“深埋高水頭水工隧洞圍巖技術”攻克世界難題

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    近日，《深埋高水頭水工隧洞圍巖穩(wěn)定控制關鍵技術》榮獲國家能源科技進步一等獎。該技術成果提出了適用于極深埋條件下的地應力綜合分析方法，首創(chuàng)了深埋脆性巖石的無損取樣技術，解決了深埋條件下鉆孔采樣時巖樣損傷這一世界難題。

 
　　隧洞圍巖施工

　　我國水電資源豐富，但分布不均，絕大部分集中在西南地區(qū)，而西部地區(qū)典型的地形、地質(zhì)、環(huán)境和水力條件使得在大多數(shù)地下洞室群工程成為水電工程樞紐布置的必然選擇。

　　高應力及復雜的地質(zhì)條件在國內(nèi)外屬罕見，沒有相關可供借鑒的先例和工程經(jīng)驗我國科研人員經(jīng)過多年的刻苦攻關，提出并研發(fā)了深埋高水頭水工隧洞圍巖穩(wěn)定控制關鍵技術，取得了深埋長隧洞復雜初始條件精確描述、深埋長大硬巖隧洞圍巖穩(wěn)定分析、高應力條件下硬巖隧洞支護優(yōu)化、高外水壓力條件下水工隧洞永久運行安全等系列創(chuàng)新解決方案和成果，為水電站引水隧洞的順利貫通和安全運行提供了可靠的保障。

　　該技術成果提出了適用于極深埋條件下的地應力綜合分析方法，首創(chuàng)了深埋脆性巖石的無損取樣技術，解決了深埋條件下鉆孔采樣時巖樣損傷這一世界難題，揭示了脆-巖-塑轉(zhuǎn)換特性對大理巖破裂特征的影響，研發(fā)了能夠描述這種復雜峰后力學特征的本構(gòu)模型，建立了脆性巖體破裂擴展時間效應的力學描述方法，解決了深埋圍巖破裂損傷演化特征的描述難題。

　　該技術成果創(chuàng)新了深埋高應力條件下硬巖隧洞的監(jiān)測設計方法，提出了以應力測試為主、變形監(jiān)測為輔的監(jiān)測設計原則，成功實施了大型現(xiàn)場原位試驗，全面獲得了掌子面推進過程中的破裂損傷、應力、變形等圍巖開挖響應的動態(tài)演化過程，創(chuàng)新了深埋長大隧洞圍巖穩(wěn)定動態(tài)反饋分析流程，成功引入離散元和顆粒流程序到圍巖破裂行為的直接模擬分析中，實現(xiàn)了對圍巖開挖響應特征的全面捕捉和準確反饋。

　　針對保持圍壓是控制破裂和維持延性的關鍵因素，該技術成果提出了基于支護單元力學特性和工程適用性的支護設計原則，研發(fā)了滿足現(xiàn)場實際需求的支護新材料和新工藝，提高了應對高應力破裂問題時工程措施的針對性。開發(fā)了基于應力腐蝕理論的宏觀和細觀力學模型，解決了高應力下硬巖破裂時間效應的描述及評價技術難題，實現(xiàn)了對深埋硬巖隧洞長期穩(wěn)定性評價，提出的隧洞復合式承載結(jié)構(gòu)的設計方法，有效解決了高外水條件下隧洞永久運行安全問題。

　　通過水電站引水隧洞群建設的研究與實施，形成了深埋圍巖復雜初始條件的全新研究方法、深埋長大隧洞圍巖穩(wěn)定的全新分析方法和深埋高外水壓力下水工隧洞安全的全新解決方案，填補了我國在該技術領域中的空白，標志著我國在深埋高水頭隧洞設計技術處于國際前沿位置，為我國其他深部地下工程領域的開發(fā)樹立了信心。二級水電站引水隧洞的提前貫通和順利發(fā)電，直接經(jīng)濟達12.9億元?？商娲痣娔臧l(fā)電量239.6億kW.h，年節(jié)約燃煤1130萬t，有效減少了有害氣體的排放，具有巨大的生態(tài)環(huán)境效益。

　　研究成果除應用于水電工程外，還可廣泛應用于礦山、鐵路、核廢料儲存、輸水輸氣等地下工程領域。相信隨著國家科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的推廣，深埋高水頭水工隧洞圍巖穩(wěn)定控制關鍵技術必將有更進一步的發(fā)展，為確保“十二五”節(jié)能減排目標的實現(xiàn)提供強有力的技術支撐。