1、河海大学博士学位论文高渗压深埋长隧洞围岩稳定关键问题研究及工程应用姓名：张继勋申请学位级别：博士专业：水工结构工程指导教师：姜弘道;任旭华20071101河鸯大学博士擘位论文 摘要摘要随着国比经济的高速发展，电力供麻需求鼙的不断增加，水电站作为一种清洁环保的能源开发形式在我国得到了充分的重视，特别是在我国水电资源集中的州南岩溶地区，水电开发更是达到了前所朱有的高度，这些I：科的建设需要我们修建人苗的地卜I：样。西南地区属于典型的高山峡谷，寓水山区，根据已建和待建jl：狂的前捌勘探发现，在这些地区修建地下：程将遇到很多的挑战，其中高地应力平fl岩爆问题、高外水压力和人涌水问题是这些寓水区深埋K隧
2、洞建设过程中碰到的普遍问韪。如何有效地解决这些问题将关系到：程建设的成败，从现有的资料米看，有些隧洞的长度人但是埋深小，有些I：群的埋深人但是长度小，特别是在岩溶地区修建这样埋深人、K度人、地F水位高的隧洞I：程目前国内外还没有先例。本文就是结合我国即将修建的锦屏二级水电站引水jI：程对富水区深坶欧隧洞I：程在设计和施工过程中遇到的一些关键技术问题展开了系统的研究。论文主要的研究内容和研究成果如下：(1)通过对已有的地应力同!n分析方法的比较，指山在复杂。l：捌地质条件下采_【II现有回门方法的不足从而提出了一种新的地应力l亓I归分析方法一分区同归，边界插值的超火复杂：l：程区地应力亓1归分析
3、方法。井将该方法在实际：l：程中进行了应_【IJ取得了很好的效果。这种方法可以减小在复杂：T：程区由于地应力实际测点代表性不足而产生的计算误著，使得同归分析得到的初始地应力场和实际工程区的应力场分布更为一致。(2)文章按照“化动水为静水、堵排结合”的治水思路来处理高地。F水位问题，对“化动为静，堵排结合”的思想进行了理论分析，运Hj渗流理论研究了外水压力作_【lj的基本机理，进行了数值分析，给出了隧道开挖过程中涌突水的iIi算方法，建立了一套完整的渗流评价方法和安全评判标准。并在锦屏二级水电站引水隧洞工程中加以运HJ，提出了合理的治水措施和设计方案。为J：程设计和施工提供了理论上的保障。(3)
4、从单裂隙立方定律的基本理论出发，推导衬砌平II同岩脱离形成过水缝隙后外水压力的作圳形式，将外水作川分为平行丁肇面的切向力和币直于壁面的法向力，给山了各个分量力的估算公式。结合算例的计算结果来看考虑沿肇面的切向力作Hj在I：样设计中是可以忽略的。(4)拓展了渗流增量荷载理论，分析了旋I：过程中渗流场分布规律发生改变后对罔岩稳定的影响，编制了二维增鼙渗流荷载理论的计算科序，在实际l：程中进行了虑州，这种渗流力的处理计算方法相比其他的分析方法概念上更明确，计算上更简洁，也符合：I：群的实际河海大学博士学位论文施工过程(5)运用细观损伤力学的基本理论建立了二维围岩分析计算模型利用这种计算模型分析了地下
5、洞室由于开挖卸荷造成围岩破坏的整个过程。引入等效分析模型概念，进行了相应的数值实验，得到了由于开挖卸荷造成破碎区围岩力学性能降低的基本规律(主要力学参数降低在35左右)，建立了围岩细观破坏程度与宏观岩体力学参数之间的关系。(6)系统分析总结了地下洞室的围岩的受力特点和围岩破坏的力学机理，从不同角度深入分析了锚杆加固围岩体的基本作用机理和加固理论。在此基础上改进了FLAC3D中锚杆单元的力学模型，使之更加符合工程实际。在实验资料的基础上建立了全长粘结型锚杆的数学拟合方程，并将其计算结果和实验资料进行了对比，具有很好的一致性。(7)利用本文的研究成果对锦屏二级水电站引水长隧洞的围岩稳定性进行了分析
6、研究，得到了很多对工程实际建设有指导意义的结论。关键词：深埋长隧洞高地应力高外水压力涌水分区回归分析细观损伤等效模型增量渗流荷载III河海大学博士学位论文AbstractWith the rapid economic growth and associated increasing electrical energy consumption,great attention in China had been pajd to hydroelectric station,a elan and environmentalfriendlyenergy exploitation formParticul
7、arly,since hydroelectric resoulm in oui-country aconcentrated iIl southwest karst topography area,hydroelectric development reached a ncw highthere,which means large quantity of underground constructionsThe landscape ofsouthwest a啪is typical mountain-valley and walery mountainousBased on the pra-exp
