2022年, 第39卷, 第12期　
刊出日期：2022-12-01

  

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  长江科学院院报. 2022, 39(12): 0-0.

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隧洞工程地质探测
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  基于HI应变计的首次断裂带岩体地应力监测

  韩晓玉, 董志宏, 付平, 刘元坤

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 1-7. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220672

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  采用空心包体(HI)应变计进行了首次断裂带岩体应力监测试验。在深埋隧洞施工开挖期,选择合适部位进行了大直径钻孔,利用对中装置、采用水泥净浆灌浆方式将HI应变计埋设在钻孔孔深24 m部位,建立了基于惠斯通电桥半桥测量的云监测系统。确定了只采用水泥净浆和HI材料弹性参数进行修正系数计算,通过分析监测数据规律确定应变计算初始时间后进行了三维应力增量计算。结果显示:以2021年9月16日为初始计算日期、在时段4和时段5期间的应力增量计算结果的第一主应力(σ₁)的范围为10.3~15.0 MPa,方向为缓倾角W向;第二主应力(σ₂)的范围为3.1~4.6 MPa,方向为陡倾角NEE至SEE向;第三主应力(σ₃)的变动范围为0.2~1.8 MPa,方向为缓倾角近S向;最大水平主应力(σ_H)和最小水平主应力(σ_h)分量的变动范围分别为10.1~13.9 MPa和0.2~1.8 MPa,最大水平主应力方向(α_H)为近EW向。结果讨论显示:通过监测数据规律分析确定的计算初始时间更具合理性;HI应变计应力监测受多因素影响,包括开挖应力扰动影响和一次监测洞段的应力和变形调整影响;本试验所得最大水平主应力量级及其方向与已有地应力试验结果接近,监测结果反映龙蟠-乔后断裂带的应力场特征。
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  滇中引水工程香炉山隧洞勘察关键技术

  陈长生, 张海平, 周云, 李银泉, 史存鹏, 王旺盛

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 8-14. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221085

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  滇中引水工程地质构造背景与地震地质条件极为复杂。香炉山隧洞全长62.60 km,最大埋深1 450 m,穿越滇西北横断山脉及金沙江与澜沧江两大流域分水岭,跨越多条区域性深大断裂,是滇中引水工程中单洞最长、埋深最大隧洞,也是目前国内在建水利工程中施工难度最大、地质条件最为复杂的大深埋超长隧洞。结合香炉山隧洞复杂地质条件、存在的主要工程地质问题,以及可能产生的地下水环境影响风险,系统地总结了香炉山隧洞勘察研究过程中采用的基于3S技术的地质遥感解译、大地电磁测深、千米级深孔勘探测试、复杂岩溶区大埋深超长隧洞选线、地下水三维渗流场数值模拟等勘察关键技术和研究方法,创新性地研发了千米级深孔地应力测试技术、深部岩体水文地质参数测试技术以及适用于复杂地质条件下大埋深隧洞的超前地质预报关键技术;形成了一套较为系统、全面的大埋深超长隧洞勘察关键技术研究方法,为类似工程勘察研究工作提供了重要参考及借鉴。
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  调水工程富水破碎洞段综合超前地质预报技术

  杜俊, 廖健都, 韩成力

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 15-20. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220194

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  为避免或减小隧洞穿越富水破碎岩体发生突涌水、塌方等造成的危害,提出了基于地质分析、隧道地震预报(TSP)法与超前钻探结合的综合超前预报体系。首先通过地质分析对不良地质进行评估,之后利用TSP法对前方不良地质体进行定位,确认有不良地质构造存在,最后利用超前钻探进行预报。滇中引水工程富水破碎洞段的两个工程实例表明,此预报技术可准确地预测不良地质段以及涌水段位置和规模大小,可帮助工程技术人员及时地制定相对应的预警措施和处理对策,从而减少施工过程中突泥、涌水、塌方等地质灾害出现的概率,保证隧洞安全施工。
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  Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩力学参数估算中的应用

