隧道施工突水致灾构造及其分类

隧道施工期突水具有普遍性、突发性和灾害严重性等特点,为隧道工程界所广泛关注。文章基于以往隧道施工突水灾害与引发突水灾害的不良地质体之间的关系,总结提出了包括充水(泥水混合充填)岩溶、未胶结富水压性断层强烈挤压破碎带、未胶结富水张性断层、地下向斜蓄水构造、富水顺层错动(节理密集发育岩体)破碎带和充水废弃矿巷等6种可能导致隧道施工突水灾害发生的突水致灾构造;根据突水致灾构造构成、可能的隔水岩土盘类型和工程处理措施适宜性,提出了突水致灾构造分类的三项原则,将突水致灾构造划分成完全充水体构造和裂隙空隙/孔隙含水体构造,并提出了相应工程处理措施。     

深长隧道突水致灾构造及其突水模式研究

突水灾害是深长隧道施工最严重的地质灾害之一,而突水灾害的发生与隧道施工开挖工作面接近前方存在的含水体或隧道开挖临空面外存在的含水体密切相关。文章在分析了国内外深长隧道突水灾害产生原因的基础之上,系统地提出了深长隧道五种突水致灾构造及其致灾模型,即未胶结的富水压性断层上盘强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结的富水顺层错动(节理密集发育)破碎带、充水岩溶、地下向斜储水构造含水体及其突水模式,剖析了五种突水致灾构造突水灾害。     

隧道施工“关门”式灾害及其成因初步分析

文章在对隧道施工"关门"式灾害调查及隧道施工"关门"式灾害与隧道施工地质灾害关系分析的基础上,提出了7种围岩变形失稳塌方致灾构造、6种突泥致灾构造和2种隧道洞内泥石流致灾构造,并对其致灾成因进行了分析。结果表明:围岩变形失稳塌方致灾构造位置的围岩级别未据实修正、初期支护未及时施作或初期支护强度不足,导致围岩变形失稳塌方;自体隔泥土盘或复合隔泥岩土盘的厚度不足、强度过低或突泥致灾构造条件变化等造成隔泥岩土盘被突破,导致突泥和泥石流;隔泥节理裂隙化岩盘沿优势结构面剪裂破坏导致突泥;隧道施工爆破震动导致岩溶中充填的粘土瞬间下坐,隔泥岩盘被突破致使突泥。     

明月山隧道塌方突水治理分析

文章以明月山隧道塌方突水治理为例,提出隧道经过破碎断层时塌方,遇高压水,可采取以止浆墙全断面封闭,然后注浆回填处理塌方,超前预注浆加固围岩并堵水的处理措施穿过该断层,为破碎且突水量和水压大的隧道施工提供经验借鉴。     

多尺度综合探测技术在岩溶隧道突水成因判定中的应用

隧道穿越岩溶富水区时易发生突水事故,给施工安全带来威胁,如何准确、快速地分析突水成因,是治理突水事故的前提和关键。文章结合渝广高速华蓥山隧道突水实例,基于时空多尺度的概念,提出了"多尺度综合探测"岩溶隧道突水成因的判定方法,以时间尺度上突水前后的水文长观数据为依据,进行空间尺度上从点(掌子面)到面(区域)的综合分析。通过该方法,准确查明了突水成因为掌子面前方3.0~7.6 m处层间裂隙导通+180~+420 m标高范围的中深层水平循环岩溶水,且水源补给条件一般,此结论为后期采取开挖后径向注浆的治理措施提供了依据。     

隧道掌子面与溶洞安全距离分析

岩溶地区隧道开挖掌子面前方存在的大型溶洞对施工的威胁非常大,如何确定开挖掌子面前方合理的岩盘安全厚度,并及时进行超前支护或对溶洞进行处理,是岩溶隧道施工中必须解决的一个关键技术问题。文章通过数值模拟和理论计算,对隧道掌子面与溶洞安全距离的影响因素进行了分析研究,建立了预测隧道掌子面前方岩盘安全厚度的计算方法(经验类比法、理论计算法、数值分析法)及计算图式,给出了安全距离计算公式并进行了工程实例分析。     

