对某水电枢纽工程引水隧洞塌方处理有限元法计算分析

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1、规划设计东北水利水电2014年第6期【文章编号】1Oo2一O624(2O14)O6—0010—02某水电枢纽工程引水隧洞塌方处理有限元法计算分析韩松，刘佳，郭建业2，谢振峰2(1．丰满发电厂，吉林吉林市132108；2．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021)[摘要】该工程引水隧洞为有压洞，具有洞径大、内水水头高及塌方范围大等特点，因此，其处理方案的结构设计和计算是个关键问题。本文通过对塌方段处理方案的全面计算分析，最终确定了堆渣体灌浆处理厚度和衬砌的结构配筋，该方案已在工程中成功实施，为确保电站效益的持续发挥起到了极其重要的作用。[关键词]

2、引水隧洞；塌方处理；有限元法计算【中图分类号】TV554[文献标识码]A1工程概况破碎黑色泥灰岩、页岩夹中薄层碳质页岩构成的软岩夹层，属软质岩，其中炭质页岩岩块投入水中枢纽主要建筑物由挡水坝、岸坡式溢洪道、引仅几分钟就崩解为细颗粒状和粉土的混合物，围水隧洞、发电厂房及开关站等组成，为二等大(2)岩类别为Ⅳ类，自稳能力差。型工程，地震基本烈度为Ⅵ度。引水隧洞全长约7茅口组(P)含沥青质燧石结核灰岩偶夹炭质km，建筑物级别为3级。页岩和泥灰岩：深灰色，细～微晶结构，中厚层状构2隧洞塌方段情况简介造。中厚层状含燧石结核灰岩夹白云质灰岩、含沥该隧洞在施工过程中产生局

3、部塌方，塌方段青质燧石结核灰岩均为硬质岩，岩石呈微风化状长度13．5m，塌方空腔最大高度约40m，隧洞中态，围岩自稳能力强；洞壁干燥为主，局部潮湿，围心线垂直向上最大高度约31．5m，塌方最大宽度岩类别为Ⅱ类。约25m，塌方堆渣体上部净空最高约12m。从纵隧洞塌方段附近在两侧边墙各见有节理，走剖面上看，塌腔中心线偏向洞轴线右侧，两者夹角向为N50o~60OE，倾向NW和sE，倾角85~左右，约16~，从最大塌方横剖面上看，塌方偏向洞中心断续长度约50．0m，宽度·0～2衄，方解石充填，线右侧(面向上游)，基本位于左顶拱至右腰线之节理面起伏光滑，节理间距5-2

4、2m，节理切割层间90~的范围内。根据实测的塌方空腔形状和塌方理，腰线以上存在不利围岩稳定的结构面组合。空腔估算，塌方量4300m3左右。吴家坪组(P抽)底部发育的透镜状厚度0-3．03塌方段工程地质条件m(由破碎黑色泥灰岩、页岩夹中薄层碳质页岩构成的软岩夹层)，自身为工程地质缺陷，炭质页岩围岩为二叠系下统吴家坪组(P)下部和二叠岩层受洞内水的浸蚀不断的软化变形，崩解的细系上统茅口组(P)的上部地层。颗粒状和粉土的混合物沿破裂的喷射混凝裂缝溢吴家坪组(P)岩性含燧石结核灰岩夹白云质出形成小塌腔，小塌腔与不利围岩稳定的结构面灰岩、泥灰岩、炭质灰岩，深灰色，细～

5、微晶结构，中组合联合作用不断扩大塌腔酿成较大规模塌方。厚层状构造；底部发育有透镜状厚度0～3．0m，由·10·2014年第6期东北水利水电规划设计4塌方处理设计计算经计算分析，结构安全由正常运行工况控制，以此工况下灌浆堆渣体顶部水平向应力具有不小4．1处理方案拟定于0．1MPa的压应力为控制条件，对堆渣体固结由于塌方段围岩破碎，塌腔上部情况无法探灌浆处理厚度进行敏感性分析，计算结果表明，最明，若盲目处理会导致围岩继续失稳，造成二次塌小处理厚度介于16～18m之间，按大值18m计。方，根据以往类似处理经验，结合塌方体实际情根据计算结果，由于灌浆堆渣体和岩石模量

6、况，决定对该塌方段采取管棚、超前小导管注浆配相差较大，衬砌受力非常不均匀，其最大拉应力位合工字钢架支撑，对塌方地段灌注水泥液浆的处于岩石和灌浆体交界处(软硬介质交界部位)，最理方法通过，管棚以上堆渣不再进行清理。大拉应力约2．7MPa，超过混凝土抗拉强度标准值根据塌方段的施工方案，结合引水隧洞实际且均匀贯穿衬砌整个厚度。受力情况，拟定了钢筋混凝土衬砌方案进行处理。提取衬砌典型部位应力进行积分合成内力，根据实测的塌方空腔形状，空腔上大下小，体根据SL191—2008(水工钢筋混凝土结构设计规范>积约4300m3，空腔若全部采用混凝土回填处理非杆件体系配筋计算原

7、则，按照承载能力极限状的话，回填量大、投资高、施工困难，因此设计对该态以及正常使用极限状态分别进行配筋量计算。方案进行了大量计算和设计优化。由于堆渣体厚计算结果表明，衬砌最终配筋由正常使用极限状度较大，对顶拱以上一定厚度范围内的堆渣体进态控制(裂缝控制验算)。行固结灌浆处理，使其灌后达到一定的强度，根据正常使用极限状态结构裂缝控制验算，可通洞子实际受力，采用有限元法对灌浆处理厚度进过限制钢筋应力间接控制裂缝宽度。标准组合下行敏感性分析，最终在满足设计安全可靠要求的的受拉钢筋应力符合规定：≤。其中：前提下优选出该参数。同时根据固结灌浆后的堆为在标准组合下受拉钢

8、筋应力；为钢筋强度标渣体所能达到的弹性模量计算衬砌所