龙滩水电站导流洞围岩稳定性分析及支护设计题目

设计题目二：龙滩水电站导流洞围岩稳定性分析及支护设计1工程概况龙滩水电站左岸导流洞身段长849.421m，沿线穿越地层岩性为罗楼组T3-91L泥板岩、灰岩互层夹少量粉砂岩及板纳组T12b、T392b砂岩、泥板岩等。洞四周围岩除进出口洞段外，大部分地段以新鲜微风化岩体为主，上覆岩体厚度40135m。进口底板高程215.00m，出口底板高程214.151m，底坡i=0.1，在平面上设置了两个弯道，弯道半径分别为125m和200m，转弯角分别为51和44.5。该导流洞是国内目前己建和在建工程中断面最大的有压导流洞。2场地工程地质条件龙滩水电站坝址为较宽坦的“V”型河谷。宽高比约3.5。河流流向S30E，至坝址处转向S80E。枯水期水面高程219.00m，水面宽90100m，水深13.019.5m。左岸厂区地形整齐，山体雄厚，底宽约1000m，山顶高程650m。厂区的地层全为三叠系中统板纳组（T2b）。坝址出露的T12b至T522b层,总厚度1219.07m，由厚层砂岩、粉砂岩、泥板岩互层夹少量层凝泥灰岩、硅质泥质灰岩组成，其中砂岩、粉砂岩占68.2%,泥板岩占30.8%，灰岩占1%。左岸山体内的地应力为压应力场，最大主应力方向约为280330，倾角一般小于20，最大主应力平均量值1213Mpa，属中等量级，侧压力系数=1.21.9。围岩分类：在地下洞室群布置区，围岩新鲜或微风化，透水性小，地下水活动微弱。地震波速在5000m/s以上，围岩属质量中等或较好的层状结构岩体，洞室所在区域绝大部分为类、小部分为类围岩，极少部分属、类围岩，具有较好的成洞条件。主洞室布置在左岸D21号平洞附近山体内，地层为T2b22-44砂岩、粉砂岩、泥板岩夹少量灰岩，岩石强度较高，新鲜砂岩饱和抗压强度130MPa，泥板岩4080MPa，岩层走向N100150W，倾向NE，倾角5760，主洞室布置区岩石新鲜，完整较完整，RQD大于75，平行岩层走向岩体地震波Vp=5600m/s，垂直岩层5000m/s，波速均一性好，围岩属质量较好和中等质量的层状结构岩体。围岩的物理力学参数见下表。表2-1 龙滩工程洞室围岩分类标准及主要特征参数由Q值预测支护压力0.010.050.05稳定性评价个别掉块落石个别掉块落石 围 岩 主 要 特 征 参 数岩体完整性系数K0.70.6岩体体积节理数J58开挖等级11121012外水压力折减系数0.20.30.20.4渗透系数10105（15）105坚固系数f101210单位弹性抗力系数Ko881186993抗剪强度MPa=0.3+1.48=0.1+1.28抗剪断模量=0.5+2.45=0.2+12.06弹性模量（GPa）平行层面3527垂直层面2821泊桑比0.250.250.27波速Vp(m/s)550050005500饱和抗压强度（MPa）130100密度（g/cm）2.732.73岩体综合质量指标BQ492550451492Q201001535SD70856675围岩特征特征新鲜厚厚层砂岩，夹极少量泥板岩，坚硬。完整至较完整新鲜微风化厚至中厚砂岩，夹泥板岩，坚硬。部分存在水锈污染主要结构面为硬性结构面。结构巨厚厚层状结构巨厚厚层状结构围岩类别12表2-1（续）由Q值预测支护压力0.050.150.10.15稳定性评价部分塌方局部稳定性差部分塌方 围 岩 主 要 特 征 参 数岩体完整性系数K0.50.650.450.60岩体体积节理数J1215开挖等级1011910外水压力折减系数0.20.40.20.4渗透系数（15）105（15）105坚固系数f61058单位弹性抗力系数Ko60874570抗剪强度MPa=1.0+0.98=0.9+0.83抗剪断模量=1.1+1.67=1.0+1.28弹性模量（GPa）平行层面2621垂直层面1915泊桑比0.270.27波速Vpm/s4500500040005000饱和抗压强度MPa801004080密度（g/cm）2.732.742.74岩体综合质量指标BQ388450351420Q31528SD50654660围岩特征特征新鲜微风化砂岩，泥板岩互层，层凝灰岩以及罗楼组T213-18层，坚硬至较坚硬。新鲜微风化泥板岩夹砂岩或灰岩T2b2-4T2b18层，坚硬至较坚硬。结构中厚层互层状结构薄厚层状结构围岩类别123隧道开挖方案及设计参数3.1 开挖方案采用新奥法施工，采用复合支护形式，围岩、初期锚喷支护、混凝土衬砌作为整体结构联合受力；同时为减薄衬砌结构，除进口50m范围内为满足渗透坡降的要求不设排水孔外，其余洞段均设排水孔,外水压力折减考虑排水孔的作用。龙滩导流洞运行3年,运行期最高内水水头达55m，最大流速达30m/s。3.2 断面设计参数导流洞开挖断面型式均为17m x 22m（宽）(高)圆拱直墙型，拱顶中心角120。断面见图3-1。图3-1 隧道断面参数4. 隧道开挖围岩稳定性分析要求：分析无支护毛洞开挖时隧道的稳定性。4.1 定性分析根据围岩分级，结合工程地质条件、开挖方法，按照相应规范定性分析。4.2 定量分析一般采用有限元数值分析（暂时不做）。也可以等效为圆形洞室计算一下洞周变形及应力分布，与岩体材料的抗拉强度、抗压强度及允许的最大位移进行比较，并判断塑性区、松动区。5. 隧道支护设计5.1 工程类比法设计要求：根据直接类比或间接类比提出支护初步方案。包括一次支护的锚杆长度、直径、间距，喷层标号、厚度，钢筋网规格等；二次支护的模筑混凝土标号、厚度等。5.2 理论计算验证（1）喷锚支护参数计算（不考虑内水压力）（2）喷锚支护后计算围岩压力作为衬砌上的荷载（3）结构力学方法计算二次衬砌的内力（只计算内水压力工况，外水压力忽略）。