上软下硬地层地铁隧道安全覆岩厚度研究

上软下硬土岩复合地层地铁隧道拱顶以上覆岩厚度对围岩自稳起关键控制作用,然而目前关于隧道安全覆岩厚度及其一般规律尚无统一的认识和标准。基于此,文章首先采用有限元强度折减法对不同软弱地层厚度Hs和开挖跨度D下的地铁隧道安全覆岩厚度进行研究,得到了地铁隧道临界安全覆岩厚度Hrcv与软弱地层厚度Hs间的数学拟合方程,并绘制了临界安全覆岩厚度、软弱地层厚度与开挖跨度"H_(r_(cv))-H_s-D"三维空间分布图;然后通过对青岛地铁隧道施工过程监测数据进行统计分析,验证了隧道围岩自稳性及对周边环境影响的程度与安全覆岩厚度具有良好的相关性。     

侧部高压富水溶腔与隧道间岩柱安全厚度的研究

岩溶区隧道周围不可避免地存在一些中小规模的隐伏溶洞,由于隧道的开挖、卸荷改变了隧道与溶洞间岩柱的应力状态,溶洞中的高压岩溶水进一步恶化了其稳定性,造成隧道突水、突泥等岩溶灾害的发生,带来了重大安全危害和经济损失.成为岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题.除施工扰动、高水压作用外,隧道与溶洞间岩柱厚度不足是引起这一工程问题的主要因素,建立隧道与溶洞间岩柱安全厚度预测模型具有重要的理论意义和重大的工程实用价值.针对常见的中、小尺度的侧部高压富水溶腔,综合考虑安全厚度的影响因素,以隧道周围的塑性区和溶洞周围的高渗透带的贯通与否作为中间岩柱稳定的判断标准,建立了中间岩柱安全厚度力学预测模型,在此基础上分析了各因素对最小安全厚度的影响规律.以忠垫高速公路岩溶隧道为例,利用最小安全厚度预测公式判断中间岩柱的稳定性,其结果同基于现场量测判断的结果一致,从而说明上述方法具有一定的可行性.     

砂板岩互层隧道掌子面突水灾变发生模型试验研究

为深入研究砂板岩隧道突水灾变机制及规律，以中老铁路新平隧道为工程背景，通过模型试验再现了隔水板岩渐进破坏型突水灾变演化过程，分析了围岩应力-应变特征、渗透压力与流量随隔水层厚度减小的变化规律。结果表明：（1）砂板岩突水灾害经历了渗流、涌突和衰减3个阶段，本质上是在开挖卸荷和应力-渗流耦合作用下，隔水层中薄弱部位裂隙逐步扩展、贯通直至突水通道形成，隔水层稳定性逐渐丧失的渐进过程；（2）围岩的应力-应变曲线及渗透压力和流量的关系均具有明显的前兆特征和阶段性特征，其变化规律反映了灾害的孕育、发展和演化过程；（3）渗透压力和流量变化过程中均存在一个突变点，突变点可作为隔水层阻水能力劣化的特征点，该点所对应的隔水层厚度即为隔水层临界安全厚度。     

富水流砂地层中下穿立交桥及燃气管线隧道围岩变形控制技术

深圳地铁四号线里程K9+125～K9+255段为富水流砂地层,该段隧道穿越立交桥群,与摩擦桩最小近接距离为5.46 m,且多条管线穿越隧道上方,隧道围岩变形控制要求极高,施工风险大.结合该隧道施工研究.总结了袖阀管联合钢管注浆加固桥桩技术、地面旋喷分仓止水帷幕结合洞内管棚和小导管注浆控制围岩变形技术、掌子面封堵技术、CRD法隧道开挖技术和排水技术等施工技术体系.其研究结果对国内同类施工条件下的工程施工具有一定的借鉴意义.     