8、lorafion results for thoseconslruetions，completed of删l-s协嗽there are plenty ofchallanges on underground constructingAmong those challenges,the hi曲geo-stress,high extefllal water pressure，and water inflow amuniversal problems that are co-on to the watcry sectilong deep tunnel con鲥n删咄uponwhich SllgCess
9、 or failure ofthose engineering projectsFrom the existing recordsthere an shallowlung tmmels and deep short runIsBut construction ofdoep long tunnels in karst regions withhigh ground wa船tables has not been reported yet at home and abroad nowCombined with thepending Jinping secondary hydroelectric po
10、wer statinn diversion projectseveral key problems oftechnology in watery sec廿On long deep tunnel d鹤i印and construction a托systematic studied inthis pap瓯The main contents and major achievements are笛follows：(1)Thron曲吐峙analysis and compaasof existing regression analysis methods Oilgeo-stress,their defici
11、ency under complicated enoneenng conditions is pointed out,then a nw掣：o吲瑙s regression analysis medledgeo-slress regression analysis method under divisionregression analysis and boundary interpolation in complex repot,is proposed in this paperThismethod is supported bY the decent result from a geo-翻a
12、ess regre鹞ion analysis c蛳given in thep币Sizable calculation ecaused by删tation laek of real geo-stress measuring pointsm 1vide撇could be avoid in lhis methodAlsothe pre,minary铲o-蛐嬲field obtained byregression enalysis has a better match with the field distribution(2)The吐Ieme of preventing the subsurface
13、 w栅with出ailIiI唱is adop伦d in this paper todeal with the high ground water tables issueBased on in-depth analysis ofthis thCle,infiltrationflow meofy is applied to study the active mechanism of external watcl“pressure，and thecalculation method for possible water inflow during the tunnel excavatiun is
14、unalyzodThe aboveconcept of water control has been adopted in J缸ping secondary hydroelectric power删ondiversion tmmel project The proper watH-contml measurement and scheme presented in thispaper provided theoretical guarantee for project designing and executing(3)Proceodmg from the basic theory of si