  董家兴, 周志强, 王志荣, 赵毅然, 李建国, 沐红元, 左澍琼, 赵永川

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 21-25. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221010

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  白云岩砂化是滇中引水工程玉溪段面临的典型地质问题之一。砂化白云岩物理力学参数的准确获取可以为施工和设计提供依据,保障隧洞施工人员的生命财产安全,具有重要的工程意义。强烈砂化白云岩因其岩体结构较为破碎,难以通过制作标准试样进行室内试验获取岩体力学参数。基于此,为了快速获取强烈砂化白云岩岩体力学参数,通过现场调查以及针贯入试验,运用Hoek-Brown强度准则对其岩体力学参数进行估算,并将估算结果与现场岩体平硐试验结果进行对比。研究结果表明:通过Hoek-Brown强度准则估算的强烈砂化白云岩力学参数绝大部分值落在试验值区间内,Hoek-Brown强度准则在强烈砂化白云岩岩体力学参数估算中运用效果良好。根据估算结果给出研究区强烈砂化白云岩的岩体力学参数建议值,可为工程建设提供支撑,具有一定的推广价值。
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  狮子山隧洞突涌介质特性与致灾模式

  李勇, 郝俊锁, 刘俊峰, 赵明蕃

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 26-32. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221034

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  为了掌握玄武岩地层向斜构造不良地质体构造特征与突泥突水机制,以滇中引水工程狮子山隧洞穿越乌龙坝向斜构核部附近突水突泥灾害为例,研究了该段突水突泥灾害演化与致灾地质构造、致灾介质基本特征与致灾动力及诱发机制。结果表明:①突涌原因为构造向斜上盘节理裂隙密集带储水构造使下位凝灰岩裂缝扩展发育崩解软化、泥化,连接上部储水构造体,导致致灾介质体突涌;②突水突泥致灾介质类似稀性泥石流,瞬时爆发涌出,携带巨大能量;③隧洞卸荷坍塌、地下水作用及应力释放等共同作用导致了灾害形成。研究成果对隧道穿越褶皱构造防治突泥突水灾害具有一定指导意义。
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  基于扭矩贯入指标和神经网络的围岩质量预判方法

  吴帆, 张云旆, 寇甲兵, 刘立鹏, 李鹏宇

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 33-41. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221039

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  全断面岩石掘进机(TBM)的地质适应性较差,当遭遇不良地质条件或者围岩质量较差时,容易引发卡机、塌方等地质灾害,影响施工进度,威胁人员安全。基于此,首先通过TBM数据预处理,将原始数据分割为完整的掘进段,其次以掘进段为单位计算扭矩贯入指标(TPI),基于时间序列法和神经网络在掘进开始前对围岩质量进行预测,基于TPI的基尼不纯度,在掘进上升段对围岩质量进行判断。结果表明:TPI能够较好地反映围岩地质条件,基于时间序列法和神经网络能够较为准确地对TPI进行预测,通过TPI的基尼不纯度能够较好地对围岩质量进行判断。
软弱围岩稳定分析
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  绿泥石片岩隧洞大变形特征及控制措施——以滇中引水工程香炉山隧洞为例

  刘海明, 成远登, 吴永红, 张雨霆, 丁文云, 王忠伟

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 42-48. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221017

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  为进一步掌握深埋软岩隧洞开挖过程中大变形规律,依托在建滇中引水工程香炉山隧洞绿泥石片岩段,运用有限差分软件FLAC^3D,对比分析软岩隧洞更为适用的本构模型;并采用预留核心土台阶开挖法(工况1)、单侧壁导坑法(工况2)和中隔壁开挖法(工况3)对大变形的控制效果进行对比分析。结果表明:采用Hoek-Brown(H-B)应变软化模型得到拱顶最大沉降大于理想弹塑性模型的计算结果,与实际沉降误差为9.3%;工况1及工况3对拱顶沉降的控制相较于工况2减少了20%左右,工况3对拱腰及拱墙的收敛变形相较于工况1和工况2得到明显控制。从大变形控制效果和塑性区分布来看,采用中隔壁开挖法可有效减小隧洞绿泥石片岩段的变形。
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  输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

