1、单击此处添加副标题内容21世纪的地下工程地下工程地下工程人类未来的工程人类未来的工程李 宁西安理工大学水利水电学院岩土工程研究所中科院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室公路隧洞公路隧洞铁路隧洞铁路隧洞过江隧道过江隧道过海隧道过海隧道交通工程交通工程冶金矿井冶金矿井煤矿矿井煤矿矿井矿井工程矿井工程石油工程：油井石油工程：油井城市地下管线工程城市地下管线工程城市地下铁道城市地下铁道城市地下排污城市地下排污建筑物地下基础建筑物地下基础地下油库地下油库地下停车场地下停车场地下商场、地下游乐场等地下商场、地下游乐场等市政工程市政工程地下工程地下工程地下发电厂房、地下变电站地下发电厂房、地下变
2、电站地下泵站地下泵站导流洞、泄水洞、引水洞、溢洪洞等导流洞、泄水洞、引水洞、溢洪洞等防空洞、地下医院、地下粮库等防空洞、地下医院、地下粮库等地下通道、地下输油管、地下商店等地下通道、地下输油管、地下商店等地下指挥部地下指挥部地下飞机库地下飞机库地下舰艇库地下舰艇库地下弹药库地下弹药库地下核废料处理场地下核废料处理场水利工程水利工程人防工程人防工程国防工程国防工程地下工程地下工程“城市病城市病”的主要症状：的主要症状：土地紧张土地紧张 生存空间拥挤生存空间拥挤 交通堵塞交通堵塞 基础落后基础落后 生态失衡生态失衡 环境恶化环境恶化 根治城市病的良方根治城市病的良方 城市可持续发展的必由之路城市可
3、持续发展的必由之路 减缓我国城市拥挤状况减缓我国城市拥挤状况 城市化水平迅速提高城市化水平迅速提高 89年年20，2000年年35.7，20l0年年45 城市总数增加城市总数增加 预计从目前预计从目前640个增至个增至2010年年4000个，人个，人口达口达4.5-6.3亿亿 城市占地（卫星监测）：城市占地（卫星监测）：86-96年年10年间，年间，31个特大城市城区占地个特大城市城区占地扩大扩大50.2 耕地急剧减少，只有世界人均的耕地急剧减少，只有世界人均的l/4莫斯科莫斯科44 m2，伦敦伦敦22.8 m2，巴黎巴黎25 m2我国城市人均绿化面积仅我国城市人均绿化面积仅3.9m2，上海仅
4、上海仅0.9 m2国家绿化卫生标准国家绿化卫生标准10m2，规划规划2000年达到年达到7m2 联合国建议：城市人均绿化地应达联合国建议：城市人均绿化地应达40m2 城市人口密度城市人口密度2万人万人/km2为拥挤限为拥挤限 上海上海4万人万人/km2，局部地区局部地区16万人万人/km2，北京北京2.7万人万人/km2，均为世界之首均为世界之首减轻或消除城市交通阻塞减轻或消除城市交通阻塞 由于交通拥塞使行车速度缓慢由于交通拥塞使行车速度缓慢 北京市干道平均车速比北京市干道平均车速比10年前降低年前降低50以上，每以上，每年以年以2km/h的速度递减的速度递减 道路拥挤使车辆阻塞道路拥挤使车辆
5、阻塞 北京市区北京市区18万个路口中，严重阻塞的达万个路口中，严重阻塞的达60，阻，阻塞时间达半小时以上塞时间达半小时以上 人均道路面积太少人均道路面积太少 东京东京 人均道路面积人均道路面积11.3m2，占城市面积占城市面积15 巴黎巴黎 人均道路面积人均道路面积7.32 m2，占城市面积占城市面积15 莫斯科莫斯科 人均道路面积人均道路面积9.10 m2，占城市面积占城市面积8.12 伦敦伦敦 人均道路面积人均道路面积21.3 m2，占城市面积占城市面积9.3 纽约纽约 人均道路面积人均道路面积13.4 m2，占城市面积占城市面积12.38 北京北京 人均道路面积人均道路面积4.4 m2，