15、ngle fracture cubic law,the e伍ectmg form ofexternal water pressure after formation of gap h帆咖liner and adjacent rocks is analyzed iIltheoryand the estimating formula is givenThe result ofgivan sample suggests that it is necessaryin design phase to take the surface-wise tangential force into consider
16、ation(4)A 2-D surrounding rock analysis and calculation model has been established using thebasic theory of meso-Onmage mechanicsThis model is adopted to analyze the entire period ofsurrounding rock desltucfion,which caused by excavative unloading函underground tunnelsIntroducing the idea of equivalen
17、t analysis model，the conclusion is reached that because of theexcavative unloading caused mechanical property falling down(major pmameteB dropped about35)the relationship benv啪degree of meso-damage and mechanins parameters ofsurrounding(5)From the disturbance ofexcavation on辩ep日薛field,a 3-D theory o
18、fincremental seepage河海大学博士学位论文load,calculation program has been developedFirst ofall，the swin舀ng mles ofseepage field afterthe excavation launched,and especially the changes of its terminal conditions,are analyzedThenthe influence of changed seepage field on adjacent mck stability in different const
19、ructingpfocA慨hasbeen studied based oo load-incremental theoryComparing with other seepageanalysis methods,this maPner has better coordination with the construoting reality(6)The Sll-ess features of adjacent rock in underground tunnels and its mechanical principlesof damage are analyzed and generaliz
20、ed systematicallyThe strengthening mechanics of bolt toadjacent rocks and the reinforcement theory have been deeply analyzed from multi-view,whichbIIlit the fundamentals for furthcr researchThe mechanics modeI of bolt element in FLAC3D hasbeen modified to conform to engineering realityThe verify sam
21、ple shows the great performanceOn the basis of existed data from other researchers，this paper established a fit equation offull-enlumn rock bo(wholly grouted anchor bar)and the comparison bclwn the computation叫tcomes and the experimental data shows good consistency(7)The research findings of this pa
