摘 要

第一章 绪论3

第二章 工程概况4

2.1白鹤滩水电站工程概况4

2.2导流洞工程概况4

2.3导流洞区工程地质概况6

2.3.1工程地质条件6

2.3.2工程特点6

2.3.3主要工程地质问题7

2.3.4柱状节理的几何结构特性8

第三章 导流洞开挖方法及爆破优化设计10

3.1 方案Ⅰ：正台阶法施工12

3.1.1 开挖分层高度12

3.1.2第Ⅰ层边墙技术性超挖13

3.1.3第Ⅰ层中导洞开挖13

3.1.4第Ⅰ层中导洞两侧跟进扩挖17

3.1.5第Ⅱ层爆破开挖19

3.1.6第Ⅱ层保护层爆破拆除23

第四章 导流洞支护设计25

4.1分段支护与分序支护25

4.1.1分序支护方案25

4.1.2分段支护方案26

4.2层间、层内错动带发育洞段支护对策分析26

4.3岩爆洞段支护对策分析27

4.3.1随机锚杆和喷钢纤维混凝土28

4.3.2岩壁喷水和布设应力释放孔28

4.3.3优化支护方案度过岩爆洞段29

4.4柱状节理洞段支护对策分析29

4.4.1导流隧洞第Ⅰ层中柱状节理洞段支护对策分析30

4.4.2导流隧洞第Ⅱ层中柱状节理洞段支护对策分析30

第五章 导流洞施工过程中不良地质段的处理措施31

5.1岩爆形成的分析与治理措施31

5.1.1岩爆形成的原因31

5.1.2岩爆频发洞段的基本特征32

5.1.3岩爆发生的预测32

5.1.4岩爆现象的应对处理措施33

5.2柱状节理洞段的处理措施34

5.3断层及层内、层间错动带的处理措施35

第六章 导流洞开挖施工监测及质量控制35

6.1围岩变形监测35

6.1.1监测断面的布设36

6.1.2反光板收敛监测断面测点布置36

6.2施工实体管理与质量控制36

6.2.1测量工作管理与控制36

6.2.2施工队伍管理与控制37

6.2.3导流洞开挖质量控制标准（规范）37

6.2.4样板工程质量控制标准38

6.2.5施工质量管理与控制措施39

6.3施工行为监测与质量管理40

6.3.1健全质量管理保障体系41

6.3.2健全质量管理保障制度41

6.3.3完备质量管理考核办法41

6.4导流隧洞施工质量控制工艺41

6.4.1第Ⅰ层分区开挖质量控制41

6.4.2第Ⅱ层分区开挖质量控制42

6.4.3第Ⅲ层分区开挖质量控制42

6.5导流洞不良地质段开挖质量控制42

6.5.1导流洞第Ⅰ层分区开挖不良地质段质量控制42

6.5.2导流洞第Ⅱ层分区开挖不良地质段质量控制42

第七章 结论43

参考文献44

致谢47

摘 要

本文以国家重点工程白鹤滩水电站为背景，以水电站两岸修筑的五条导流隧洞为重点分析对象，根据相关规范进行导流洞开挖爆破设计与爆破参数优化设计、支护方案的选择，着重分析导流洞区域内面临的如岩爆、层内和层间错动带、柱状节理岩体等不良地质条件和地质现象，详细说明它们对导流隧洞开挖与支护造成的影响，并从开挖方案选择、支护方案选择、突发应对措施、施工安全监测、工程质量控制等几个角度，分别阐述设计和施工过程中对于几种不良地质现象的应对和处理方案，以保证施工的安全、有序进行。

关键词：爆破设计，ANSYS/LS-DYNA，支护方案，岩爆，错动带，柱状节理岩体。

Abstract

In this paper, based on the national key project Baihe Beach hydropower station, the five diversion tunnels built on both sides of the hydropower station are taken as the key analysis objects. On the one hand, according to the relevant norms, the blasting design of the diversion tunnel, the optimization design of blasting parameters and the selection of the support scheme are carried out. On the other hand, the rock burst, the interlayer and the interlayer in the diversion tunnel area are emphatically analyzed. The adverse geological conditions and geological phenomena such as the fault belt and the columnar jointed rock mass are described in detail, and the influence of them on the excavation and support of the diversion tunnel is explained in detail. And several angles such as the selection of the excavation scheme, the selection of the support scheme, the emergency response measures, the safety monitoring of the construction, the quality control of the construction and so on, are described in the design and construction process respectively. For several adverse geological phenomena of coping and treatment plan, in order to ensure the safety and orderly construction.