6、占城市面积占城市面积8.4 上海上海 人均道路面积人均道路面积1.6 m2，占城市面积占城市面积8.3 每公里汽车拥有量每公里汽车拥有量 北京北京345辆，上海辆，上海506辆，为发达国家的数倍辆，为发达国家的数倍 20年来，北京道路面积仅增加年来，北京道路面积仅增加0.6倍，而车辆增加倍，而车辆增加10倍，达倍，达111万辆万辆 发达国家解决城市发达国家解决城市“交通难交通难”问题的根本是发展问题的根本是发展以地下铁道为主的高效益、低能耗、轻污染的轨道交以地下铁道为主的高效益、低能耗、轻污染的轨道交通通！改善城市环境改善城市环境 大气污染严重大气污染严重 北京、沈阳、西安、上海、广州被列为世
7、界十大北京、沈阳、西安、上海、广州被列为世界十大污染最严重的城市污染最严重的城市 全国全国500多座城市的大气量达不到一级标准的多座城市的大气量达不到一级标准的1 酸雨面积超过国土面积酸雨面积超过国土面积40 城市污水城市污水80未经处理排人江河未经处理排人江河 城市河段水质超过城市河段水质超过3级标准已占级标准已占78 城市地下水受到污染的已占城市地下水受到污染的已占50以上以上 全国饮用污染超标水的人数已达全国饮用污染超标水的人数已达7-8亿亿 发达国家的经验发达国家的经验建立（包括修建地下垃圾建立（包括修建地下垃圾收集管道系统）多功能公用隧道收集管道系统）多功能公用隧道城市共同沟城市共同
8、沟 修建地下垃圾焚烧厂，以减量化、无害化、资修建地下垃圾焚烧厂，以减量化、无害化、资源化处理垃圾源化处理垃圾 垃圾围城现象普遍垃圾围城现象普遍 全国每年生活垃圾全国每年生活垃圾1.46亿吨，且每年递增亿吨，且每年递增10，得到处理的仅得到处理的仅2.3，堆有量高达，堆有量高达60多亿吨，占地多亿吨，占地30多万亩多万亩 抵御自然灾害与战争危险抵御自然灾害与战争危险 地震使地面建筑倒塌，地面交通瘫痪地震使地面建筑倒塌，地面交通瘫痪 坂神地震使高架桥倒塌而影响及时救护，使死亡坂神地震使高架桥倒塌而影响及时救护，使死亡人数达人数达4000多人多人 飓风、台风、火灾、高温、热浪、寒流、冰雹、飓风、台风
9、、火灾、高温、热浪、寒流、冰雹、辐射等自然灾害使地面建筑最易受到影响辐射等自然灾害使地面建筑最易受到影响 局部战争的常规空袭，将给超密集人口的城市造局部战争的常规空袭，将给超密集人口的城市造成重大损失成重大损失 交通中断，人与车进不去、出不来，如北京的二交通中断，人与车进不去、出不来，如北京的二环、三环路环、三环路 全面战争的核打击将使无地下掩体、地下空间全面战争的核打击将使无地下掩体、地下空间的城市化为灰烬的城市化为灰烬 敌国很可能对无地下人防工程的城市进行威慑敌国很可能对无地下人防工程的城市进行威慑与要挟与要挟 南联盟独战北约十几个军事强国主要依靠了完南联盟独战北约十几个军事强国主要依靠了
10、完备的地下防空设施备的地下防空设施 彗星撞击地球表面海洋彗星撞击地球表面海洋彗星撞击地球表面海洋彗星撞击地球表面海洋彗星撞击地球表面海洋彗星撞击地球表面海洋彗星碎块撞击地球场景彗星碎块撞击地球场景北方调水工程的根本手段北方调水工程的根本手段 全国北方大、中城市几乎全部缺水全国北方大、中城市几乎全部缺水 城市引水工程城市引水工程 南水北调工程南水北调工程 东线、中线、西线东线、中线、西线 大西线工程大西线工程再造一个中国再造一个中国 公路、铁路工程的咽喉公路、铁路工程的咽喉 水电工程的重要部分水电工程的重要部分 发达国家的首都基本已形成了完备的城市地铁发达国家的首都基本已形成了完备的城市地铁交通
11、网交通网 各发达国家均建有种种地下油库、飞机库、舰各发达国家均建有种种地下油库、飞机库、舰艇库等艇库等 已建的著名地下工程：已建的著名地下工程：挪威奥林匹克岩石地下体育场挪威奥林匹克岩石地下体育场 61m25m91m超大型地下建筑物超大型地下建筑物 澳大利亚悉尼歌剧院地下停车场澳大利亚悉尼歌剧院地下停车场 12层，上覆岩层仅层，上覆岩层仅7m 美国堪萨斯市地下商业中心美国堪萨斯市地下商业中心 30万平方英尺万平方英尺 日本青函隧道经过日本青函隧道经过25年的勘察研究年的勘察研究 长达长达24年艰难施工，年艰难施工，1988年建成年建成“世界上最长世界上最长的（的（53.85km）”的轻津海峡隧
12、道的轻津海峡隧道 地层加固注浆用水泥水玻璃地层加固注浆用水泥水玻璃84.7万万m3，喷射混喷射混凝土凝土22.9万万m3 共耗资共耗资5000多亿日元多亿日元 另一个重要的世纪性工程是英吉利海底隧道另一个重要的世纪性工程是英吉利海底隧道 总长约总长约50km，海底部分约海底部分约38km 1986年开工，年开工，1993年年12月建成通车，历经月建成通车，历经7年年7个月个月 南线、北线及服务隧道，直径南线、北线及服务隧道，直径7.6-10.0m 预算总造价预算总造价57亿英磅亿英磅 我国已建的水利工程隧道，总长近我国已建的水利工程隧道，总长近300km 我国已建的铁路隧道，总长已超过我国已建
13、的铁路隧道，总长已超过2100km 地下第一层地下第一层3-5m，布置公共事业管网的干线布置公共事业管网的干线支线，共同沟支线，共同沟 地下第二层深度地下第二层深度6-10m，地下步行商业街，地地下步行商业街，地下停车场，地铁车站，地下文化娱乐厅等下停车场，地铁车站，地下文化娱乐厅等 地下第三层地下第三层10-30m，地下铁道区间隧道，地地下铁道区间隧道，地下河（排水沟渠），立型地下停车场，地下垃圾收下河（排水沟渠），立型地下停车场，地下垃圾收集站，加工场集站，加工场 发达国家城市地下空间的开发已具规模发达国家城市地下空间的开发已具规模 东京、横滨、大阪、名古屋等八大城市，东京、横滨、大阪、名
14、古屋等八大城市，地下铁路营运总里程达地下铁路营运总里程达500多多km 各大城市有地下街各大城市有地下街82处，面积处，面积110万万m2（含含在建工程在建工程17.6万万m2）地下机动车停车场地下机动车停车场152所，占停车场总数的所，占停车场总数的43 可停车可停车30万辆以上，占总停车所的万辆以上，占总停车所的50 地下自行车停车场地下自行车停车场50处，可停放处，可停放3万辆以上万辆以上 49个城市建有共同沟个城市建有共同沟，总长总长300km 日本城市地下空间利用已达到相当规模日本城市地下空间利用已达到相当规模 日本学者在日本学者在80年代提出了建立封闭性城市再循环年代提出了建立封闭
15、性城市再循环系统，建立一个大深度城市基础设施复合干线的新思系统，建立一个大深度城市基础设施复合干线的新思路路 干线为直径干线为直径10-15m的管线、铁路道路的综合的管线、铁路道路的综合廊道廊道 埋深在地下埋深在地下50-100m 主干线和相交节点覆盖整个东京主干线和相交节点覆盖整个东京23个区个区 节点间距节点间距2.5-3.5km 每一个节点形成一个地下生活、娱乐、商业每一个节点形成一个地下生活、娱乐、商业综合体综合体 除了几乎所有发达国家的首都等大、中城市除了几乎所有发达国家的首都等大、中城市建有地铁外建有地铁外 日均客运量日均客运量220万人次左右万人次左右 1994年香港地铁总收人年