  付敬, 黄书岭, 艾凯, 张雨霆, 秦洋

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 49-55. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221033

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  隧洞软岩大变形严重威胁到 TBM 安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。
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  香炉山隧洞5#支洞应急抢险段围岩参数反演及稳定性分析

  韩钢, 黄书岭, 丁秀丽, 马旭强, 张雨霆, 何军

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 56-61. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221069

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  在建的滇中引水工程香炉山隧洞5#支洞穿越活动断裂带,地质条件极为复杂,施工过程中发生过严重的涌水突泥灾害,围岩稳定问题极为突出,严重制约施工进度和工程安全。为深入系统地研究5#支洞应急抢险洞段合理的围岩力学参数及隧洞稳定性情况,充分利用现场监测及物探资料,采用基于神经网络和遗传算法的位移反演方法确定了应急抢险洞段围岩的力学参数;并在此基础上,模拟施工开挖支护全过程,进行了围岩稳定性分析。结果表明:在当前开挖支护条件下,5#支洞应急抢险洞段整体处于稳定状态,除桩号K0+501—513洞段右边墙围岩变形量较大外,其余部位围岩变形量整体<15 cm;塑性区深度在2~5 m范围内;支护结构受力整体处于正常水平。相关研究结果对于5#支洞后续洞段或相近条件隧洞安全快速施工具有指导意义。
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  断层破碎带隧洞管棚支护参数设计方法

  陈培, 马旭强, 龙杰, 李占彪, 黄书岭

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 62-67. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221087

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  为确保断层破碎带内隧洞的安全施工和掌子面岩体稳定,提出了一种管棚支护参数的设计方法。首先,对管棚分段且取其中一部分作为有效计算长度,采用太沙基理论计算松散破碎岩体对管棚的荷载,根据约束条件将洞内管棚简化为两端固支梁,得到管棚弯矩、挠度和端部反力。然后,根据岩体和管棚的各类破坏条件,推导了管棚支护参数的计算公式。最后,介绍该方法在某断层破碎带隧洞的应用情况。该隧洞前期超前支护仅采用小导管,已发生数次掌子面坍塌。基于此方法分析小导管支护偏弱并进行了管棚支护设计,在之后开挖过程中收敛变形减小,管棚支护取得了较好的加固效果。研究成果可为断层破碎带隧洞管棚支护参数设计提供参考。
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  排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

  毕发江, 何军, 张雨霆, 李梅, 朱徐梅

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 68-74. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221056

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  高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。
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  香炉山引水隧洞围岩的蠕变特性及模型研究

  杜学才, 周辉, 郭鹏云, 刘文博, 谢静, 赵成伟

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 75-81. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221011

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  为了探究滇中引水隧洞围岩的蠕变特性,采用实时高温常规三轴试验系统开展岩石的力学性能和蠕变试验。在建立岩石蠕变本构模型的基础上,根据蠕变试验曲线的特点,提出了一种确定蠕变参数的方法,并分析了不同应力水平下蠕变参数的变化规律,构建了蠕变参数与应力的关系。最后将各蠕变参数与应力之间的表达式代入蠕变本构模型中,得到修正的蠕变本构模型。结果表明:建立的蠕变模型不仅准确反映了衰减和稳定蠕变阶段的蠕变特征,而且克服了传统模型难以描述加速蠕变的缺点。同时,该方法确定的蠕变参数不仅可以反映应力对蠕变参数的影响,还可有效反映应力状态对蠕变变形规律的影响。
隧洞过活动断层的适应性
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  长距离隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系和布置设计

