水电站引水隧洞围岩稳定性分析及支护措施
摘 要：在修建水电站时，围岩的稳定性不仅影响到工程的施工进度，还会对工程的施工成本产生一定的影响。因此，施工单位在开挖引水隧洞时必须要考虑到围岩稳定性的问题，并根据施工的具体情况采取一定的支护措施。本文对水电站引水隧洞围岩稳定性的分类、判别标准以及分析方法进行了研究，并提出了支护措施以及降低工程成本的方法。
关键词：引水隧洞；围岩稳定性分析；支护措施
前言
随着我国水利工程的迅速发展，大型水电站的建设数量越来越多，引水隧洞的尺寸也在逐渐增大，因此在施工过程中，对围岩稳定性的要求也越来越高。由于水电站引水隧洞的建设容易受到地质条件、环境条件等各种因素的影响而发生质量和安全问题，因此对引水隧洞围岩稳定性的分析以及支护措施的应用已经成为工程建设过程中必须要考虑的问题。
1围岩稳定性分类及判别标准
1.1围岩稳定性分类
所谓围岩的稳定性，是指在开挖后不加支护的情况下围岩自身的稳定程度。根据不同的地质条件，可以将围岩的稳定性划分为充分稳定、基本稳定、暂时稳定以及不稳定等不同等级。对围岩的稳定性进行划分不仅可以为引水隧洞工程的建设提供重要的设计依据、施工依据，还决定了施工中衬砌结构、施工材料、机具类型的选取。此外，围岩稳定性的分类还是围岩稳定性分析的重要基础。
1.2围岩稳定性判别标准
围岩稳定性的判别标准不仅会受到地质条件、围岩类别因素的影响，同时还会受到施工技术、支护方法等因素的影响。因此，对围岩稳定性进行判别是比较复杂的过程，一般会采用以下三种判别标准：一是根据实测位移或预计的最终位移进行判别。当工程中测量的位移值超过了某一临界值，或者预计的最终位移值超过临界值时，这就表明围岩处于不稳定的狀态，需要对其采取一定的支护措施；二是根据位移变化速率进行判别。位移变化速率大于某临界值时则认为围岩未稳定，反之则认为围岩已经达到基本稳定；三是根据位移变形加速度进行判别。变形速率不断下降，表示围岩趋于稳定，支护是安全的；变形速率长时间保持不变，应及时调整施工程序并加强支护系统的刚度和强度；变形速率逐渐增加，表示围岩已达到危险状态，必须立即进行加固。
2围岩稳定性分析方法
2.1解析分析法
解析分析法主要是根据平面上的极坐标，通过一定的计算来对隧洞围岩的稳定性进行分析，通常情况下解析分析法又分为弹性和弹塑性两种分析方法。当围岩的岩体完整度较高且其应力水平在弹性极限值以内时，可采用弹性分析方法对围岩的稳定性进行分析；当围岩的应力在不断变化，并与应变呈现出明显的非线形关系时，可按弹塑性方法对围岩进行分析。解析法虽然不能准确地描述围岩的失稳、破坏过程，但大致上仍能对成洞条件做出评价，对各种洞型方案及处理措施进行对比分析。另外，解析法具有精度高、分析速度快和宜于进行规律性研究等优点，所以在工程实践中仍不失为一种基本的围岩稳定性分析方法。
2.2数值模拟法
随着计算机技术的发展，数值模拟法主要是通过计算机技术对试验数据或者收集到的工程数据进行计算，模拟出水电站的引水隧洞模型，从而对模型中的围岩应力和应变进行分析，最终得出围岩的具体状态。数值模拟法又可以分为有限元法、边界元法、离散单元法。首先，有限元法在实际工程的建设中应用最多。有限元法可以对地下工程岩体的应力和应变关系作出准确地分析，并且根据应力与应变的关系还可以模拟出岩体的变形和破坏过程。其次，边界元法只在求解区域的边界上进行计算，把域内未知量化为边界未知量来进行求解，这样就使得自由度的数目大大减少。当仅需要知道物体内部个别点的解时，边界元法可以在已知边界上的解后，根据需要去求物体内部预知点的解，与有限元法相比既减少了计算量又节省了费用；最后，离散元法适用于节理岩体的应力分析，不仅可以反映出岩体之间接触面的滑移、分离与倾覆等情况，还可以对岩体的内部变形和应力分布进行分析。采用离散元法分析裂隙发育地区工程的围岩稳定性和支护结构是十分有效的。
3水电站引水隧洞的支护措施
水电站引水隧洞的施工比较复杂，而且工期也比较长。引水隧洞的建设是分段进行的，每部分工程完工后都会受到环境因素或者人为因素的影响，从而发生安全或者质量事故。因此，为了加固已完工的工程，并维持围岩的稳定，确保工程可以继续顺利的实施，施工单位必须对隧洞采取一定的支护措施。目前，常用的引水隧洞支护措施有混凝土泵隧洞支护法和新奥法。
3.1混凝土泵隧洞支护法
混凝土泵隧洞支护法的主要施工过程就是混凝土的运送和浇筑。在运送混凝土前，施工人员需要将排气管、冲天尾管、导管等各种管道进行连接，从而形成混凝土的运送管道，为混凝土的浇筑作业做准备。在进行混凝土的浇筑时，施工人员需要将混凝土在压力挤压的作用下，浇筑到模板支撑的仓内，从而完成混凝土的浇筑工作。在运用混凝土泵隧洞支护法时，施工部门要注意的是：混凝土浇筑到顶拱仓面阶段，要撤出滞留在仓里的施工工具，尽可能的将仓面的两端筑高；混凝土浇筑到与人身高相平时，就要保护施工人员的安全，将施工人员撤离工作区；待混凝土孔洞筑浇完成后，要加大泵機的速率，完成浇筑支护作业。
3.2新奥法
新奥法是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承载能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，使围岩成为支护体系的组成部分。在隧洞支护结构安装的过程中，施工单位使用新奥法需要注意的是在施工前必须对围岩的稳定性进行分析，确保隧洞内岩石的承载力能够支撑支护作业。新奥法施工主要分为三个部分：光面爆破开挖、锚喷支护以及围岩稳定状况检测。施工单位在了解了岩体具体情况后，便可以在隧洞的开挖、支护阶段，充分利用岩体在隧洞挖掘过程中发生的形变，并适当运用带有加固作用的材料、工具对岩体进行加固，使得整个受到加固的围岩具备抵抗外力冲击的能力，为整个隧洞工程的开挖提供保护作用，以此来达到工程施工部门保护隧洞的目的。
4如何降低引水隧洞工程的施工成本
首先，在引水隧洞的开挖前，施工人员需要根据施工现场的地形特点，选出最短的开挖路线，减少隧洞开挖所需的时间，节约施工成本；其次，由于一些围岩在不加支护的情况下就已经达到完全稳定的状态，因此不再需要添加多余的支护结构来维持自身的稳定。这就要求施工人员在进行支护安装前，要判断围岩的稳定性是否需要采取支护措施，从而有针对性地开展支护结构的安装工程，以减少不必要的资源浪费；最后，施工人员要控制好现场的材料和机具的使用情况，严格按照施工进度表上的要求进行施工，以避免由于施工工期延长而导致施工成本增加情况的出现。
结束语
综上所述，在引水隧洞施工中，围岩的稳定性对保证工程的质量起着十分重要的作用。因此，施工人员在施工过程中，要根据实际的施工情况采用解析分析法或者数值模拟法对围岩的稳定性进行分析，进而对处于不同稳定状态的围岩采取相应的加固措施。此外，在施工中，施工人员可以采取混凝土泵隧洞支护法或者新奥法维护隧洞的稳定，从而保证整个水电站工程的质量和安全。
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