锦屏4引水隧洞大深埋高强支护体系研究

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1、4#引水隧洞大深埋高强支护体系研究内容摘要：针对锦屏4#引水隧洞大埋深、高地应力、围岩等级变化大、岩爆较为频繁以及大断面施工的实际情况，进行高强支护技术及其参数优化研究。通过研究使其能够应用到现场实际施工中，并起到良好的作用。关键词：大深埋高强支护体系研究1、工程概况锦屏二级水电站利用雅碧江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310nio4#引水隧洞沿线上覆岩体一般埋深达1500〜2525m,最大高地应力值达69.94MPa,已开挖深处实测最大主应力值达42

2、.llMPa,已经开始岀现较频繁的岩爆。受隧洞地质条件、超埋深、高地应力和岩爆因素的影响，加上采用钻爆法施工动力干扰，将给工程开挖施工方法、施工顺序和围岩支护带来严峻的挑战，这已成为当前锦屏水电站引水隧洞群开挖设计与施工特别是支护迫切需要解决的科学问题。2、支护结构理论2.1现代支护结构理论随着大断面隧洞的增多，世界各国都把大断而隧洞修建技术作为一个重要的课题加以研究。就隧洞位置的选定，断而形状的确定，衬砌结构的选择，施工方法的选取，施工机械的选择等问题开展了系统的研究。支护结构的作用在于保持洞室断面的使用净空，

3、防止岩质的进一步恶化，承受可能出现的各种荷载，保证支护的安全。有些支护还要求向围岩提供足够的抗力，维持围岩的稳定。按支护结构的作用机理，目前采用的支护形式极其作用如下：2.1.1锚喷支护：锚喷支护的作用机理目前有两种分析方法：一种是从结构观点出发，把喷层和部分围岩组合在一起,看作组合梁或承载拱，拔锚杆看作是固定在围岩中的悬吊杆;另一种是从围岩与支护共同作用观点出发，认为支护不光承受来自围岩的压力，并反过来作用给围岩压力，以此来改善围岩的受力状态，锚喷支护后，还可提高围岩的强度指标，从而提高围岩的承载能力。2.1.

4、2喷射混凝土的作用：喷射混凝土是借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力将按一泄比例配合的拌和料，通过管道输送并以高速立即喷射到新开挖出来的岩石面上凝结硕化而成的一种混凝土，高速喷射的混凝土不仅隔绝了岩石与空气和水的接触，防止围岩风化、松动和脱落，而且能渗入岩石裂隙，封闭节理，与围岩紧密粘结，从而使围岩仍保持未松动的原始稳定状态，并能与混凝土共同工作。由于。近年来，湿喷法喷射技术的日趋完善，新型外加剂、外掺料的开发和使用，大大发展了喷射混凝土技术。2.1.3喷钢纤维混凝土支护：喷钢纤维混凝土是一种在喷射混凝土中掺入分

5、布均匀且离散的钢纤维，依靠压缩空气高速喷射在围岩表面的新型复合材料。喷射混凝土屮掺入钢纤维,为混凝土提供了微型配筋，可增强与混凝土Z间的握裹力和锚固力，显著改善混凝土的抗裂性、延性、韧性及抗冲击性能。同一般喷射混凝土相比，它具有韧性好、适应变形能力强和良好的抗渗性、耐久性等优点，起到代替钢筋网或钢筋的作用，并与围岩及时、完全结合,充分发挥围岩自承能力，从而减少围岩变形、保证围岩稳定。不但技术先进，施工速度快,同吋具有较好的施工安全性，经济也较合理。工程实践证明，在喷射混凝土中掺入直径为0.25-0.40mn:，长

6、度为20-30mm的钢纤维，喷射混凝土的力学性能有明显的改善，其抗压强度提高50%,抗拉强度提高50%-80%,抗弯强度提高60%-100%,韧性提高20倍，抗冲击性提高近10倍，而且它的抗冻性、疲劳强度、耐磨性和耐热性也有很大改善。2.1.4高压固结灌浆：根据注浆固结体力学性能的试验研究、断裂损伤力学模型的反分析成果以及大量的工程实践均证实了围岩固结灌浆有对岩体力学性能的改善及対岩体渗透性降低的作用。2.2现代支护技术与传统技术区别现代支护技术与传统的支护技术之间的区别主要表现在以下儿方面：2.2.1对闱岩和闱

7、岩压力的认识方面：传统支护技术认为闱岩压力由洞室塌落的I詞岩“松散压力”造成，而现代支护技术则认为围岩具有自承能力，围岩作用于支护上的压力不是松散压力，而是阻止围岩变形的形变压力。2.2.2在围岩和支护间的相对关系上：传统支护技术把围岩和支护分开考虑，围岩当作荷载，支护作为承载结构，属于“荷载一结构”体系，现代支护技术则将围岩和支护作为一个统一体，二者组成“围岩一支护”体系共同参与工作。2.2.3在支护功能和作用原理上：传统支护只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时稳定和加固围岩。2.2.4在设计和计算方法上：传

8、统支护主要是确定作用在支护上的荷载，现代支护设计中的作用荷载是岩体地应力，围岩和支护共同承载。2.2.5在支护形式和工艺上：锚喷支护的施工方式简单，不需模板，无需回填，在围岩松动之前能及时加固围岩。现代支护技术的形成与发展，首先是由于锚喷支护等现代支护结构的大量使用，给人们积累了丰富的经验，新奥法(NewAustrianTunnelingMethod)是典型的代表。尤其是