英语原文共 236 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
h. 外水内渗与内水外渗控制。
1 对于输水隧洞来说，外水内渗和内水外渗都是非常重要的问题。在各类隧洞的施工过程中，外水内渗都应降低到可以接受的适当水平。重大的外水内渗对于已完工输水隧洞是不可接受的。外水内渗可能会导致地层中的水分损失，并导致地面下沉和对临近建筑物的破坏。地层中水体流入隧洞中，可能会导致临近的地下水位严重下降，并对供水系统、树木和植被产生不利影响。对于防洪隧洞来说，地下水的渗入会降低洪峰流量时可以使用的下泄能力。对于供水系统隧洞来说外水内渗可能会导致供应水的污染。对于污水管道隧洞来说，外水内渗会增加污水回收和泵吸的成本。
2 输水隧洞中的内水外渗也存在一些潜在的不合要求影响。对于防洪和污水管道隧洞来说内水外渗可能会导致对临近地下水水体的污染。供水隧洞或发电隧洞的内水外渗可能会大大减少饮用水量和电能的供应以及收入损失。
3 内水外渗和外水内渗的降低程度必须在隧洞设计开始前确定。对于隧洞的不同洞段，可采用适当的不同不透水标准。通常的做法是在合同文件中规定输水隧洞在施工期间和完工后的容许渗漏量。
i. 湖泊的旋流及其与正在使用隧洞的联结。将一条新建输水隧洞联结到已建的高压输水隧洞或使其形成湖泊和水库，是一项需要细致的预先规划的任务。显然，这类连接最好在干燥条件下进行，然而在某些情况下经济上并不可行。下面的讨论简要叙述了某些方案。
1 围堰。对于将要联结到比较浅的湖泊的隧洞，可在低于湖泊底部的隧洞高程修建一个环形围堰，其高程位于高出水面的一个适当高程。接着就对中间围拢的区域排水，以便使湖泊与将来的竖井及隧洞在干场地上进行连接。
2 串联的隧洞导流。将一条新建隧洞联结到正在使用的高压隧洞时，可在已建成隧洞内完成临时排水后安装串联的导流管。水流截水槽应安装在建议连接的串联排水管两侧以阻止水流沿水管后侧流入连接段。串联导流管就位之后就可在干燥条件下进行新隧洞的连接而原有的隧洞已完全加压。连接完成后，可对原有隧洞进行二次排水并拆除导流管和截水槽，至此工程即告完工。
3明穿方法，湖泊旋流。
a 此种方法限于岩石中连接的施工。在此种方法中，尽可能靠近原有的高压水源提前开挖一条新的隧洞，在隧洞顶拱上部留一段岩塞。邻近连接段的隧洞应按下列方式施工，在隧洞充满水后，将会在岩塞下面产生压缩空气垫，气垫应予以保留直至完成最终的连接段爆破。在岩塞下方的新建隧洞底拱上形成一洼水湾。从地表到新隧洞底拱的竖井也应布置的尽可能靠近连接段。应在竖井远离岩塞的一侧设一闸门，以阻止水流进入竖井岩塞段以外的隧洞，随后对岩塞进行钻孔并做好进行最终连接的爆破准备。此后关闭闸门并对隧洞在竖井的岩塞侧，和竖井进行充水，水位略低于原有隧洞或旋流湖泊的水面。应对此处的气垫的适用性通过远距离监测和必要时的补气来进行复核。此时引爆炸药，岩塞下的气垫阻断水柱使压力振动衰减，并防止其对新隧洞造成损害。因为爆破时新建隧洞内的水压力较小，连接段中的大多爆破岩石都将收集在岩槽内。在这一过程中，最终的连接段不衬砌。
b 还有若干种实施湖泊旋流的其它方法。1988年，阿拉斯加地区使用“干法”施工为阿拉斯加Juneau附近的Snettisham工程实施湖泊旋流。最终的岩塞约为3.3mtimes;3.3mtimes;3.6m（11英尺times;11英尺times;11英尺）并用双孔切割方式进行爆破，大块冰塞用作缓冲，并使用了两个岩石回收器。