Ghomroud隧道工程中双护盾TBM的围岩收敛与挤压预测

Ghomroud输水隧道是伊朗中部输水系统的一个新的组成部分,目前,该隧道正在采用双护盾TBM进行开挖。Ghomroud输水隧道全长36km,主要穿过侏罗纪时期的变质岩。Ghomroud输水隧道设计的难点在于:覆盖层厚度达650m,其构造应力有形成高围岩应力的潜在可能。为防止TBM在破碎围岩掘进中发生事故,有必要对隧道掌子面附近区域作用于双护盾TBM周围的围岩应力进行计算。由于隧道掌子面附近区域的应力与应变为3D状态,采用平面状态来考虑存在一定偏差。根据收敛约束法,通过在隧道周边施加假定应力来模拟隧道掌子面效应。本文在收敛约束法的基础上,引入了一种新的方法来计算隧道掌子面效应对隧道掌子面区域围岩应力分布的影响。采用该方法可以预测可能产生干扰护盾的临界区域沿Ghom-roud输水隧道分布。通过这种方法得出的结果与双护盾TBM在Ghomroud隧道施工中遇到的卡塞情况刚好吻合。     

宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水分析与应对

宜万铁路是目前国内外已建和在建工程中岩溶及岩溶水最发育、最复杂的工程,结合宜万铁路隧道工程对岩溶及岩溶水进行分类,根据不同类型的岩溶特征,制定相应的应对措施,从而实现岩溶治理标准化管理;同时对岩溶隧道安全施工防范突水突泥高风险进行了研究.治理方案有:针对无水洞穴和管道型岩溶宜采取回填方案,对充填型岩溶采取"注浆加固+大管棚"方案,对大型干溶洞根据不同情况采取板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案和梁跨方案;针对岩溶水,通过分析岩溶工程及水文特征,针对性地采取引排方案、注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案和绕避方案.岩溶隧道施工防范突水突泥高风险主要措施包括:建立以超前深孔钻探和风钻加深5 m浅孔钻探为主的超前预测预报体系;保证3 m以上完整岩柱厚度,防止开挖面爆裂突水突泥;进行"降雨量-涌水量-水压力"水文专项设计、风险隧道突水突泥防灾报警系统专项设计、风险隧道施工安全逃生线路专项设计;采用专业注浆队伍进行注浆堵水加固;建立安全管理机制,进行安全等级管理、风险征兆辨识、设置专职安全员负责预警和组织逃生.     

三维瞬变电磁超前探测技术在隧道探水中的应用

富水隧道开挖过程中,隧道掌子面面临突水、突泥等风险,对安全施工威胁很大。目前的地质超前预报技术在探测掌子面前方水害方面仍存在一些问题。鉴于此,文章开展掌子面前方含水构造物理模拟试验,总结瞬变电磁响应规律。试验和实际应用表明:使用多匝小线圈瞬变电磁法探测技术,能够较准确地探测出不同距离上的异常体位置。采用多方向、多角度的三维瞬变电磁数据采集技术,将解释成果三维立体显示,克服了传统瞬变电磁探测成果无法显示异常体空间范围的弊端,有效提高了成果解释的形象性和直观性,为该技术在隧道中的应用和发展提供了新的思路     

在圆梁山隧道高压富水区应用的地质超前预报技术

在隧道施工过程中,由于岩溶发育的不确定性,易造成突水、涌泥沙等突发事故,会给施工带来极大危害.为保证施工安全,在圆梁山隧道毛坝向斜高压富水区采用了超前地质预报技术,并确定了相应的施工方案.文章针对本隧道PDK354+256段处的岩溶地质情况,阐述了超前地质预报技术在施工中所起的重要作用.     

