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地下洞室群施工方案優(yōu)化及圍巖穩(wěn)定性分析DOC（9頁）.doc

資源ID：696309 資源大?。?span id="9pdwf6s" class="font-tahoma">233KB 全文頁數(shù)：9頁
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地下洞室群施工方案優(yōu)化及圍巖穩(wěn)定性分析DOC（9頁）.doc

1、地下洞室群施工方案優(yōu)化及圍巖穩(wěn)定性分析吳杉（中國水利水電第七工程局有限公司四川省成都市 610000)【摘要】：本文首先介紹了動(dòng)態(tài)施工力學(xué)的基本概念和原理，在此基礎(chǔ)上簡單介紹了運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃優(yōu)化地下洞室群施工方案,隨后運(yùn)用具體實(shí)例分析，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化施工順序能夠有效提高圍巖穩(wěn)定效果，這對地下洞室群施工具有重要的參考價(jià)值。【關(guān)鍵詞】:地下洞室群；圍巖穩(wěn)定性；施工方案0。引言:影響地下洞室群穩(wěn)定性的因素有很多，其中也存在很多的不確定因素,通過有限元分析法能夠有效反映工程開挖過程中的圍巖位移、破壞區(qū)分布和應(yīng)力隨開挖的變化規(guī)律,從而確定最合適的施工方案.1。巖體非靜態(tài)建設(shè)施工力學(xué)原理針對地下洞室施工所涉及

2、到的力學(xué)的特點(diǎn)來看，整個(gè)施工程序能夠被想象為一種非可逆、沒有規(guī)律可循的演變程序，對于其最后的評價(jià)也是眾說紛紜，會受到多種因素的制約,與應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史相關(guān)。對于小洞室群施工來說，也很少會有全斷面一次成洞，大多情況下都要根據(jù)施工工期、巖體特性和碴運(yùn)輸洞布置情況等條件，合理選擇分期開挖方案，換句話說，地下洞室群施工必然存在一個(gè)施工方案的優(yōu)化問題，其目標(biāo)函數(shù)應(yīng)當(dāng)是在保證工程安全性的前提下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化.現(xiàn)階段，巖體力學(xué)已逐漸向更有前景的發(fā)展方向延伸,就是廣為人知的巖體動(dòng)態(tài)建設(shè)力學(xué),其施工的要點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：項(xiàng)目的穩(wěn)定性不但受到外界環(huán)境的影響，而且也和項(xiàng)目自身的施工特點(diǎn)緊密相連；對比較冗雜的

3、石塊進(jìn)行施工時(shí)，對周圍巖石的穩(wěn)定性進(jìn)行討論的過程本質(zhì)是非線性的力學(xué)，應(yīng)力路徑和應(yīng)力歷史對圍巖穩(wěn)定性有著直接的影響；地下洞室群施工需要根據(jù)工程特點(diǎn)和巖體特性，采取有針對性的開挖和支護(hù)手段，保證施工全過程都做好圍巖體的穩(wěn)定性控制；對于復(fù)雜的地下洞室群施工,在施工開始前，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工力學(xué)的優(yōu)化分析，盡可能的尋找優(yōu)良的施工方案，為施工決策提供可靠依據(jù)；為了保證施工方案的合理性，在施工前期，需要做好圍巖動(dòng)態(tài)響應(yīng)的觀察和監(jiān)測工作，并且根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適當(dāng)?shù)膶κ┕し桨高M(jìn)行調(diào)整和改進(jìn);施工方案的選擇和優(yōu)化必須保證地質(zhì)監(jiān)測、施工計(jì)劃、建設(shè)監(jiān)管以及研究項(xiàng)目四道工序聯(lián)系密切與協(xié)調(diào)發(fā)展，確保全部的施工工序擁有足夠的靈

4、活性。2。使用非靜態(tài)規(guī)劃優(yōu)化地下洞室群施工對于地下洞室群這種巖石工程，有很多種分階段開挖的施工方案，因此，需要采取動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法科學(xué)地選擇施工方案，避免出現(xiàn)毫無關(guān)聯(lián)的工作內(nèi)容，這樣就能夠在最短的時(shí)間內(nèi)快速地找到最佳的施工工序。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種能夠快速且有效解決毛病的方法，在很多工程中都有著廣泛的運(yùn)用，動(dòng)態(tài)規(guī)劃的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是其可以將一個(gè)多維的最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成多個(gè)一維的最佳化問題.動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法有著其獨(dú)有的特點(diǎn)，其能夠確定出一個(gè)全局（絕對）極小值或極大值,在實(shí)際工程施工中，應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理通常都是以級、決策、變換、狀態(tài)和收益等幾個(gè)關(guān)鍵的元素進(jìn)行分析和表達(dá)的.運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法雖然在一定程度上減少了施工方