c 湖泊旋流和其他高压旋流的设计与施工都必须在有此类工作经验的专家协助下进行。
j. 其它要求。地下建筑物的水力学要求对于设计与施工都是极为重要的。其他的应该考虑因素列示如下。
1 施工容差。对于无压流，隧洞坡度线高程的确定必须具有一定的精确度以便保持设施的水力性能。准确的坡度还能在施工期间提供更好的排水并可避免水施工期间的洼陷处积水。完建隧洞的坡度容差通常规定为较短的隧洞为plusmn;13mm（0.5英寸），而长大隧洞为plusmn;25mm（1.0英寸）。为了构造性原因，对于仅进行一次混凝土管片衬砌的隧洞可提供较大的容差。对于完建的现浇混凝土隧洞的中心线允许偏差通常确定为plusmn;25mm（1.0英寸）。然而，这一偏差一般并不影响隧洞的使用功能，即使水平偏差高达plusmn;150mm（6.0英寸）或更大些也都处在允许范围内。对于现浇砼衬砌的隧洞，只要衬砌厚度不小于设计规定值，其内径偏差就规定为0.5%。对于预制管片的一次衬砌偏差达到最大外圆的0. 5%通常是允许的。隧洞表面的不平整度应保持在6mm（0.25英寸）以下。
2 未衬砌段面应设置的集渣坑。如果隧洞或竖井不衬砌，那么就需要清除洞内的小块碎石和碎片。集渣坑就是用来收集碎渣以便减小对水流的流量和流速的影响并减小摩擦损失，以便防止这些碎石和残片进入水轮机和阀门。
6-3 隧洞和竖井的破坏模式
应该明确区分发生在施工期的破坏模式和发生在建筑物运行期的破坏模式。有些在施工期间发现的破坏机制如果得不到恰当控制和解决就有可能在整个运行期内出现。有些施工破坏模式已经前面的章节隧洞工程危险，洪水、瓦斯中进行过讨论，其它与岩体的力学和化学处理相关的问题在本章中讨论。由于岩体本身自然特性和施工中不确定性因素影响的组合都会导致这类问题不容易归类，所以在这里的讨论也并不详尽。然而，通过了解岩体本身的自然特性对隧洞工作环境的影响，可有助于更好的准备设计工作。隧洞和竖井的破坏包括塌方和
泥石流等，所有这些破坏都有其产生的根本原因，如果理解了这些产因就可能存在着提前发现、预防和解决它们的方法。第一类破坏模式的例子主要出现在施工期，有些则可能应用于已经完建但尚未衬砌或地层支护不充分的隧洞。第2类破坏模式的例子适用于完建的衬砌隧洞，诸如由沉降引起的地下水位下降或破坏等自然环境破坏已经在第5章的第5-14节中进行了讨论。
a. 隧洞和竖井施工期的破坏模式
1 由岩层的不连续性控制的破坏
a 围岩岩体通常满含不连续性、层理面、破碎带和节理带、或可能会形成软弱带的更大构造不连续性、断层或剪力带。所有这些都是软弱层面，在开挖过程中岩体有可能分离或剪断。不论它们是否会分离、剪断并导致岩体崩塌落入隧洞主要取决于岩体结构的几何体型和岩石不连续体的抗拉和抗剪强度等性能。
b 跨越垫层面的岩层抗拉强度一般都很小或几乎不存在。然而岩层的剪切强度可接近毗邻材料的剪切强度，取决于跨层面的正应力以及节埋糙率和其它表面特征。由于隧洞开挖一般会产生隧洞周边环境的卸荷，所以，岩面的剪切强度就会依照垫层岩面相对于孔口的方向骤减。因此，垫层经常参与形成可能会从岩体顶拱、侧墙或表面滑落的岩石阻塞。
c 砂岩和石灰石地层中的页岩基床首次暴露在外的层面看起来很坚硬，但是，因开挖卸荷以及空气和水的进入可能软化并在几小时或几天内导致这类岩床的熟化，致使大多数的抗拉和抗剪强度损失从而招致岩层塌落。这类岩层基床在开挖后数天内塌落的情况是常见不鲜的。