  张雨霆, 王义深, 赵利鹏, 黄书岭, 何骁, 李建贺

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 82-89. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221189

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  长距离输水隧洞等线路工程建设将不可避免地穿越活动断裂带,引发隧洞结构变形失稳风险。可靠的结构安全监测方案是有效监控隧洞结构安全状态、评价抗错断措施适应性的必要手段,目前还少有与隧洞穿越活动断裂带结构安全监测体系相关的研究。针对该问题,提出了过活动断裂带隧洞结构安全监测的“五适应”设置原则,即:与现行规范或技术标准相适应、与活动断裂带活动特征相适应、与隧洞结构变形规律和破坏特征相适应、与抗断措施相适应、与隧洞开挖施工方法相适应。然后,以滇中引水工程香炉山隧洞为对象,根据断裂带蠕滑作用下的隧洞结构变形破坏规律,开展了基于“五适应”设置原则的安全监测体系和布置设计研究。研究认为香炉山隧洞在穿越丽江-剑川断裂时,应以围岩变形、接缝开合度等为主要监测项目,以接缝剪切压缩量和混凝土压应变等为基本监测内容,以影响带-主断带的交汇区域为重点关注区域,以位错计、错缝计、应变计和压力计为监测仪器,并明确了与监测对象同步实施的布置时机。由此建立隧洞穿越活动断裂带的结构安全监测体系,为隧洞过活动断裂带的安全监测布置设计提供了有益的思路。
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  过活动断裂隧洞抗错断适应性结构响应分析

  崔臻, 张延杰, 周光新, 谢静, 王义深, 杨景浩

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 90-96. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221045

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  输水隧洞作为长距离跨流域调水工程的关键控制性工程为缓解经济布局与水资源分布之间的区域矛盾发挥着巨大作用。而我国西南高烈度地区地质构造复杂,活动断裂分布密集,导致输水隧洞工程不可避免地需要穿越多条活动断裂带建设。针对滇中引水工程香炉山隧洞过活动断裂带,开展隧道适应性结构在断层错动条件下的影响校核。以龙蟠—乔后断层F10-1为代表,基于隧洞关键部位的位移、相对变形、最大主应力和纵向等效内力等指标,评估活动断层对香炉山隧洞抗错断适应性结构的影响,并基于数值计算验证其在减小衬砌内力与变形方面的作用。结果表明受走滑为主的断层运动影响,隧洞的一侧边墙表现为受拉状态,拉应力较小,约为5 MPa;铰接缝的最大法向变形与切向变形均位于断层带中央节段之间;铰接设计这一适应性结构的存在有效改善了衬砌在错动条件下的受力状态。研究成果可以直接应用于穿越活断层输水隧洞的工程设计与施工,为相关工程隧洞建设提供有利支撑。
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  香炉山隧洞龙蟠—乔后断裂带西支蠕滑特性与位错模式

  周辉, 赵海涛, 李坚, 赵成伟, 刘文博, 张传庆, 王艳张

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 97-104. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221014

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  为了全面认识活动断裂蠕滑运动的位错规律,以滇中引水工程香炉山隧洞的龙蟠-乔后西支断裂带(F10-1)为工程依托。综合地质条件、岩性参数和力学特征,建立F10-1的地质概化模型。研究整个服务周期内,断裂带的错动变形规律。考虑不同破碎带宽度和不同断层倾角的影响因素,分析其位错变形特征和位移梯度,并讨论隧洞的稳定性。结果表明:断裂带的位错模式较为相似,呈现“坡面”型。强度较大的错动盘呈现平动的位移模式,位移主要发生在软弱岩层的破碎区。随着服务年限增加、破碎带宽度增大和断层倾角减小,破碎带位移随之增加。由上影响带与破碎带交界面位移可知,隧洞的左肩窝位置存在较大变形(除30°和50°,其最大变形位于隧洞左侧);由位移梯度分布规律可知,位移梯度呈现先增加后减小的“单峰”分布特征,且峰值位于破碎区。峰值大小随着服务年限和断层倾角的增大而增大,随着破碎带宽度的增大而减小。研究成果可以为滇中引水工程隧洞的安全建设提供有力的支撑。
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  滇中引水工程凤凰山隧洞过活动断裂带结构适应性研究