5、案優(yōu)化的工作量，并且也提高了施工方案優(yōu)化決策的科學(xué)性，但是具體實(shí)施過程中,在某些情況下仍舊出現(xiàn)工作量十分瑣碎的現(xiàn)象。一方面是由于沒有挑選合適的施工順序，另一方面必須按照預(yù)先設(shè)計(jì)的施工工序進(jìn)行施工,怎樣出現(xiàn)有限元程序所不可或缺的信息文件。以上兩個(gè)難題必須使用人工操作，工作效率非常低，在此基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用人工智能方法，利用人工智能實(shí)現(xiàn)施工方案的自動(dòng)排序和數(shù)據(jù)文件的自動(dòng)生成,從而找到最佳的解決方案。3。工程實(shí)例分析本文以某水電站工程為背景說明不同的施工順序?qū)ζ鋰鷰r穩(wěn)定性的影響.該水電站廠房系統(tǒng)由尾水調(diào)壓室、主變室和主廠房這三個(gè)主要的洞室構(gòu)成，其余的還有一些尾水隧洞、引水隧洞、母線洞和部分附屬洞室,整

6、體洞室群結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。洞室群周圍遇到的斷層通常都是三維走向，并且洞室群本身的三維空間結(jié)構(gòu)也受到洞室開挖的影響，不同的開挖施工順序有著不同的支護(hù)和應(yīng)力調(diào)整工作量，結(jié)合本工程自身的洞室群結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬定了三種不同的施工順序，圖1是這三種施工方案的有限元對比分析圖。（a)方案一（b)方案二(c）方案三圖 1。地下洞室群開挖順序圖將上下游開挖角點(diǎn)作為特征點(diǎn)，圖2給出了上述三個(gè)主要洞室每級開挖后的最大變形值,從圖2中不難看出,這三種施工方案都是采取的從上到下的開挖方式,因此三大洞室的特征點(diǎn)最大位移分布規(guī)律沒有太大區(qū)別,在第二種方法中主變室以及主廠房的明顯優(yōu)勢中最高距離折線很大程度上都不大于另外兩種方法，

7、但是最大距離值差別并不大，最多不超過5mm。除了沒有意義的前三級開挖，尾端調(diào)度室的三種施工工序明顯特點(diǎn)最遠(yuǎn)距離折線保持重疊.所以,只是從洞室周圍巖層形變的程度討論和對比這三種不同的施工工序，第二種工序的形變相對其他兩種來說要稍微小一點(diǎn)。(a) 主廠房(b)主變室（c）尾調(diào)室圖 2. 洞室特征點(diǎn)最大位移對比圖（單位:cm）三種施工方案洞室周圍的應(yīng)力分布規(guī)律大體相同，但是由于開挖方式不同，因此應(yīng)力的集中程度也有所差別。洞室在開挖中受到強(qiáng)卸荷作用，洞挖區(qū)應(yīng)力場變化較明顯，在很多位置上都存在應(yīng)力集中問題，例如邊墻與開挖底面交接部分和拱頂與邊墻交接部分等。應(yīng)力集中現(xiàn)象隨著開挖距離的增大也逐漸減弱，有些范

8、圍的應(yīng)力場分布已經(jīng)變回原先的狀態(tài).洞室在開挖之后，洞壁小主應(yīng)力衰減速度很快，部分淺層周圍巖層也保持在預(yù)先的狀態(tài)，出現(xiàn)了小范圍的拉應(yīng)力區(qū)域，隨著開挖距離的不斷延伸,拉應(yīng)力區(qū)域遭受開挖卸荷的改變得到了發(fā)展，釋放了絕大多數(shù)的壓應(yīng)力，應(yīng)力水平相對較低.下圖3所示的是三種施工方案下圍巖破壞區(qū)的分布情況，分析圖表能夠分析出：不同的施工方法分級進(jìn)行施工的過程中，主廠房洞室周圍的巖層沒有出現(xiàn)明顯的由于人為破壞出現(xiàn)生長不良的情況，但是其余的洞室的發(fā)育情況則出現(xiàn)了相對明顯的差別，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：三個(gè)主要洞室頂拱開挖之后就產(chǎn)生了破壞，但是各自頂拱塑性區(qū)分布受后期施工的影響相對較小；地下洞室群在施工結(jié)束之后,

