利民堡深埋红粘土隧洞的新奥法施工.pdfVIP

2000 年 第 19 卷 第 4 期 ·DWRHE 　水利水电工程设计 ·23 · 利民堡深埋红粘土隧洞的新奥法施工 郭　跃　华 摘 　要 　粘土地层特别是在地下水位以下进行隧洞开挖时 , 随着洞周应力的释放将产生较大的收敛变形 , 极易导致 围岩失稳并造成塌方 , 对于在埋深较大的塑性粘土地层中开挖隧洞 , 其施工难度就更大。作为一个典型工程实例 , 引黄南干5 # 洞利民堡洞段粘土覆盖层厚度深达 180 m , 围岩应力高达36 MPa , 但由于合理运用了新奥法施工 , 包 括采用分步开挖断面、适当预留收敛变形量、缩短开挖循环进尺、加密格栅拱架和及时喷混凝土支护等综合措施 , 因而顺利贯通。 关键词 　深埋红粘土隧洞 　新奥法施工 　引黄工程 中图分类号 　TV554 + 3 　　文献标识码 　B 　　文章编号 (2000) 　　利民堡粘土洞段位于万家寨引黄工程南干线 5 # 洞中间 模量变化试验曲线 , 计算方法采用线性有限元结构计算程 桩号从 31 + 609～32 + 174 , 长 565 m 。隧洞围岩为岩土交互 序 , 计算网络为 8 结点平面单元。计算边界条件 , 左右以洞 分布 , 其中 Ⅳ类岩石 67 m ; V 类岩石 202 m ; N2 红粘土 296 中心向两侧各取 80 m , 深度向上、下各取 100 m 。 m 。N2 红粘土洞段埋深 170～175 m , 净直径 4 3 m , 纵坡 马蹄形开挖断面洞周土体主应力计算结果见图 1 等值 1/ 1 250 , 为无压输水 , 正常水深 31 m , 考虑下游堵塞 , 最 线。根据图 1 中数值利用摩尔圆理论可以计算出围岩介质域 大内水压力 0 15 MPa 。隧洞施工采用常规人工方法 , 开挖 断面为马蹄形 , 一次支护采用锚喷加格栅拱架结构 , 二次支 护采用 22 cm 厚的预制混凝土管片衬砌。 利民堡洞段位据偏关 —神池中低群山山间断陷盆地 , 最 大沉积层厚度 273 m , 洞身穿越土层均为 N2 红粘土 , N2 土 层是一种超固结的弱膨胀性粘土 , 不同深度的物理指标有一 定差异。洞周土层为灰黄色 , 天然含水量 20 %左右 , 与塑 限含水量接近 , 由于隧洞埋深大可能产生较大的塑性变形, 因此属于稳定性极差的围岩种类。在开挖过程中 , 应注意施 工安全 , 严禁长期暴露失水。 1 　应力 ———变形计算 11 　围岩应力计算 利民堡常规洞段开挖断面拟采用马蹄形 。围岩应力计算 模型采用摩尔库伦(MohrCoulomb) 方程 : τ σ 　　 ≤C + n + tan τ 式中 : ———任意一点的任意作用面上的剪应力 , MPa ; σ———任意一点的任意作用面上的正应力 , MPa ; n C ———材料凝聚力 , 根据土工试验取 C = 0 245 MPa ; ———材料内摩棱角 , 取 = 27 5°。 其他材料指标 :容重 20 kN/ m3 ,孔隙比 0 6 ,塑限 18 % , 压缩模量 122 MPa ,泊桑比 0 45 ,弹性模量 20 MPa 。 λ 计算假定埋深为 180 m , 原始地应力场侧压力系数 = 0 3 。以开挖断面中心为原点 , x 方向由左至右为正 , y 方 图1 　马蹄形开挖断面洞周土体主应力等值线图 向由下至上为正。计算按平面应变问题处理。由于缺少弹性 单位 : MPa (拉为正 , 压为负) © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserve