为了有效地解决实际工程中出现的设计、检测、分析和管理等问题,以及更好地提高在校大学生、研究生解决实际工程能力和水平,编著了《核电站浅埋围岩隧洞盾构施工技术措施与诊断评价》。随着我国国民经济的快速发展,能源需求迅速增长,能源结构面临重大调整,清洁环保的核电正成为新能源的发展重点,特别是沿海核电站的大规模建设,正在发挥着重要作用。核电站取水工程多采用隧洞、沟渠取排水等引水冷却循环模式,取水隧洞建设过程中不可避免地会遇到复杂地质条件、高地应力等问题。
《核电站浅埋围岩隧洞盾构施工技术措施与诊断评价》深入阐述了隧洞盾构开挖及支护,隧洞出渣与衬砌,隧洞初支设计,隧洞施工围岩分级与支护和隧洞施工组织;进而开展隧洞盾构法施工管片围岩质量雷达检测分析,隧洞盾构法施工管片形变破损分析,隧洞盾构法与矿山法衬砌结构验算对比分析和隧洞盾构法与矿山法施工稳定性数值模拟分析。
目前,我国核电领域的取水隧洞工程正在快速发展与大规模建设,为了有效地解决实际工程中出现的设计、检测、分析和管理等问题,以及更好地提高在校大学生、研究生解决实际工程问题的能力和水平,我们编写了《核电站浅埋围岩隧洞盾构施工技术措施与诊断评价》一书。随着我国国民经济的快速发展,能源需求迅速增长,能源结构面临重大调整,清洁环保的核电正成为新能源的发展重点,特别是沿海核电站的大规模建设,正在发挥着重要作用。核电站取水工程多采用隧洞、沟渠取排水等引水冷却循环模式,取水隧洞建设过程中不可避免地会遇到复杂地质条件、高地应力等问题。
由于核电站取排水隧洞安全等级不同于一般建筑物,其施工过程中力学特性和稳定性研究显得尤为重要。为此,本研究基于构造应力环境开展浅埋洞群施工安全措施研究。在总结国内外大量文献的基础上,归纳分析了盾构施工模式下围岩稳定性分析状况,围岩稳定定量评价方法,隧洞支护理论的发展历程和现代支护结构理论与结构类型;深入开展了隧洞盾构开挖及支护、隧洞出渣与衬砌、隧洞初支设计、隧洞施工围岩分级与支护和隧洞施工组织;盾构运营期双层叠合结构应考虑温度荷载、地震力和内水压力作用,表明内水压按照隧洞满流(DBF水位5.17m)计算,最大水压力15.6m满足工作要求。取水隧洞抗震计算采用拟静力法,按照最不利情况计,抗震计算是在静力计算的基础上叠合水平地震荷载,设计水平地震动加速度按照极限安全水平地震动参数SL-2级取0.18g考虑,稳定性验算满足工作要求;进行了隧洞施工计划及保障措施和隧洞施工总体安全部署与要求研究。在对人员组织管理保证措施、技术保证措施、资金保证措施、机械设备保证措施、劳动力保证措施和不良地质段的进度保证措施建立的基础上,形成了施工进度保证措施。进而提出里程碑工作要求,建立里程碑,完成针对性保证措施。隧洞施工过程以高起点、高标准、高质量、高效益的“四高”为总体目标,精心组织,精细正规,精益求精,铸造精品工程,为此建立施工指导思想。
本书开展的基于构造应力环境浅埋洞群施工安全措施研究已经应用于实际工程中,特别是随着1号等机组的发电,表明隧洞施工设计经济、合理、安全。使读者了解如何解决工程实际问题。
本书取材实际,简明实用,系统性强,通过了多年的实践教学和研究生培养。本书作为一本有实用参考价值的工具书,既可以用作大专院校的选修教材,也可以供相关领域工程技术人员自学参考。
在本书的编写过程中,借鉴了一些相关的核电设计和施工参考资料,以及认真拜访了红沿河核电站建设单位,受益匪浅,在此深表感谢!
参加本书编著的有芮勇勤教授、李永琳高级工程师、谢鸿辉经理、贾伟总工程师,以及刘威、王路生、张亚芳、金易锡、郑诗文、王超、刘准、侯剑楠等研究生。我们对东北大学、长沙理工大学等学者在本书编写过程中给予的帮助和教学实践指导,在此一并表示衷心的感谢!