16、香港地铁总收人51.3亿港元亿港元 当年利润为当年利润为10.38亿港元亿港元 还有还有26个发展中国家的个发展中国家的35个城市正在建设个城市正在建设和筹备建设地下铁道和筹备建设地下铁道 开罗、平壤等开罗、平壤等19个城市运营个城市运营730km地铁线地铁线路，占世界地铁总线路的路，占世界地铁总线路的14 从从80年代香港开始修建地铁，现已有三条地年代香港开始修建地铁，现已有三条地铁线总长铁线总长43.2km 83年联合国通过了利用地下空间的决议年联合国通过了利用地下空间的决议 各国都日益重视地下空间和地下工程的开发与各国都日益重视地下空间和地下工程的开发与利用利用 号召人们号召人们“往深处
17、想往深处想”!将地下岩体当成新型的将地下岩体当成新型的“国土资源国土资源”看待看待 将地下将地下“工程工程”改称地下改称地下“工业工业”科学家预测科学家预测 二十一世纪末将有二十一世纪末将有1/3的人口穴居地下的人口穴居地下 当今发达国家的城市已把地下空间开发利用作当今发达国家的城市已把地下空间开发利用作为解决城市人口、环境、资源三大危机的重要设施为解决城市人口、环境、资源三大危机的重要设施和医治和医治“城市综合症城市综合症”、实施可持续发展的重要途、实施可持续发展的重要途径！径！1 1世界范围内海底隧道热正在兴起世界范围内海底隧道热正在兴起 日韩两国正在筹建穿越对马海峡隧道日韩两国正在筹建穿
18、越对马海峡隧道 俄国与日本计划在鞑靼海峡和宗谷海峡开挖俄国与日本计划在鞑靼海峡和宗谷海峡开挖海底隧道（海底隧道（50km）美国、俄国、加拿大计划在白令海峡修建海美国、俄国、加拿大计划在白令海峡修建海底隧道（底隧道（90km，埋深埋深60m）联合国计划在直布罗陀海峡修建海底隧道联合国计划在直布罗陀海峡修建海底隧道 将非洲与欧洲连接起来将非洲与欧洲连接起来 日本拟建的地下飞机场日本拟建的地下飞机场 在市中心地表下在市中心地表下50-150m深处深处 欧洲高速铁路网现已近欧洲高速铁路网现已近2万公里万公里 相关的隧道工程有相关的隧道工程有 丹麦大贝尔特海峡海底铁路隧道丹麦大贝尔特海峡海底铁路隧道 丹
19、麦与瑞典的海峡海底铁路隧道丹麦与瑞典的海峡海底铁路隧道 丹麦与德国本土的海峡海底铁路隧道丹麦与德国本土的海峡海底铁路隧道 里昂里昂-米兰穿越阿尔卑斯山的铁路隧道米兰穿越阿尔卑斯山的铁路隧道 全长全长54km 瑞士瑞士Gotthard铁路隧道铁路隧道 全长全长50km，埋深埋深2000m 希腊希腊EvinosMornos水工隧道水工隧道 长长30km，高地应力区高地应力区 此外在马六甲海峡、选他海峡、博斯普斯海此外在马六甲海峡、选他海峡、博斯普斯海峡、间宫海峡等都在进行海底隧道的规划和调查峡、间宫海峡等都在进行海底隧道的规划和调查 我国国内除对琼州海峡隧道完成可行性研究以外我国国内除对琼州海峡隧
20、道完成可行性研究以外 不少有识之士提出了跨越渤海湾的南桥北隧不少有识之士提出了跨越渤海湾的南桥北隧固定联络道固定联络道 跨越长江入海口连接上海跨越长江入海口连接上海-祟明祟明-启东江底隧道启东江底隧道 京沪、京广高速铁路跨越长江、南京和武汉京沪、京广高速铁路跨越长江、南京和武汉的沉管隧道的沉管隧道 有人甚至提出了兴建台湾海峡的隧道设想有人甚至提出了兴建台湾海峡的隧道设想 海峡隧道以它全天候、大运输量、低耗量、海峡隧道以它全天候、大运输量、低耗量、安全高效等优点占有优势安全高效等优点占有优势 221世纪我国的城市地铁与交通工程世纪我国的城市地铁与交通工程 当人均国民生产总值超过当人均国民生产总值
