为目标,按富水性将隧洞沿线围岩划分为中等富水区、弱富水区和贫水区,采用数值方法模拟衬砌周边渗流场,分析了不同排水设计方案对引汉济渭工程黄三段深埋长输水隧洞衬砌外水压力的影响。结果显示,对于高外水压力情况,将排水孔布置于顶拱处仅能降低顶拱附近的外水压力,无法有效降低作用于底板的外水压力,而排水孔沿衬砌周边均匀布置时,可有效降低作用于衬砌上的外水压力。基于此,讨论了各排水方案的适用条件,给出了深埋长输水隧洞排水设计建议。

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,ⅳ、ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。ⅳ、ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。