9、淺表層的周圍巖層存在明顯深度差異的塑形開裂區(qū)以及塑形損壞區(qū)，并且其圍巖破壞區(qū)發(fā)育深度隨著開挖高度的增加而增大，主要以塑性破壞為主；破壞區(qū)主要存在于洞室之間相互交接部位和中下部邊墻部位，尾調(diào)室上游邊墻破壞略大于下游邊墻，主廠房的破壞情況則相反。(a) 方案一（b)方案二(c)方案三圖 3 不同開挖工序下圍巖破壞區(qū)分布圖表1所示的是三種施工方案的圍巖破壞區(qū)體積對比,分析表中數(shù)據(jù)可以看出：三種施工方案下,第二級開挖之后，圍巖塑性破壞區(qū)體積都突然減小，之后就隨著開挖級數(shù)的增加而不斷增大；第二種施工方案下，各級開挖過程中產(chǎn)生的圍巖塑性破壞區(qū)和張裂破壞區(qū)體積,都比其他兩種施工方案要小，比第一種方法節(jié)省出2

10、0之上的空間,相對第三種方法更是節(jié)省出了30之上的空間,換言之，其相對其他方法來說更加適合實(shí)際應(yīng)用。方案類型第1級第2級第3級第4級第5級第6級第7級第8級第9級1張裂區(qū)1。7930。1757。2865.5569。9173.7378。5882。39塑性區(qū)178。73111.08194.67235。05276。04318.45398。49440.542張裂區(qū)1。7520。9345.1953。7959.2262。2863.4563。9169.23塑性區(qū)132。1272.79134。14169.81222。01260.40315.80355.91428.873張裂區(qū)2。1334.1163。7472.

11、1575.2079.0383。3686。66塑性區(qū)206.06132.45235.76281.27297.05339。08421。39459.06表1. 圍巖破壞區(qū)體積對比（102m3)表4.結(jié)論在一些工程條件和地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下，地下洞室群圍巖穩(wěn)定性及其控制在很大程度上受到工程施工方案的影響，本文通過對地下洞室群不同施工方案的有限元對比分析，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：地下洞室群在開挖之后圍巖的塑性區(qū)、應(yīng)力和位移分布都符合一般規(guī)律，開挖順序?qū)鷰r穩(wěn)定性有著直接的影響。在分級施工操作中，上一階段的施工之后的斷層面距離極易被下一階段開挖所制約，這和不同次數(shù)的施工隊(duì)周圍巖層的干擾緊密相關(guān)，所以，在保

12、證工程施工質(zhì)量的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量減少開挖次數(shù),在開挖作業(yè)中也要盡肯能地避免各個(gè)洞室之間施工相互影響。如果地下洞室群施工中需要布置多條平行的廊道或管洞，最好實(shí)行間隔開挖，等噴錨支護(hù)完成后再進(jìn)行相鄰洞室的開挖作業(yè)，另外，為了改善施工期間圍巖穩(wěn)定性，在施工輔洞前，需要預(yù)先加固主洞和輔洞交叉部位。本文中的實(shí)例表明，通過有限元對比分析，三種施工方案在位移場和應(yīng)力場變形規(guī)律上差別不大，第二種方案要略微優(yōu)于其他兩種方案，以被破壞區(qū)域處在的位置以及發(fā)展的深度為視角，第二種方法消耗周圍巖層體積的程度比其余兩種方法都要小很多，所以，綜上所述，第二種施工方法應(yīng)該得到更加廣泛的應(yīng)用.【參考文獻(xiàn)】:1朱維申，王平.動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理在洞室群施工力學(xué)中的應(yīng)用J。巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1992，11（4）： 323 331。2 丁葆琛.葡萄山公路隧道通風(fēng)機(jī)房洞室群圍巖穩(wěn)定性分析D.重慶：重慶大學(xué)，20XX。3 孫福軍，曾慶利,喬志斌等。張集線舊堡隧道工程地質(zhì)條件和巖體結(jié)構(gòu)特征研究J.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，20XX,18（4）：566573。作者簡介：吳杉(1988年05月）,男,助理工程師，本科，主要從事水利水電建設(shè)相關(guān)工作。

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