22、per have been used to analyze the adjacent rock stabilityofJinpiag secondary hydroeleoric power station diversion long tunnel，several conclusions full ofdirecting sense for engineering practices have been reached1(ey words：long deep tanmel，Iligll geo-stresshigh external water pressure，water inflow,d
23、ivisionregression analysis，meso-damage，equivalent model，incremental seepage loadV河海大学博士学位论文日 看随着经济持续增长，城市化水平的提高。使得目前水资源紧张、能源短缺、生态环境变得脆弱为适应和改善目前这些棘手的问题在城市越来越多的城市交通、公共设施、人居空间和资源存储转入地下，越来越多的过江隧道、海底隧道已经或者正在建设。为解决我国水资源分布不合理，大规模水电开发、西电东迭工程全面启动，水资源跨流域，跨地区调配工程正在实施。核电事业的进一步发展，使核废料深部处置问题变得更为紧迫，国家安全也需要修建大量的深部地
24、下防护工程。这些工程的修建由于特定的水文地质条件和应用上的要求，会遇到很多问题，譬如：高地应力、高外水压力、高地温等，如何有效地解决这些问题也就成了工程建设能否顺利进行的关键，文章重点从解决在富水高山峡谷区修建地下隧道工程将遇到的高地应力和高外水压力条件下围岩稳定问题出发，运用流体力学的基本原理和地下水渗流理论解决高地下水位带来的问题，通过建立细观损伤数值模型和等效数值实验分析高地应力条件下围岩稳定问题在文章中提出了处理措施并在实际工程中进行了应用。总体来说文章的主要创新点在以下几个方面：(1)对“化动为静，堵捧结合”的工程治水措施，进行了理论上的分析论证和数值分析，提出了相应的渗流评价方法和
25、安全评判标准运用流体力学的基本理论提出了当衬砌和围岩之间由于施工质量控制、长期萄载的反复作用等因素影响下出现开裂时外水压力应按照动水压力计算的思想，并推导了相应的计算公式拓展了增量荷载理论，编制了三维数值计算程序，真实模拟了工程分析中由于不同臆工阶段渗流场的变化对围岩稳定的影响。(2)基于细观损伤力学的理论，建立了基于材料参数随机分布的围岩破损区域的数值分析过程。运用实际模型和等效数值实验模型的转换，建立了围岩细观破坏程度与宏观岩体力学参数之间的关系(3)按照“分区拟合”的基本思想提出了“分区回归、边界插值”方法反演分析复杂工程区的地应力场的分布状况，将实测点数据与对不同构造对工程区的影响结合
26、了起来，使回归结果更加符合实际(4)提出了一种改进的FLAC3D锚杆单元使数值分析中的锚秆模型的受力特性更符合工程实际在前人实验的基础上建立了全长粘结锚杆的受力分布的数学拟合方程，可以用该公式简单估算锚栅的受力情况学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实，本人负全部责任。论文作者(签名)： 2007年11月09日学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国
27、家图书馆，中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布(包括刊登)授权河海大学研究生院办理。论文作者(签名)： 2007年11月09日河海大学博士学位论文 第一章绪论第一章绪论11引言随着我国改革开放、国民经济的高速发展，面对电力供应需求量的不断增加，水资源开发利用工程不断向纵深发展，需要开挖大量的地下工程。据统计，我国已经建成5km以上的引水发电隧洞有20多座，还有不少长度人于20km的引水隧洞待修建。为
28、了解决城镇工业与生活用水等，兴建了许多本流域及跨流域主要依靠水工隧洞引水的调水工程。例如，已建成的由青海大通河引水至甘肃秦王川的调水工程，总干线全长869km，其中隧洞33座总长751lkm；由万家寨水利枢纽引黄河水至太原的引水工程，隧洞总长超过200kin，最长的南干线7号隧洞长达429km。己建成的小浪底水利枢纽工程，有6条引水隧洞，6条尾水隧洞，3条泄洪洞，3条捧沙洞，3条明流洞，以及许多交通洞，施工支洞等，构成了一个庞大复杂的洞室群。规划中的从长江上游引水至黄河上游的南水北调西线工程，工程规模与施工难度更大，将是2l世纪的宏伟工程【“在不同的复杂地质情况下修建地下工程稳定都是决定性因素