21、超过500美元，才能开发美元，才能开发利用地下空间利用地下空间 人均国民生产总值超过人均国民生产总值超过l000美元，开发利美元，开发利用地下空间达到高潮用地下空间达到高潮 现阶段我国人均生产总值已超过现阶段我国人均生产总值已超过600美元美元 沿海地区人均国民生产总值超过沿海地区人均国民生产总值超过1000美元、美元、上海则超过上海则超过5000美元美元 我国人口众多，土地资源短缺，仅为世界我国人口众多，土地资源短缺，仅为世界水平的水平的l/3 我国一些大城市人口众多，交通拥挤我国一些大城市人口众多，交通拥挤 进人进人90年代，我国大城市地价急剧上升年代，我国大城市地价急剧上升 北京三环线以
22、内土地价格达到每平方米万元以北京三环线以内土地价格达到每平方米万元以上上 上海市中心地段达到每平方米楼面价上海市中心地段达到每平方米楼面价880美元美元 因为土地费每平方米造价已大大超过每平方米因为土地费每平方米造价已大大超过每平方米的地下建筑造价的地下建筑造价 城市浅层地下建筑造价不到地面建筑造价的城市浅层地下建筑造价不到地面建筑造价的3-4倍倍 开发地下空间具有很大吸引力开发地下空间具有很大吸引力 环境污染的程度不亚于发达国家环境污染的程度不亚于发达国家60年代经济高年代经济高速发展的城市速发展的城市 城市地下空间是一个十分巨大而丰富的城市地下空间是一个十分巨大而丰富的“空空间资源间资源”
23、一个城市可发展利用的地下空间资源量一个城市可发展利用的地下空间资源量 一般是城市的总面积乘以开发深度的一般是城市的总面积乘以开发深度的40 北京地下空间资源量为北京地下空间资源量为1193亿亿m3，可提供可提供64亿亿 m2的建筑面积，将大大超过北京市现有建筑面积的建筑面积，将大大超过北京市现有建筑面积 大连市其城市地下空间可提供建筑面积大连市其城市地下空间可提供建筑面积1.94亿亿m2 超过现有大连市房屋建筑面积超过现有大连市房屋建筑面积（5921万万m2）北京地铁路网规划，由原来北京地铁路网规划，由原来8条线条线263km增至增至12条条300km 上海将建设约上海将建设约562km的有效
24、交通线的有效交通线 其中其中11条地铁线约条地铁线约385km，10条轻轨约条轻轨约177km 未来的天津市市区快速轨道交通主要为环线未来的天津市市区快速轨道交通主要为环线-放放射线形路网格局射线形路网格局 其中地下铁路长其中地下铁路长l06km 深圳市规划的整个轨道交通网总里程约深圳市规划的整个轨道交通网总里程约254km 总站数为总站数为l05个，总投资约个，总投资约785亿人民币亿人民币 沈阳市城市交通体系规划概括为：沈阳市城市交通体系规划概括为：“三环三环”、“四轨四轨”、“五快五快”和和“十四射十四射”重庆市的轨道交通路网线路总长重庆市的轨道交通路网线路总长44.5km 其中其中l号
25、线自朝天门至沙坪坝全长号线自朝天门至沙坪坝全长16.4km，95在隧道运行在隧道运行 南京市的地铁及快速轨道交通网规划南京市的地铁及快速轨道交通网规划 主城区地铁线路网由四条线组成主城区地铁线路网由四条线组成 青岛市地下铁路网初步规划青岛市地下铁路网初步规划 由南北线、东西线和环线组成由南北线、东西线和环线组成 总长总长48km地铁地铁1号线已全线开工号线已全线开工 全长全长160.7 km，其中高架线其中高架线66km，地下线地下线95km 广州市地铁规划广州市地铁规划 有有7条快速轨道交通线，总长条快速轨道交通线，总长206.5km 除此以外，成都、武汉、哈尔滨、杭州、长春、除此以外，成都