Key words: Blasting design, ANSYS/LS-DYNA, Support scheme, Rock pressure burst, Dislocation belt, Columnar jointed rock mass.

第一章 绪论

水电作为可再生的清洁能源，在我国能源发展史中占有极其重要的地位。进入二十一世纪以来，我国从能源的可持续供应、西部大开发等角度考虑，确定了优先开发水利水电的方针政策和发展方向，我国水电进入加速发展时期。

目前，我国的水利水电工程建设主要集中于西南高山峡谷地区，在该地区二叠系上统峨眉山玄武岩分布范围较广，柱状节理作为玄武岩的特殊岩体结构也大量揭露出来，比如金沙江白鹤滩水电站、洛溪渡水电站、大户和铜街子水电站等工程均有玄武岩柱状节理岩体揭露，其中又以金沙江白鹤滩水电站的柱状节理岩体最为典型。

白鹤滩水电站导流隧洞开挖断面大，洞挖土石方总工程量达258.82万立方米，开挖工期仅为11个月，工期紧，施工强度极高。且施工区域内不良地质情况分布广泛，施工难度大，其过程中解决和克服的高地应力引发岩爆、层内与层间错动带、柱状节理岩体等不良地质条件，改进并采用科学的开挖支护方案，创造了惊人的每月40.65万立方米的开挖记录，可以为同类工程提供良好的借鉴（见图1）。

图1 白鹤滩水电站全景

本文将以国家重点工程白鹤滩水电站为背景，以水电站两岸修筑的五条导流隧洞为重点分析对象，进行导流洞开挖爆破设计与爆破参数优化，支护方案的选择，着重分析导流洞区域内面临的如岩爆、层内和层间错动带、柱状节理岩体等不良地质条件和地质现象，说明它们对导流隧洞开挖与支护造成的影响，并从开挖方案选择、支护方案选择、突发应对措施、施工安全监测、工程质量控制等几个角度，分别阐述设计和施工过程中对于几种不良地质现象的应对和处理方案，以保证施工的安全、有序进行。

在本次设计与分析中，我们将回顾并且综合应用大学阶段所学到的岩石力学、土力学、岩土工程开挖与爆破、数值计算、土木工程施工、工程地质、结构力学、材料力学、工程项目管理等学科的知识，是一次对于专业知识的综合实践和延伸，培养我们的设计、计算、绘图、管理等方面的综合能力，以及实事求是、刻苦钻研、勇于创新的科学精神与工作态度。

第二章 工程概况

2.1白鹤滩水电站工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游的四川省宁南县跑马乡与云南省巧家县大寨镇交界的峡谷中，距巧家县城45km，是金沙江下游四个梯级水电站中的第二级，上游距乌东德水电站坝址约182km，下游距洛溪渡水电站195km。白鹤滩水电站由地下厂房、两岸山体泄洪洞、混凝土双曲拱坝等建筑物共同组成，大坝高约289m，正常蓄水位825.0m，总库容，初拟电站装机总容量1600MW，共安装16台单机kW水轮发电机组，左、右岸各布置八台，多年平均发电量kW·h，将是继长江三峡水电站和洛溪渡水电站之后有一座千万千瓦级巨型水电工程。坝基面平均海拔660m左右，全年平均气温在以上，夏季温度高达。地下工程部分包括左右岸地下洞室群，分别各包括主厂房、主变室、调压室、尾闸室、导流洞、引水隧洞、尾水洞和先期开挖的五条导流洞等。白鹤滩水电站是我国第二大在建水电站工程，也是我国西电东送的骨干电源点。电站以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益。

金沙江总体流向为由南向北，白鹤滩水电站坝区属中山峡谷地貌，河谷呈一典型不对称的“V”字形河谷，坝址为单斜地层，岩层主要为二叠系上统峨眉山组玄武岩，岩层倾向SE，倾角。玄武岩岩性主要分为斜斑玄武岩、隐晶玄武岩、柱状节理玄武岩、杏仁状玄武岩、角砾熔岩、凝灰岩等六种。右岸岸坡顶部露出三叠系下统飞仙关组泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及少量砂岩。

2.2导流洞工程概况

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