李金星
泗洪县水利工程处，江苏 宿迁 223800
摘要：我国水利水电工程中存在渗水问题的水工隧洞占比较高,渗水可能引发一系列问题,甚至影响结构安全。地下开挖的挑战取决于岩体强度、开挖方法以及岩石的应力和变形特性。尽早获得对这些问题的可靠估计是非常重要的，以便以最少的困难进行施工。为了模拟变形和支护特性，本文设计了潜在挤压作用的支撑体系。
关键词：水利水电工程；水工隧洞；渗水问题；分析
引言：挤压是地区开挖中常见的问题之一，软弱岩体径向向内移动，导致开挖面积减小。对势压缩现象的估计采用了不同的方法。由于岩石由复杂的地层组成，表现出广泛的行为，分析方法只能提供一些近似解。
1水利水电工程水工隧洞构造
在线性结构施工期间，大多数情况下最短的线形是隧道线形。地形不利于施工。与其他方案相比，隧洞是最短、最经济的方案，大多数水电工程采用隧洞作为输水系统。隧道可能面临各种挑战，如膨胀、挤压、剥落、岩爆等。在很多地区，在软岩隧道中，我们面临的共同挑战是隧道挤压。它是由于开挖在隧道周围产生的应力梯度而进入开挖的一种位移。开挖前被限制的塑性岩石失去其限制或其应力成分之一，因此可以自由进入开挖。这种运动在岩石中产生了很高的水平压缩应力。了解地下开挖周围的应力有助于减轻或减少挤压。大多数隧道在设计阶段的决策（例如选择隧道线形和预测岩体质量和岩石支护要求）直接影响到任何隧道工程的总体成本和时间要求。过去的隧道施工经验表明，大多数已开发的隧道工程都遇到了严重的稳定性问题，造成了竣工延误和成本超支。本研究的主要目的是在施工前确定隧道发生挤土现象的可能性，并在给定条件下计算必要的支护体系[1]。
2水利水电工程水工隧洞现状
2.1水电工程隧洞
隧道是一种地下通道，挖掘穿过周围土壤/土壤/岩石，除了入口和出口外，通常在两端封闭。软弱超应力岩体将经历挤压地基条件。这是一个非常缓慢和危险的过程，因为洞室周围的岩体在地应力的影响下失去了其固有的强度。这可能导致高支护压力和隧道关闭的移动。岩石挤压是一个与时间相关的过程，通常发生在弱超应力岩体中，对成功完成隧道工程所需的预算和时间可能产生重大和负面影响。影响隧道挤压的因素有应力状态、岩体强度和变形能力、岩体类型、地质构造走向、施工方法和支护体系[2]。
2.2挤压地基条件的标准
在施工前，已进行了几项研究，以确定岩体的挤压潜力。根据莫尔理论认为，如果开挖面处的最大切向应力大于岩体的UCS，则会发生挤压。根据Barton的岩体Q值和覆盖层高度确定了挤压现象。类似地，表达了基于岩体数量、隧道宽度和覆盖层高度的挤压现象。此处，岩体数是强度折减系数（SRF）等于1时的q值。这两种方法都是经验方法，其标准如所示研究区拟建研究区位于地区，位于中部开发区VDC。小型水利工程工程（AKHPP）为RoR型工程，发电量42.9MW。它位于北纬28°04'00''N至北纬28°07'00''N和东经84°58'35''E至东经85°01'04''E之间。所有相关构造均位于Ankhu Khola河右岸的冲积层和崩积层以及基岩上。该项目正处于可行性研究阶段。发现了石英岩、千枚岩和千枚岩三种岩石类型。AKHPP引水隧洞位于千枚岩和千枚岩片岩之间，属软弱岩，易受挤压。这是选择此网站进行分析的原因之一[3]。
3水利水电工程水工隧洞渗水问题分析
3.1数据收集
进行分析所需的必要数据是岩体性质和隧道尺寸。
岩体特性包括Q值、RMR、岩石UCS、弹性等，隧道特性包括线形、形状、尺寸、覆盖层高度、长度等。这些数据摘自Hydro Solutions Pvt.Ltd.提供的AKHPP主要可行性报告。