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究目的意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 围岩稳定性分析状况
1.3.2 围岩稳定性定量评价方法
1.3.3 隧洞的支护理论与实践发展历程
1.3.4 现代支护结构理论与结构类型
1.3.5 盾构隧道掘发展历程
1.3.6 盾构工作原理分类与地质超前预报
1.3.7 盾构施工方法
1.3.8 盾构法施工技术的发展与应用
1.4 国内外研究对本项目的启示
第2章 隧洞盾构工程与地应力环境
2.1 隧洞工程
2.2 隧洞施工设计
2.2.1 平面设计
2.2.2 纵断面设计
2.2.3 横断面设计
2.2.4 管片设计
2.2.5 混凝土与螺栓力学参数
2.3 二程地质及水文情况
2.3.1 取水隧洞地质情况
2.3.2 取水隧洞水文地质情况
2.4.构造高地应力环境
2.4.1 高地应力的判别
2.4.2 地应力测试基本方法
2.4.3 隧洞群地应力确定
2.5 隧洞岩体工程地质特性
2.6 基岩输入地震波
第3章 隧洞盾构施工设计与计算分析
3.1 隧洞盾构施工设计
3.2 隧洞盾构衬砌构造
3.3 隧道盾构结构计算与分析
3.4 三维有限元时程分析
第4章 地应力环境隧洞围岩分级与盾构施工、开仓换刀
4.1 隧洞初始地应力的考虑
4.2 构造地应力条件下隧洞围岩稳定性分级与开挖支护考虑
4.2.1 隧洞岩体基本质量指标(BQ)评价
4.2.2 隧洞巴顿岩体质量指标(Q)分级
4.2.3 隧洞岩体地质力学指标值(RMR)分级
4.2.4 高地应力条件下施工中隧洞开挖支护类型判定
4.3 隧洞施工布置
4.4 盾构开仓换刀位置
第5章 隧洞盾构掘进施工关键技术
5.1 指导原则
5.2 施工关键技术
5.2.1 供风系统
5.2.2 盾构始发运输方案
5.2.3 软硬不均地段处理
5.2.4 线路中出现片麻岩捕掳体
5.2.5 穿越建构筑物
5.2.6 同步注浆和二次注浆
5.2.7 管片拼装与质量控制
5.3 隧洞盾构掘进过程中的安保措施
5.3.1 盾构掘进参数设定和优化
5.3.2 小半径曲线段掘进施工技术措施
5.3.3 地表变形预测、控制及监测反馈
5.3.4 隧洞地表沉降监测值单日变化速率超限分析
5.3.5 密闭空间施工安全保证措施
第6章 盾构开仓换刀安保措施
6.1 盾构开仓、换刀方案的选择
6.1.1 盾构开仓、换刀方法
6.1.2 开仓、换刀方式的选择标准
6.1.3 刀具更换标准
6.1.4 盾构机刀具配置
6.2 常压开仓换刀施工方案
6.2.1 工序步骤
6.2.2 常压开仓换刀控制要点
6.3 盾构刀具更换实例分析
6.4 风险分析及控制措施
6.4.1 风险源控制措施
6.4.2 安全质量技术保证措施
第7章 隧洞盾构法施工管片围岩质量雷达检测分析
7.1 雷达检测理论依据与工作原理
7.2 检测目标与应用
7.3 地质雷达在隧洞衬砌围岩施工质量检测特征
7.4 隧洞抗震措施与检测
7.5 隧洞管片围岩地质雷达检测分析
7.5.1 准备工作
7.5.2 雷达天线频率选择
7.5.3 测试参数选取
7.5.4 探地雷达松动圈探测成果
第8章 隧洞盾构法施工管片形变破损分析
8.1 隧洞盾构法施工管片形变破损
8.2 管片结构应力模拟方法
8.2.1 应力分析
8.2.2 有限元分析法
8.3 Stress Simulation模拟功能
8.4 盾构衬砌结构Stress Simulation模拟分析
第9章 隧洞盾构法与矿山法衬砌结构验算对比分析
9.1 结构验算基本依据
9.2 结构验算基本荷载类型
9.2.1 衬砌自重
9.2.2 水压力
9.2.3 灌浆压力
9.2.4 围岩压力
9.3 隧洞盾构法衬砌结构验算
9.3.1 考虑地震作用效应的圆形衬砌断面荷载状况Ⅰ验算
9.3.2 考虑地震作用效应的圆形衬砌断面荷载状况Ⅱ验算
9.4 隧洞矿山法衬砌结构验算
9.4.1 考虑地震作用效应的圆拱直墙形衬砌断面荷载状况Ⅰ验算
9.4.2 考虑地震作用效应的圆拱直墙形衬砌断面荷载状况Ⅱ验算
第10章 隧洞盾构法与矿山法施工稳定性数值模拟分析
10.1 材料单元
10.2 材料模型Mohr-Coulomb模型
10.3 Hardening-Soil模型(各向同性Hardening)
10.4 地震波作用原理
10.5 隧洞盾构法和矿山法施工衬砌稳定分析
10.6 隧洞盾构衬砌构造应力影响稳定分析
第11章 结论与展望
11.1 结论
11.2 展望
参考文献