29、，可以说随着大规模工程的建设，地下工程的稳定性等岩石力学问题将会越来越突出。特别是在西南地区修建地下工程更是面临着高地应力和高外水压力这样的突出问题，已经开工建设的锦屏一、二级水电站根据现场实测资料，工程区的地应力目前测得的最高达42I IMPa，属于超高地应力区，作用在洞线位置上的地下水可以达到1000米水头，这样估算在实施衬砌后，作用在衬砌上的最大外水压力可达IOMPa以上，也属于高外水压力。隧洞岩爆和涌水问题突出，数值计算预测隧洞的稳定涌水量在5-6m3s。从国外已有的工程来看，还没有如此复杂的工程M从地质类比的角度来看，今后我们在西南地区进行水电资源的开发利用，在高地应力和高外水压力作
30、用下围岩的稳定问题将是我们必须重视和研究的问题地下工程的围岩是经过漫长的地质演化过程而形成的复杂结构体。在其形成和存在的整个地质历史过程中，经受了各种复杂的地质作用，一方面，作为构成岩体一部分的岩石，其内部存在大量的各种缺陷，包括微裂隙、微孔洞以及节理裂隙等非连续面。另一方面，岩体在各种复杂的地质作用下，产生永久的变形和构造破坏形迹(软弱结构面等)。所有这些，不仅削弱了岩体和岩石的力学强度，而且形成了很好的地F水存储和运移的场所，严格来说水在岩体裂隙中的渗流还不能完全等同土体中的渗流概念旧，水在岩体中的渗流更多是在裂隙和岩溶通道中的流动。地下水的渗流对岩体的变形、破坏机制产生着很明显的影响，反
31、过来由于应力场的变化又对渗流场的分布产生影响。河海大学博士学位论文 第一章绪论孙钧院士曾指出：“岩石力学的研究方向及其发展前景如何?怎样才能使岩石力学学科更好地为工程建设服务，将岩石力学与工程密切结合，使理论成果能够在工程实践中起到应有的导向作用，这确实是当前需要为之努力的关键问题【“I。我们在研究岩体的力学特征及其对工程的影响时，必须坚持以解决工程实际问题为宗旨的思想，将理论与二f：程实际相结合。众所周知，岩体工程的稳定性受很多方面控制，为了保证l：程稳定和生产安全，必须采取一定的方法和手段控制这些影响因素。岩石力学是理论计算、实验测试和工程实践三个方面的相统一的整体191，能否科学地建立隧
32、址区岩体的概念模型和数学模型，分析和计算围岩在深埋(对于深埋隧道而言)、富水和开挖条件下水动力场和压力场的分布，分析隧道围岩在地下水作用下结构及物理力学特性的演化，进而提出科学合理的围岩计算模型和衬砌外水压力计算方法及防水措旖，成为深埋富水区深埋隧道能否成功修建和安全运营的关键。在世界各地已建的很多工程也给我们留下了一些宝贵的经验和教训，Malpasset坝的失事虽然至今还不能取得一个一致的认识，但是很多专家【l“121都认为坝基内过大的空隙水压力是造成失事的主要原因1985年，美国Bath County抽水蓄能电站的高压钢管由于外水压力过大出现了屈曲破坏【”J。地下工程都是埋藏有一定的深度，
33、常常在地下水位以下，施工和运行都要受到地下水的影响，一般而言，随着埋深的加大地下水对地下工程的影响也就越大。因此岩石力学必须为工程服务，否则就失去它的生命力。岩石力学来源于实践，研究成果必须回到实践中。用理论来指导解决工程实际问题，通过研究工程实例，提高解决工程实际问愿的能力和理论水平，这是一种科学的研究方法，也是验证和提高岩石力学理论的唯一途径。本文就是结合我国西南地区修建地下工程的特点(深埋、富水等)、遇到的一系列问题(岩爆、涌水等)，从工程实际出发对地下工程受到的外水压力作用、岩体开挖后的特性变异数值模拟等方面展开深入的研究，取得了一些理论上的创新，并能在工程实际应用中发挥很大的作用。1
34、2深埋长隧洞主要工程地质问题l-21高地应力高地应力问题及岩爆问题是深埋隧洞的主要工程地质问题之一。隧洞工程埋深增大，地应力必定增高。按Hock等人”J的统计，垂直应力(q)随深度的增加基本上呈线性增长(见图11)，增加梯度约为0027MPam，与地壳岩体的平均容重接近；水平构造应力随着深度增加呈双曲线形式变化，在一定深度后稳定。在近地表3000m的范围内，水平应力大于垂直应力。对于实际的深埋隧洞工程来说，洞室开挖前的原始应力状态对隧洞开挖后的二次应2河海大学博士学位论文 第一章绪论力状态影响很大与一般近地表工程不同的是，除较高的水平构造应力外，大埋深引起的高垂直应力同样可以引起围岩应力的高度
35、集中，而且除了在洞侧壁引起高压应力外，在洞顶部位还可导致高拉应力的出现，对洞室国岩的稳定性造成隐患。而水平应力的变化规律比较复图l-I地壳垂直应力随深度变化曲线(据Hock,1978)F嘻i-I cmofVettieai悯alongwith dcI蚰(fromHokc)杂，根据世界范围内i16个现场资料的统计，埋深在1000m范围内时，水平应力为垂直应力的(1550)倍，埋深超过1000m时，水平应力为垂直应力的(o52o)倍(图12)。我国地应力测量也具有类似的结果。近年有的研究者还注意到了水平主应力在不同方向上的差异，Stacey和We&scloo总结了南非由地表到3000m之间的地应力测