  司建强, 王涛, 向天兵, 蒋敏

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 105-110. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221049

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  滇中引水工程输水建筑物多采用隧洞,占比高达92%,线路多次穿越区域性活动断裂带等地质条件复杂的地层,工程建设及安全运行均受到严重威胁。结合滇中引水工程隧洞穿越活动断裂带的工程设计案例,从建筑物结构型式选择以及结构对断裂带蠕滑变形及黏滑变形的适应性进行了三维仿真分析,并提出了工程运行期合理的检修年限。研究结果表明:采用短衬砌和宽变形缝结构形式可有效减小区域性活动断裂带位移产生的结构应力,大大延长了衬砌结构的使用寿命。研究结论为穿越活断裂隧洞的抗错断设计提供参考。
水工试验与结构分析
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  大跨度倒虹吸管桥结构抗震性能

  石长征, 程超, 王志明, 伍鹤皋, 胡悦

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 111-116. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221066

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  建立了考虑支座、伸缩节等细部构件的大跨度倒虹吸管桥有限元模型,采用有限单元法对管桥结构的抗震性能进行了研究,分析了支座、伸缩节、管内水体质量对结构动力响应的影响。计算结果表明:大跨度拱桥结构对地震波有明显放大作用,放大系数约为2～5;钢管采用单向滑动支座,约束了钢管横向位移,伸缩节变形和支座滑移量均在10 mm以内,对结构抗震有利,但支座在横向将承受较大的反力,给支座设计带来困难;由于伸缩节和滑动支座的设置,钢管在地震作用下近似刚体运动,钢管应力增幅较小,但支承环将产生较明显的弯曲应力,是抗震中的一个薄弱环节;大直径输水钢管管内水体质量巨大,会增大结构的动力响应,计算中应予以考虑。
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  河谷差异地震作用下拱式倒虹吸地震响应分析

  蒋乐英, 廖意辉, 王志明, 吴勇信, 李梅

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 117-121. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221035

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  近年来调水工程数量逐渐增加,大跨输水结构抗震性能问题愈发突出。以滇中引水工程中龙川江倒虹吸为研究对象,建立三维有限元模型,将水平偏振横波(SH波)水平入射、斜入射以及垂直入射V形河谷场地计算结果作为地震动输入,分析地形效应引起的差异地震动对该大跨输水倒虹吸地震响应的影响,并与一致激励下结果进行对比。结果表明:考虑地形效应的差异地震动对结构重要构件受力和变形影响显著,结构不同构件表现不同,钢管、墩柱等构件横向受力和变形趋势呈现为:水平入射＞斜入射＞一致激励＞垂直入射,而差异地震动作用引起拱圈横向内力减小;结构刚度变化位置对差异地震动作用更加敏感,大跨度输水倒虹吸结构抗震设计有必要考虑地形效应及地震动入射角度的影响。
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  下庄倒虹吸进出口水力特性水工模型试验研究

  周永林, 杨青远, 程子兵, 黄晓勇

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 122-127. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221060

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  多管倒虹吸为引调水过程中的常用交叉建筑物,为使倒虹吸进口流态平稳,分水口通常不设置在倒虹吸进口附近。而下庄分水口由于征地和施工等原因,分水口与倒虹吸进口采取了合一布置,这对进口流态产生较大不利影响。基于水工模型试验,本研究提出的改无压明渠分水为有压短管分水口的方法极大改善了倒虹吸进口流态。而试验中发现下庄倒虹吸出口三个闸室在常遇工况下存在水面交替振荡现象,最大波幅达1.4 m,经过研究分析发现水流在检修闸门井和工作闸门井间的竖向扩散是造成振荡的原因,在检修门井和工作门井间设置隔梁或隔板可以抑制水流竖向扩散,从而减小了水面振荡,波幅减小至0.1 m,并且设置隔梁方案工程量相对较小,比较经济,故后续优化方案布置中采用该方案。研究成果可为类似工程的设计、研究和运行管理提供参考和借鉴。
施工技术及管理
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  松动爆破在陡边坡厚层堆积体开挖中的应用