d 节理带和断层带除非被附属的沉积矿物质充填，否则是没有抗拉强度的。节理的抗剪强度由下列因素决定，节理宽度、填充物（如果有的话）、局部糙率、更大规模的波形、节理面强度（风化影响）和出现的孔隙水。
e 穿过或沿隧洞的一个不连续体不能形成一个从顶、墙或面上塌落的块体。
图6-6。实例的不连续性（部分在Proctor和白1946）（续）
通常3个相互交错的不连续体才可形成松散的块体。然而重力能导致一个悬臂岩块因绕度和张力而遭到破坏，而且孔口周围的应力集中可导致整个岩体上的其它岩石沿相反方向破裂，即使仅有两个（组）不连续体也可能引起岩石崩塌。图6-6示出了断层和层面怎样影响隧洞稳定性的几个例子。
图6-6。（续）
参见英文原件第6-12页的图6-6。
f 如果在隧洞施工前就已经确定了岩层不连续体的倾向和位置就可通过图形技术或岩块理论来在理论上预测岩块的稳定性。不过对于长隧洞，这种方式并不可行。如果仅仅知道倾向，对岩层不连续性的间距和频率都有一种认识，那么就可以对岩体可能滑落的几率或频率进行评估。据此就可以合理的确定地面岩体加固，如系统锚杆、地面砂浆锚杆或锚筋等形式的必要性和这类地面支护的最有效支护方向。
g 当隧洞采用钻爆法开挖时，在周边的过大爆破能量就会给围岩带来破坏。这一破坏证明岩体本身就是松散和软弱的。如果爆破进行的很差而且没有控制，破坏区域就可延伸到一米到几米的距离。由于逸出气体的压力或爆破的动力和机械影响，节理和其它软弱层面都会临时或永久地展开，因而消除可能会存在的抗拉强度并减少剪切强度。爆破还会产生新的破碎。同时考虑到由于开挖造成的应力减小，所有这些影响都大大增加了岩体塌落的机率。因此，考虑爆破的不利影响需要对原本稳定的孔口进行大量的地面支护。
h 有节理的和其它破裂岩体可以用许多分类法进行分类，其中的一种分类法已经在第4章第4-4节中进行了讨论，即根据隧洞用途的太沙基岩体分类法。下面是对这种分类法的补充介绍。
i 为进行地下工程设计之目的，原状岩石可描述为这样的岩体其中不连续体的间隔为平均大约3到5个不连续体与隧洞相交。这样的例子有大块火成岩、大理石或带有宽间距节理的石英岩和未受构造岩、白云岩、石灰岩、页岩和砂岩扰动影响的沉积岩。
2 层理岩体。层理岩体是些带有明显分层的沉积岩和变质岩，岩面夹层中存在潜在的软弱面。片岩是典型的分层变质岩而且其软弱面还经常出现大的扭曲。
3 中度和高度节理岩体。这些岩体存在即便有但也不会多的软弱面，而且横越隧洞的节理数量为10到100个。岩体通常有1到3组节理，每组节理走向几乎平行，但各节理组彼此交叉形成一定的角度。这些岩体类别常常被称为厚层和巨厚层的岩体。
4 咬合的岩体。咬合的节理岩体可为中度或高度节理，但该节理紧密而且扭曲，由此使其固有的剪切强度很高。这类例子为某些玄武岩、溶灰岩、流纹岩，和其它因沉积之后迅速冷却而张裂会产生大量节理的岩石。咬合的节理岩体经常比较稳定，几乎不需要地面支护。
5 块状岩体和有缝岩体。块状岩体和有缝岩体的节理通常是软弱层面或片理产生。在沉积岩中，经常会发现一个或几个节理组，几乎和岩层面方向成直角。