26、、武汉、哈尔滨、杭州、长春、鞍山、大连、兰州、佛山等城市鞍山、大连、兰州、佛山等城市 都完成了市区地铁轨道交通的路网规划、都完成了市区地铁轨道交通的路网规划、客客流预测可行性报告、总体方案、有的还做了初步设流预测可行性报告、总体方案、有的还做了初步设计计 其中：地铁其中：地铁l号线总长号线总长18.47km 地铁地铁2号线全长号线全长23.2km，并于并于1998年年5月立项月立项3二十一世纪我国的水利水电地下工程二十一世纪我国的水利水电地下工程 在建的三峡水利工程，装机在建的三峡水利工程，装机1820万万kw，耗耗资资300-400亿美元亿美元 我国拟建的南水北调西线工程我国拟建的南水北调西
27、线工程 最长的隧道达最长的隧道达131km，海拔海拔3000-5000m 可开发的为可开发的为3.79亿亿kw，已开发的还不到其已开发的还不到其10 目前在建的大中型水电项目目前在建的大中型水电项目30多个，建设多个，建设规模规模2300万万kw 计划到计划到2000年水电开发达年水电开发达8000万万kw，占全占全国电力总装机的国电力总装机的l/4 我国的水利资源居世界第一，总蕴藏量我国的水利资源居世界第一，总蕴藏量6.67亿亿kw 计划在二十一世纪建成十二个大型水电站基地计划在二十一世纪建成十二个大型水电站基地（1）金沙江（）金沙江（4789万万kw）、（）、（2）雅龚江（雅龚江（1940
28、万万kw）、（）、（3）大渡河（大渡河（1805万万kw）、（）、（4）乌江乌江（867万万kw）、（）、（5）长江上游（长江上游（2831.6万万kw）、）、（6）南盘江、红水河（南盘江、红水河（1312万万kw）、（）、（7）澜沧江澜沧江干流（干流（2137万万kw）、（）、（8）黄河上游（黄河上游（1415万万kw）、）、（9）黄河中游北干流（黄河中游北干流（609万万kw）、（）、（10）闽、浙、闽、浙、赣（赣（1416万万kw）、（）、（11）东北（东北（1131万万kw）合计合计：2.1亿亿kw，年发电量年发电量9945亿度亿度 4二十一世纪新能源的开发二十一世纪新能源的开发地下高
29、温地下高温岩体能源岩体能源 世界上最干净、最丰富的能源世界上最干净、最丰富的能源 是全球石油、天然气、煤总蕴藏量的是全球石油、天然气、煤总蕴藏量的30倍倍 岩石（材料）力学与岩体（结构）力学的发展岩石（材料）力学与岩体（结构）力学的发展应该相互协调应该相互协调 工程应用工程应用岩体岩体结构面的力学性质研究结构面的力学性质研究 裂隙岩样制作的困难裂隙岩样制作的困难 地下工程的飞速发展，对作为工程设计与施地下工程的飞速发展，对作为工程设计与施工基础理论的岩石力学的发展提出了新要求工基础理论的岩石力学的发展提出了新要求 岩体现场测试技术有待完善与提高岩体现场测试技术有待完善与提高 直接测试技术直接测
30、试技术 非直接测试技术非直接测试技术 反分析方法的发展反分析方法的发展 岩体力学理论基础的发展有待突破岩体力学理论基础的发展有待突破 连续统力学体系连续统力学体系散体力学散体力学半连续半连续体力学体系的建立体力学体系的建立 岩体力学解决地下工程问题的思路有待进一步岩体力学解决地下工程问题的思路有待进一步开拓开拓 裂隙化围岩强度的分形特征裂隙化围岩强度的分形特征 裂隙化围岩在动载下的混沌特征裂隙化围岩在动载下的混沌特征 渗流等作用下围岩结构面强度的突变特征渗流等作用下围岩结构面强度的突变特征 围岩变形压力围岩变形压力支护系统关系的分岔特征支护系统关系的分岔特征 围岩强度理论、塑性理论、损伤理论的