本方法中的挤压程度用系数“Nc”来描述，该系数等于岩体单轴抗压强度（UCS）与地应力之比。基于该值，可以估计隧道的行为类型[4]。脆性损伤后围岩的塑性半径增大，脆性特征越明显，塑性半径越大，无论隧道附近岩石的第一主应力是径向应力还是切向应力，考虑渗流都会扩大围岩的塑性区，在内水压力由零增加的过程中，随着内水压的增大，塑性半径逐渐减小，直至塑性区最终消失；但当内水压力超过临界压力时；塑性区再次出现；塑性区将逐渐增大。
3.2收敛约束法
（CCM）Carranza Torres和Fairhurst（2000）得出结论，CCM有三个基本组成部分，即：纵向位移剖面（LDP）、地面反应曲线（GRC）和支撑特性曲线（SCC）。这些组件的细节将在本章中进一步解释。纵向位移剖面（LDP）LDP是沿无支撑圆柱形开挖轴线发生的径向位移的图形表示，即位于隧道面前后的截面。该图表明，在隧道工作面后面的某一距离处，工作面的影响很小，可以忽略不计，因此超过该距离后，隧道已收敛到最终值。在工作面前方一定距离处，隧道开挖对岩体无影响，径向位移为零。地面反应曲线（GRC）GRC是降低隧道内压pi和增加隧道壁径向位移ur之间的关系。这种关系取决于岩体的力学性质，可以从开挖周围岩石变形的弹塑性解中获得（Carranza Torres和Fairhurst，2000）。支架特性曲线（SCC）支架特性曲线是支架上压力Ps增加与支架径向位移ur增加之间的曲线。第2阶段模型第2阶段用于估算隧洞的应力、变形和稳定性。仅对链测长度2+500m处被确定为关键路段的路段，使用计算机软件进行详细评估。数值模拟所采用的岩体性质尽可能采用，且更接近实际值。利用地质强度指数（GSI）和关联式中的爆破系数D估算了岩体的性]。2002年版的Hoek-Brown准则首次引入了爆炸损伤因子，并用它来估计Hoek常数。
链测长度2+500m处的最低安全系数小于1。因此，可以得出结论，这一部分容易受到挤压。同样，半经验方法也表明，链测长度2+500m路段的安全系数最小。因此，应使用分析方法（CCM）为该截面设计支架。采用该方法测定了桩号2+500m、隧道半径2.3m处的应力和变形。首次计算弹性变形为19mm。在此基础上，估算了塑性变形。最大塑性变形为92.45mm。隧道的变形被绘制在内部压力的图表上，这是错误的！找不到引用源。对于锚杆的设计，采用第二阶段模型确定塑性区半径。塑性半径或破碎带半径为5.3m。因此，需要直径为25mm、长度至少为3m、中心距为0.5m的锚杆。隧道变形30mm时安装螺栓。但仅用锚杆并不能获得许用变形。
结束语
用经验法和半经验法预测岩石挤压条件的结果相似。在AKHPP引水隧洞桩号2+500m处观测到挤压电位。然而，从实证和半实证的方法进行的评价只能为初步研究提供合理的结果。对于细节设计，应采用更精确的方法，如CCM。结果表明，为控制位移，应采用复合支护体系。支护系统由直径25mm、间距为0.5m的3m长锚杆、厚度为0.15m的M40喷射混凝土和安全系数为4的ISMB150钢肋组成。有支护和无支护的最终位移分别为32.5mm和115.63mm。
参考文献：
[1] 邹海峰. 水利水电工程水工隧洞渗水问题研究[J]. 城市建筑,2020,17(27):129-130.
[2] 李军. 热水塘小型水利工程隧洞衬砌混凝土施工缝渗水防治及处理[J]. 四川水利,2012(3):37-39.
[3] 陈红通. 水利水电工程水工隧洞渗水问题研究[J]. 建筑工程技术与设计,2021(8):1454.
[4] 郭毅,袁宗洪,张斌,等. 水利水电工程水工隧洞渗水问题浅析[J]. 水利水电快报,2019(6):65-67.