  杨红霞, 廖健都, 曹玉敏

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 128-133. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20220188

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  滇中引水工程蔡家村隧洞出口边坡开挖高度约38 m,开挖坡比为1∶0.3,崩塌堆积体厚度达8 m,开挖支护难度极高。基于山体爆破工程实例,分析了孔内延迟和孔内外联合延迟爆破技术的优缺点,研究了陡边坡、厚层堆积体开挖中低单响、低单耗的微差爆破网路,提出了加长和分段堵塞、修正预裂孔线装药密度、预留岩埂等方法,形成了孔内炸药药量控制、装药结构升级、起爆网路优化、外部防护为一体的陡边坡“内-外”联合延迟松动爆破技术。通过采取一系列的爆破控制措施,滇中引水工程陡边坡厚层堆积体条件的松动爆破效果较好,有效控制了爆破振动、飞石、粉尘等,可为类似工程提供一些参考经验。
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  城区浅埋隧洞近接施工影响控制研究与实践

  向天兵, 杨小龙, 闫尚龙, 司建强

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 134-140. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221037

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  大型引调水工程建设在穿越或临近城区时经常面临浅埋隧洞施工影响控制难题。针对城区浅埋隧洞近接施工,提出一种包括施工条件分析、施工方法比选、设计方案确定、施工过程反馈和动态设计优化等环节的全过程动态闭环反馈控制方法。其中,施工条件分析应统筹考虑工程地质条件和建(构)筑物交叉关系等影响因素,施工方法应通过技术经济综合比较确定,变形预测和变形控制标准是设计方案的重要组成部分,施工过程多源信息反馈和动态设计优化是近接施工影响控制的关键。滇中引水工程输水总干渠过昆明城区浅埋段下穿或邻近侧穿各类敏感建(构)筑物100余座,施工环境极其复杂,采用全过程动态闭环馈控方法,可保证近接施工影响整体受控。
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  隧洞穿越高应力压密散体施工对策及其适应性分析

  郝俊锁, 尹黔, 李勇, 刘俊峰

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 141-146. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221032

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  滇中引水工程狮子山隧洞处于F_Ⅲ-102和F₁₆断裂构造夹持带,地应力高,其D₁^l钙质页岩、炭质页岩呈散体压密结构。地质分析表明,区域地质挤压构造残余高地应力是隧洞大变形的主要动力源,低抗载性劣化破碎结构是隧洞产生失稳变形主要内因。现场揭示隧洞破坏形式主要表现为开挖卸荷失稳坍塌、掌子面挤出、支护严重挤压变形。针对高地应力条件下散体压密结构的围岩特性和典型破坏特征,提出施工应遵循“预支护、快掘进、快支护、快闭合”的原则,并总结了适用于该地质条件的针对性施工对策:选用ST-20管棚钻机进行长15 m的Φ108 mm大管棚超前预支护施作与周边和掌子面围岩注浆加固;采取“及时强支护”并设置让压锚杆和长锁脚锚管抑制变形措施;施工期间加强围岩监控量测和围岩内部变形监测,实施动态控制,信息化施工。实践证明,隧洞穿越高地应力挤压破碎带时,采取对浅部围岩进行加固、主动支护与被动支护相结合的施工措施,能有效抑制围岩松动圈向深部发展与变形,有力保障隧洞安全顺利施工。
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  基于OSU的OTN技术在滇中引水工程中的部署策略