31、模糊围岩强度理论、塑性理论、损伤理论的模糊特征特征 围岩与支护系统稳定性分析的灰色系统理论围岩与支护系统稳定性分析的灰色系统理论 围岩与支护系统优化设计的专家系统围岩与支护系统优化设计的专家系统 围岩与支护系统优化设计的智能化神经元法围岩与支护系统优化设计的智能化神经元法 围岩与支护系统优化设计的智能化遗传算法围岩与支护系统优化设计的智能化遗传算法 当前地下工程设计与施工中存在的问题当前地下工程设计与施工中存在的问题 设计理论、实践发展与规范不协调设计理论、实践发展与规范不协调 分析思路分析思路新奥法与山岩压力设计理论新奥法与山岩压力设计理论 分析方法分析方法有限元法与结构力学法有限元法与结构
32、力学法 分析结果分析结果支护、衬砌的设计指标支护、衬砌的设计指标 施工技术与设计理论、设计方法不相符合施工技术与设计理论、设计方法不相符合 爆破设计与施工技术爆破设计与施工技术 喷锚支护作用的时机喷锚支护作用的时机 监测手段、技术的相对落后监测手段、技术的相对落后 回填灌浆回填灌浆 衬砌的浇筑质量、温度控制等衬砌的浇筑质量、温度控制等紫坪铺工程导流洞、泄洪洞交叉段仿真分析实紫坪铺工程导流洞、泄洪洞交叉段仿真分析实例例（水利部四川省水利水电勘测设计研究院）（水利部四川省水利水电勘测设计研究院）溪洛渡导流洞群开挖与支护优化设计仿真分析溪洛渡导流洞群开挖与支护优化设计仿真分析实例实例（国家电力公司成
33、都勘测设计研究院）（国家电力公司成都勘测设计研究院）龙滩导流洞断层破碎带围岩稳定性与支护加固龙滩导流洞断层破碎带围岩稳定性与支护加固方案仿真分析实例方案仿真分析实例（国家电力公司长沙勘测设计研究院）（国家电力公司长沙勘测设计研究院）顶山隧洞泥质围岩顶山隧洞泥质围岩TBM开挖与支护仿真分析实开挖与支护仿真分析实例例（水利部新疆自治区水利水电勘测设计研究院）（水利部新疆自治区水利水电勘测设计研究院）紫坪铺工程导流洞、泄洪洞交叉段紫坪铺工程导流洞、泄洪洞交叉段 仿真分析实例仿真分析实例 紫坪铺水利枢纽工程是西部大开发基础建设十大项目之一。工程位于岷江上游映秀至都江堰河段，主体工程由高为156 m的面
34、板堆石坝、坝后地面厂房（4台机组）、开敞式溢洪道、4条引水发电隧洞、1条冲砂隧洞和两条由导流隧洞改造而成的泄洪排砂隧洞组成。委托方：水利部四川省水利水电勘测设计研究院委托方：水利部四川省水利水电勘测设计研究院完成时间：完成时间：1999.62000.51#、2#两条导流洞横穿右岸条形山脊，均为马蹄型断面。过水断面尺寸均为10.7 m10.7 m，最大开挖洞径均为14.0 m。导流洞在不同洞段和不同高程穿越了L9层间剪切破碎带、F3断层破碎带、向斜轴部和旧煤洞采空区上百米的断层地段，洞室围岩十分破碎，地下水丰富，施工期围岩稳定性极差。有限单元模型导流洞开挖后围岩塑性区泄洪洞施工期围岩应力场泄洪洞
35、施工期围岩位移场泄洪洞施工期围岩位塑性区v导流洞的先期开挖引起围岩应力变形场的高度集导流洞的先期开挖引起围岩应力变形场的高度集中，使后期泄洪洞的开挖释放荷载急剧增大，造中，使后期泄洪洞的开挖释放荷载急剧增大，造成泄洪洞喷层内力在一定范围内的恶化，局部产成泄洪洞喷层内力在一定范围内的恶化，局部产生了约生了约2.02.0MPaMPa的拉应力，但按本文建议的喷钢纤的拉应力，但按本文建议的喷钢纤维混凝土层并适当加设随机锚杆，即可保证围岩维混凝土层并适当加设随机锚杆，即可保证围岩与喷层的稳定。与喷层的稳定。主要结论主要结论 溪洛渡导流洞群开挖与支护优化设计溪洛渡导流洞群开挖与支护优化设计 仿真分析实例仿