36、量结果发现最大、最小水平地应力之比高达4倍。图I2地壳平均水平应力与垂直应力比值随深度变化曲线(据Hock1978)FigI2 Curve ofratio ofaverage horizontal stress and Va_tic山stress along with depth change curve隧洞埋深增大，使隧洞上方的岩彳i形成了巨大的压力，垂直压力与地壳中的水平压力共河海大学博士学位论文 第一章绪论同作用，会引起大块岩石从洞顶和洞壁崩落形成岩爆目前在锦屏二级水电站的长探洞的开挖过程中，根据现场的监测，长探洞中第一次发生岩爆之处在埋深400m左右的PDIk0-1-52355245m
37、上游拱肩，岩爆时伴有“噼叭”的岩石爆裂声，随之在PDI洞54255460m段上游拱肩处开始第二二次岩爆。随平洞不断掘进，埋深不断增加，岩爆现象也愈演愈烈，强度及范围都有所增大。在勘探平洞中，岩爆较剧烈、范围较大且延续时间较长的连续型岩爆，PDI洞有7处，PD2洞有10处。根据现场调研，结合开挖时岩爆实录资料，对勘探平洞现场典型岩爆在不同地层中舶累计长度进行统计分析具体结果参见表l一1岩爆发生时，普遍有沉闷的放炮声，似冰层开裂声和啪啪声，除个别有弹射现象外，均是先有响声后剥落。这是地应力释放时的动力反映。破坏方式主要以片，层状剥落、弯曲鼓折破裂、穹状，楔状爆裂等为主，破裂面有平整破裂面、阶梯状破
38、裂面、贝壳状破裂面、穹状破裂面、弧形破裂面等破坏以张性、张剪性破坏为主，少量剪切破坏。表I-I长探嗣岩爆景计长度统计表TabIl RockbutBttotallengthofstatistical valuemlongumnd地层现象 吖 T矿 b 合计(m) 百分比(，)项且零星 0 797 275 1072 154PDl 成片 0 1643 6l 2253 323连续 O 365，6 0 3656 524合计 (m) 0 6096 885 6孵1百分比 () O 873 127零星 3 934 472 1436PDz 成片 0 475 0 475连续 0 634，6 30 6646合计 (
39、m) 3 7755 772 8557百分比 () 04 906 90注：零星分布，长度10m统计利深：PDl 03884m：PD2 02395m及28844168m通过对辅助洞岩爆现场调研，辅助洞岩爆发育特征与长探洞岩爆特征一致东端岩爆强度较西端强度大，声响特征明显。据现场调研和东端施工人员介绍，岩爆时一般先有轻微响声(如，噼啪声)，然后发生剥落：发生强烈岩爆时声响如放炮声，部分发生弹射。所以由此可以预计深埋长隧洞的开挖过程中岩爆问题将十分突出。在塑性围岩中，高地应力的存在将导致围岩产生塑性挤出而产生径缩现象，这是深埋洞室由于高地应力的存在造成的义一工程问题之一1161，隧洞径缩是指隧洞洞壁在
40、上覆岩层非4河海大学博士学位论文 第一章绪论常大的压力下向洞内变形的现象。南昆铁路家竹箫隧道(全长499km，通过煤系地层)施工中出现了这种现象M；隧洞一夜之间变dT。从正涡距掌子面30m起，有40m长的洞身变形，初期支护严重破坏；经量测，拱项分别有10-20cm的下沉，拱脚、边堵被挤压移位，喷混凝土开裂这种变形显然是地应力释放引起的。连接法国和意火利的Frejustlq公路隧洞氏12565m，最火覆盖层厚1200m，意大利一侧的碳酸盐页岩中尽管采j了岩石锚杆直径还是平均收缩了10cm，最大处达20cm，其原因在于虽然距洞口5172m处在顶拱每米长隧洞使用了30根锚杆，但在开挖面没有使用锚杆，
41、90天内围岩共收敛了60cm。在没有支撑的开挖面周围，岩土发生了弹塑性破坏，破坏范围扩散到山体中相当深的地方。由于径缩现象的存在，围岩收敛可能使掘进机卡在隧洞中，要避免这种情况出现，如果采用掘进机开挖，可以将隧洞开挖得比掘进机机身大些，这样围岩收敛就不会挤压机身，并使锚杆和衬砌在掘进机通过后施工，以支护围岩。但是，如果掘进机机械故障或其他原因停工几天，就可能会被收敛的围岩卡住。在这种极端困难的情况下要使掘进机重新工作，必须人工在掘进机周围开洞，清理掉阻碍掘进机工作的岩士因此，在评估使用掘进机的可能性时，隧洞径缩的危险性一定要认真考虑122高外水压力和大涌水隧洞涌水是深埋长隧洞施工时，水以渗水和
42、涌水方式进入隧洞，一般来说涌水总量主要和掘进距离有关，工作面距离越远，聚集在洞中的渗水越多，如每公里200Us的渗流量在5km长的洞子中渗水总量就是lm3s，这对于顺坡施工的隧洞来讲的确是一个问题，因此必须采取措施予以解决。在工程实践中，有些情况下涌水和隧洞的长度没有直接关系，例如突然沿岩溶管道的大量涌水，这样的涌水有时候是灾难性的I”20l，将对工作面构成严重的威胁。压力涌水是深埋长隧洞旆工中的一个重要问题，处理不当将会造成设备损失，甚至危及工作人员的生命安全。所以。大量压力水的存在，可能是深埋长隧洞开挖中遇到的最滩解决的问题之一在我国西南地区，长而深的隧道一般都处于地下水位以下，形成较高的