6 破损和破碎岩体。包含岩石的绝大多数化学变化所生成的完整岩片，有的相互咬合而有的不咬合，这些破碎岩石有时局部愈合。断层带通常包含已经完全剪入低强度的夹泥和粘土材料中，形成断层泥。这类断层泥常常形成挤压条件。Karawankan工程的历史教训就是在断层带隧洞严重崩塌的一个典型例子，见框图6-1。描述分类时尚未提到的就是蚀变和风化的影响程度指标。如同早期就以发现的，风化不仅会对岩石节理强度有影响，而且还会对完整岩体本身的强度有影响。根据这些描述的地层支护建议，旨在用于钢支撑设计，是由太沙基创立的。这些建议详见第七章。
7 由应力影响造成的围岩破坏
a 在开挖地下孔洞之前，岩体内的应力处于平衡状态。开挖会减少或消除孔洞壁的正应力，同时通过应力集中增加切线方向的切应力一种类似于岩板内孔洞周围产生应力集中的影响。切应力的增加值与岩石强度、展延性和围岩的应力分布有关。
|
框图6-1实例研究：Karawanken隧道的塌陷 奥地利与斯罗尼亚之间的高速公路隧道建设于1987至1991年。该隧道长7.6公里，断面积90平方米，最大埋深接近1公里。该隧道在1988年施工期间经历了一次很大的塌方。该隧道跨越各类沉积岩，其范围从白云石和石灰岩到泥灰岩、泥页岩和砾岩。该地层由许多断层带严重褶皱并切割。 采用钻爆法进行开挖，每次爆破前进0.8～3.5米，由顶面清除80~150 米的台阶后开辟顶部工作面。在某些软弱区域采用两个台阶。地面支护包括厚度由50到250毫米不等的喷混凝土和根据岩石分类系统确定的岩栓和钢垫席以及钢拱。在碰到挤压地面时，在应用喷混凝土 的顶部留出了明槽来适应位移和岩石松弛。施工程序依赖于通过预排水实现的稳定性，预排水采用始于隧洞工作面的水平钻孔。 在斯罗纹尼亚与奥地利边界附近的3028桩号的接近最大埋深处出现了塌方。主要的事故情况如英文原件中的附图所示。 1.1988年12月23日：3010桩号的两个探孔遇水，溢出了大量的泥，水和水沙。 2.12月27日28日：5个放水孔排泄60升/秒的水，但很快崩塌。 3.1989年1月3日：间断后重新开始掘进，每轮进尺1.2米，放水排水。 4.1989年1月7日：在3028桩号一个顶部钻孔诱发涌水,夹带了150 立方米的材料。后来钻探了一个500毫米的排水孔。该孔拦存了200 立方米的材料,后来又增加了400立方米材料。 5.1989年1月8日:通过小药量爆破再次打开阻塞的这条500毫米的钻孔。由此又产生了更多的水和材料涌出。同一天的晚些时候工作面突然塌陷,堆积了约4000立方米的水和材料。 失事的原因被诊断为是至少下列因素的组合 1.宽断层带内包含充填了泥沙节理的破碎白云石; 2.在节理内清除泥沙材料造成了岩体松弛和侧限压力的损失; 3.岩体强度因水的软化、高水压(高大35巴）和减低的侧限压力而降低； 4.工作面的支护压力由开挖清除； 5.一个起作用的因素就是漫长的元旦假期，在此期间水和细小材料都经过工作面排放。 补救措施包括在隧洞内铺筑混凝土挡水墙、修建一条旁通，通过注浆铺筑一个5米厚的浆环并细心进行重新开挖。 如果能及时发现潜在的严重性，就可通过往整个的断层带宽度内注浆以便使其稳定而且不透水来避免出事。 参考文献：Maidl和Handke（1993）。
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[137435]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word |
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
