引汉济渭工程隧洞围岩压水试验装置研发及应用

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。

tbm通风是隧道开挖时的生命保障线,可进行设备降温、排污、为隧道作业人员提供新鲜氧气等。引汉济渭岭北tbm第二阶段施工全长(8920+3000)m,前期采用洞内采风方式,掘进至5000m时,tbm区域环境温度为38℃,湿度为96%。为了应对后期高岩温,大埋深施工区段,对通风系统进行了改造。以引汉济渭岭北tbm施工中通风系统改造为实例,研究探索tbm通风改造方法。经现场试验证明,此方法具有低成本、高效率的特点,可为同类tbm施工提供有益借鉴。

通过大坝碾压混凝土现场工艺试验,检验碾压混凝土的各项力学性能是否满足设计要求;检验碾压机具等的运行可靠性和配套性;确定碾压混凝土运输时间、入仓vc值、摊铺厚度、碾压层厚、碾压速度、碾压遍数、水胶比、压实度检测等技术参数,用以指导主坝碾压混凝土的施工,有效地保证了大坝碾压混凝土的施工质量。

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。

针对秦岭输水隧洞大埋深、高地应力容易引起岩爆、大变形等工程灾害的问题,为预防和减轻地应力分布和变化对施工进程和人员设备安全的不利影响,对秦岭隧洞隧址区典型位置(越岭段、岭南、岭北)分别进行了水压致裂法应力测试,并对无断层段和含断层段进行了三维地应力场反演分析,研究了秦岭隧洞初始地应力场特征及规律。结果表明:秦岭隧洞地应力表现出较强的水平构造应力作用,岭南岭北勘探试验最大主应力为25.4～27.7mpa,垂直孔测得最大水平主应力方向稳定在近ew向。数值模拟可以较好地反演分析秦岭输水隧洞的地应力分布,无断层段隧洞最大主应力多为10～45mpa,最小主应力多为0～15mpa；含断层段隧洞主轴最大水平主应力值较高,变化范围为20.46～71.94mpa,最高达71.94mpa。由于断层破碎带的存在,附近区域会出现剧烈的应力变化,断层带以内应力值显著减小,而断层带两侧出现应力集中,局部应力值升高。

引汉济渭工程岭北tbm施工需穿越14条断层破碎带和大段落的富水区,如何在不影响tbm施工效率情况下,及时、准确探测tbm掘进前方的围岩情况,为tbm施工提供参考,是本文探讨的重点。通过对isp系统的组成、工作原理、安装调试及应用效果的介绍,阐明国内开敞式硬岩掘进机首次使用的isp系统的良好效果,以期对类似工程提供借鉴。

引汉济渭工程岭北tbm施工需穿越14条断层破碎带和大段落的富水区,如何在不影响tbm施工效率情况下,及时、准确探测tbm掘进前方的围岩情况,为tbm施工提供参考,是本文探讨的重点。通过对isp系统的组成、工作原理、安装调试及应用效果的介绍,阐明国内开敞式硬岩掘进机首次使用的isp系统的良好效果,以期对类似工程提供借鉴。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以陕西省引汉济渭工程为背景,以受水区缺水量最少、经济效益最大和污水排放量最小为目标,建立了陕西省引汉济渭受水区水资源优化配置模型,通过粒子群优化算法对模型进行了求解,得到了受水区各主要城市及其各用水部门的分配水量,解决了受水区多目标多水源复杂水资源优化配置问题。通过求解模型可以看出陕西省内各主要城市生活需水基本得以解决;工业需水和生态需水得到很大缓解。

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。

引汉济渭秦岭隧洞位于秦岭西部山区,隧洞自南向北,横穿秦岭山脊,岩浆活动频繁,褶皱形态复杂,断裂构造发育。隧洞埋深大,地质条件复杂,工程地质问题突出,本文着重分析和论述了对工程有重大影响的几个关键地质问题,即高地应力与岩爆问题、高地温与热害问题、放射性问题、围岩稳定问题、隧洞施工涌(突)水、涌泥问题、软岩变形问题等问题。

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。