43、水头，如果无限制地排放地下水，势必造成隧道周围一定范围内地下水水位。F降、生态环境被破坏、生产及居民生活受到严重影响，因此作为重点：l：程在结构防水形式方面通常采Ij以“以堵为主，排堵结合”的原则，这样以来隧道衬砌将受到较高的水压力。例如锦屏电站引水隧洞最火水压力预测将在10OMPa左右。已经修建的圆梁山铁路隧道最大水压为49MPa211。这样高的外水压力如果直接作用到衬砌结构上后果将不堪设想，囡此研究如何解决类似工程中的高外水河海大学博士学位论文 第一章绪论压力就显得非常必要即将修建的锦屏二级水电站引水工程，根据前期的现场观测，长探洞B在2845m及3948m两个堵头的水压力观测情况：A洞出
44、水前的两个堵头的压力表读数分别为74MPa，77MPa；A洞出水后，2845m堵头压力表读数下降了约30MPa，2845m堵头的水压力观测表明，辅助洞内目前的大涌水与深层涌水带水力联系差，其原因主要是由于两个涌水带之间存在400m左右厚的、较弱富水的T2y6泥质灰岩，起到了相对隔水的作用。根据探洞的观测，地质勘察人员估计引水洞处的水压力将超过lIMPa。探洞东端，B洞BKl4+S98掌子面超前钻孔至孔深32m发生高压涌水，呈雾状喷射，初始涌水量200Us，喷距50m，A洞出现涌水后该点流量为1 20UsA洞掌子面左下脚发生大涌水后，涌水时初估约5ms，最终流量渐趋稳定至2m3s左右。探洞西端，
45、涌水的规律和东端一致，表(I-2)所示是辅助洞东西端在开挖掘进过程中单点涌水量大于100Us的一览表，从表中可以看出辅助洞西端的涌水点初期渗水量虽然较大，但由于都没有恒定和充足的补给源，因此涌水量均衰减较快、最终水量均较小表I2 辅助嗣内涌水量大于100Us的水点一览表Tab1-2Wmerpointsofinflowgreaterthan 100Lsinauxiliarytmmd位置 测点编号 涌水量(Lsl 出水构造产状 地层AKl+115 初300，现50 N40600W NE么55-70e k辅助 AKl+2451+318 初200，现lO N40-60。W NEZ5“5。 k洞西端 B
46、KI+lls138 初5000，现5 N5150E上 kBK2懈3 初73，现50 N65渤oW SWZ658P k辅助 AK 14+756 初5000，现2000 N7酽E NW么绍 o洞东端 BKl4+888 初200，现已封堵 推测产状为N85哩sE么65。 T2ys综合勘探成果可以看出，现A、B两个辅助洞掌子面所发生大涌水的部位均处于第水文地质单元第三出水带中的集中涌水带，所在地层为T2y5灰灰白色中粗晶大理岩，具有强富水，岩溶发育微弱，但涌水具有大流量、高水压，突发生的特点。涌水初期动态变化较大，存在较明显的初始压力衰减阶段。涌水类型属初期涌水一衰减涌水稳定涌水类型。根据已基本查明的
47、工程区岩溶水文地质条件，预测拟建引水隧洞的涌水特征与探洞的涌水情况相似，即涌水具有高水头、人流量的特点。123高地温通常隧道工程的一般埋深不大地温值相对较低，所以，地温问题一直未引起人们足够的重视。评价隧道工程的地温常采用以下公式来描述：6河海大学博士学位论文 第一章绪论T=瓦+hgradT (I-I)式中：T为隧道埋深为h处的地温值；To为地表地温值；gradT为地温梯度。这一简单公式对于隧道埋深不大、地形地质条件较简单的情形是适用的。随着隧道工程向深埋、长程方向发展，人们发现Hj上式不能完全真实地评估隧道中的地温值。锦屏二级电站丁：程区位于河湾内的“河问地块”，横向沟谷深切，高山积雪融化入
48、渗的地下，水温很低对地温起到冷却作用。氏探洞的开挖己表明，锦屏工程区的地温场有别于一般地区，在探洞开挖过程中最高地温为1768“C(洞深639m处)，最低地温108012(洞深29495m)，一般在Il12间，见图1-3。嚣：g 12耋1：27河海大学博士学位论文 第一章绪论中及地面地质测绘中得到证实通过长探洞、辅助洞的旎工经验表明，在今后引水隧洞的旌工过程中，加强通风工作，特别是独头掘进时的通风措施，是解决有害气体和粉尘等超标现象的主要手段，也是确保现场作业人员身体健康的保障12S掘进距离长隧洞的掘进距离较远，施丁_：期相对较长，一条25 km长的隧洞如果没有中间工作面，在没有特殊地质问题的
49、情况下需要开挖lO年，再用2年时间完成衬砌、设备安装等工作，总工期可达12年日本Seikan隧洞长53850m，其中23000 m在海底，海底覆盖层厚度100-240m旎工过程中曾经发生过4次大规模涌水事故，工程总工期达21年。因此，为缩短工期，开辟中间工作面以缩短开挖时间是必要的。126深层地质勘探在石油工业深层地质勘探中，采用钻孔和取岩芯等方法已经有很长的历史了所以从理论上讲，如果不考虑费用问题，隧洞工程所涉及的任何深度的地层都能勘探。勘探洞的造价比钻探和物探要贵得多，因此只有在其他勘探方法不足以提供满意结果时才考虑采用勘探洞。因为在勘探洞中可以进行围岩力学特性和地应力测量，利用测量结果可以对岩石计算参数进行现场评价，所以勘探洞对于深埋长隧洞的设计与施工是至关重要的勘探洞经过改造，还可在主体洞室施工和运行期间作为围岩处理、后勤服务、