  范璐璐, 张延杰, 王凌航, 王娅萍, 李奕柏, 何苗

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 147-153. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221061

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  通信传输网络作为智慧滇中引水工程各项业务开展的基础网,对于提升工程智慧化运行管理起到基础性支撑作用。针对常见通讯系统配置存在的诸多局限,提出基于光业务单元(OSU)的光传送网络(OTN)技术构建引调水工程的通信传输网络,以智慧滇中引水工程传输网络为研究对象构建了滇中引水通信传输系统。从三网融合、接口类型、站点、组网方式、业务承载、网络保护、对接方案、智慧管理8个方面全面系统地对基于OSU的OTN技术在滇中引水工程进行部署。该网络技术可有效解决采用传统技术的传输网络存在的承载小颗粒业务复杂、业务映射层级过多引发的时延较高等问题,为智慧滇中引水工程构建安全实用、智慧高效的通信传输网络提供了可行策略,也为引调水工程的智慧化传输网络建设提供了新的方法和思路。研究结果对构建高速、灵活、智能、安全、面向未来的智慧滇中引水工程传输网络实践工作具有指导意义,也可供其他引调水工程通信网络建设借鉴。
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  基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

  张泽甫, 成远登, 丁文云, 陈培, 张永明, 念培红, 刘海明

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 154-160. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221018

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  为从细观角度研究劈裂注浆对富含黏土隧洞的加固效果,依托滇中引水工程伍庄村隧洞进口段,采用离散元软件PFC^2D,基于离散元流固耦合理论、平板窄缝流动模型与Fish语言的二次开发,实现了注浆过程中浆液和土体颗粒的相互作用,建立了颗粒流劈裂注浆数值模型。研究了注浆时步、注浆压力、颗粒粒径比及黏结强度对浆液扩散半径及土体孔隙率的影响。结果表明:注浆压力是影响土体加固效果的主控因素,随着注浆压力的增大,浆液扩散半径不断扩大,孔隙率持续增加,与注浆孔距离越远,对孔隙率影响越小,存在最优注浆压力。土体细观参数对注浆后宏观力学特性有较为明显的影响,随颗粒粒径比和黏结强度的增大,浆液扩散半径及孔隙率明显减小。将数值模拟结果与室内模型试验结果对比,发现二者趋势吻合较好,与实际相符,验证了所建立的注浆数值模型的正确性。
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  深埋隧洞岩爆防控技术及典型工程应用现状综述

  欧阳林, 张如九, 刘耀儒, 黄其帅, 李建贺, 庞智勇

  长江科学院院报. 2022, 39(12): 161-170. https://doi.org/10.11988/ckyyb.20221050

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  结合岩爆的分类、机制、评价预警方法及防控原则,对深埋隧洞施工期岩爆主动和被动防控措施进行了梳理,重点分析其作用机理、适用范围与防控效果。对比了钻爆法和全断面隧道掘进机(TBM)法施工下岩爆的不同特征规律及防控重点,调研了典型水工隧洞的岩爆防控技术应用情况,包括锦屏二级水电站引水隧洞、引汉济渭工程秦岭隧洞、N-J水电站引水隧洞和滇中引水工程香炉山隧洞。结果表明:岩爆的主动防控措施包括钻孔应力释放、超前应力解除爆破、先导洞、高压喷水、钻孔注水、超前锚杆和预应力锚杆支护;被动防控措施包括喷锚支护、钢支撑、钢筋网(柔性钢丝网);钻爆法的岩爆防控重点是及时封闭支护,TBM法则需通过主动防控规避强烈-极强岩爆;当前大型水工隧洞的岩爆防治普遍采取主动+被动联合防控,主动措施以超前应力释放为核心,被动措施则采取“喷锚网+钢拱架”共同加固围岩,且注重使用快速柔性支护型式;岩爆的动态防控、量化精准防控以及发展更高效的超前应力释放技术和柔性吸能支护体系是值得进一步研究的方向。