36、真分析实例溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县交界处，属金沙江下段，是一座以发电为主兼有防洪、拦沙、漂木、航运等综合效益的巨型水电站。委托方：国家电力公司成都勘测设计研究院委托方：国家电力公司成都勘测设计研究院完成时间：完成时间：2000.62000.12溪洛渡水电站施工导流采用左、右岸对称布置6条导流隧洞的方案，隧洞断面尺寸18m20m。设计了两种施工方案，即三条导流洞同时开挖和先开挖1#、3#导流洞，后开挖2#导流洞。有限元分析模型喷层、锚杆模型开挖后围岩应力场开挖后喷层轴力图开挖后喷层弯矩分布开挖后围岩主应力等值线开挖后围岩塑性区v按设计的洞间距施工，三洞之间存在一定的相互按设计的
37、洞间距施工，三洞之间存在一定的相互影响。影响。v按方案按方案2进行开挖围岩应力小约进行开挖围岩应力小约10%，1#、3#导导流洞喷层的轴力值稍大，而流洞喷层的轴力值稍大，而2#导流洞喷层的轴力导流洞喷层的轴力值稍小，大小变幅在值稍小，大小变幅在10%左右。从加固件最终的左右。从加固件最终的受力状态看，则应选择方案二，即先开挖受力状态看，则应选择方案二，即先开挖1#、3#导流洞，导流洞，2#导流洞滞后导流洞滞后1#、3#导流洞掌子面导流洞掌子面12倍洞径以内进行开挖。倍洞径以内进行开挖。主要结论主要结论 龙滩导流洞断层破碎带围岩稳定性与龙滩导流洞断层破碎带围岩稳定性与 支护加固方案仿真分析实例支
38、护加固方案仿真分析实例龙滩水电站枢纽主要由碾压混凝土重力坝、泄洪建筑物、通航建筑物及引水发电系统组成。龙滩导流洞设计具有：规模大；高边坡问题突出；与永久建筑物关系密切；地质条件差；外水压力较高等特点。委托方：国家电力公司中南勘测设计研究院委托方：国家电力公司中南勘测设计研究院完成时间：完成时间：2000.102001.5左洞进口开挖临近倾倒蠕变体，F4断层斜贯穿隧洞口，对开挖极为不利。沿洞线III类围岩占58.2，IV类围岩占11.2，共穿越断层22条，规模较大的有4条。右岸隧洞穿过16条断层，IVV类围岩占19.5。龙滩水电站枢纽左右岸分别布置1条导流隧洞。左岸导流洞共穿越断层22条，规模较
39、大的有4条。导流洞施工期支护采用喷锚联合支护，分三层开挖，开挖一层支护一层。第一步开挖后喷层变形图第一步开挖后围岩塑性区第一步开挖后喷层轴力图第一步开挖后喷层弯矩图第二步开挖后围岩塑性区第二步开挖后喷层变形图第二步开挖后喷层轴力图第二步开挖后喷层弯矩图开挖完成后喷层变形图主要结论主要结论断层对喷层和衬砌的受力影响很大，使喷层最大压应力由通常的56MPa增大到16MPa，必须对断层进行处理。建议针对实际情况，沿断层两边布置外八字形随机锚杆并灌浆，将断层破碎带岩石与较好岩体锚固成为一体，处理后喷层应力减小到7MPa。顶山隧洞泥质围岩顶山隧洞泥质围岩TBMTBM开挖与支护开挖与支护仿真分析仿真分析顶
40、山引水隧洞所经过岩层岩性极弱，易风化，雨水极易崩解，成洞条件差。拟采用TBM掘进机开挖委托方：水利部新疆自治区水利水电勘测设计研究院委托方：水利部新疆自治区水利水电勘测设计研究院完成时间：完成时间：2001.12001.6有限单元模型初始应力场TBM开挖后应力场开挖后围岩位移场开挖完成后衬砌变形图开挖完成后衬砌弯矩图开挖完成后衬砌轴力图开挖完成后围岩塑性区图v计算所得衬砌结构内力与实测值较接近。软计算所得衬砌结构内力与实测值较接近。软岩中岩中TBM开挖较新奥法易于成洞，对岩体扰开挖较新奥法易于成洞，对岩体扰动小，且将锚喷支护与永久钢筋混凝土衬砌动小，且将锚喷支护与永久钢筋混凝土衬砌合二为一，既节省了工程投资，又提高了工合二为一，既节省了工程投资，又提高了工程进度。程进度。主要结论主要结论谢谢大家！谢谢大家！共同学习相互提高谢谢观看谢谢观看