水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用北大核心CSCD

中夹岩柱是小净距隧道围岩稳定控制的关键部位,判别中夹岩的安全性是工程设计和施工过程中的重难点。文章通过分析不同围岩级别、埋深情况下中夹岩的破坏模式,建立Ⅳ级围岩条件下水平小净距隧道中夹岩力学分析模型,并确定中夹岩破裂面位置。根据中夹岩上部滑块体形状的不同分为两种情况,通过边坡稳定性原理、极限平衡假设及普氏压力拱理论推导中夹岩上部滑块体的抗滑力、下滑力以及安全系数的计算公式,从而建立起评判中夹岩安全性的安全系数法,并结合数值模拟对其进行验证。将经验证后的安全系数法应用于某实际隧道工程,判断其中夹岩安全性,得出该隧道中夹岩破坏临界厚度为6 m,进而对6 m以下的中夹岩使用锚杆进行加固。     

浅谈兰渝铁路隧道四大高风险源及应对措施

兰渝铁路隧线比达68.1%,存在富水未成砂岩、高地应力软岩大变形、瓦斯(天然气)、岩溶(煤矿采空区)突泥突水四大高风险源,严重影响施工安全、进度和投资控制.通过现场调研、专家会诊、施工试验,以及不断地优化设计和施工方法,初步探明了主要影响因素,基本掌握了一定的规律,制定了继续试验性施工的针对措施.目前,兰渝铁路隧道施工总体处于受控状态.文章重点介绍了兰渝铁路隧道的四大高风险的特点及危害,较详细地分析了应对大变形的措施和施工方案.     

砂浆回填帷幕注浆在高压富水溶腔处治中的应用

宜万铁路云雾山隧道DK245+260高压富水溶腔,纵向长约13.28m,宽约31.2 m,腔体内充填粘沙土,施工中观测到最大水压为0.56 MPa,最大出水量为1 100 m3/h,腔体内存在大型空腔,施工中多次突泥突水.现场先采用M10砂浆回填溶腔空腔,后采用全断面帷幕注浆构筑截水帷幕,成功完成该溶腔的处理,减少了工程损失,保证了隧道的施工安全.     

大瑞铁路保山隧道贯通北大核心CSCD

4月19日,经过建设者历时6年的艰苦掘进,由中国中铁所属中铁二院勘察设计、中铁五局承建的大(理)瑞(丽)铁路全线重点控制性工程——保山隧道顺利贯通,为项目按期建成通车奠定了坚实基础。保山隧道位于云南省保山市境内,全长16 km,地处横断山脉怒山深大断裂纵谷区,四周山高坡陡,垂直高差达4000 m以上,隧道穿越断层破碎带和富水不良地质,先后发生软岩大变形17次、涌水突泥6次,施工难度大、安全风险高,属于Ⅰ级高风险隧道。     

基于拱部CD法修筑的土岩复合地层双层初期支护拱盖法隧道结构稳定性研究

文章以青岛地区典型的"上软下硬"土岩复合地层为工程地质背景,在充分调研、统计、归纳地层纵深岩土体力学参数的分布规律及特征的基础上,以初期支护拱盖"拱脚岩跨比"作为控制变量,建立拱部CD法修筑的拱盖法隧道结构稳定性分析模型,对不同拱脚岩基岩性+覆岩厚度组合下的结构变形规律和拱脚岩体塑性区分布特征进行分析、总结,提出了相应的工程支护方案和控制措施,建议优先考虑将拱脚置于微风化岩基上,同时保证拱脚嵌岩深度不小于4 m,既能减小拱顶埋深、控制结构变形、降低施工风险,又能节约侧墙支护成本、实现无撑快速作业,工程效益和经济效益显著。     

基于动荷载的交叠盾构隧道两阶段安全分析

为研究富水砂层地铁隧道在动荷载作用下施工和运营阶段共同作用的安全问题,以南京地铁5号线下穿既有地铁1号线为例,建立交叠隧道数值模型,分别对两阶段共同作用下的地铁沉降及运营期疲劳寿命进行了探讨和分析。结果表明:(1)下穿施工期间隧道沉降最大值为7.5 mm,采用洞内微扰动注浆+内张钢圈的设计方案可有效控制本阶段隧道变形;(2)5号线运营后,1号线隧底第1年沉降占比最大,约占10年期总沉降的65%,后沉降变化速率逐步收敛;(3)新建地铁5号线通过壁后注浆可大幅降低1号线长期运营沉降,确保1号线长期运营安全;(4)交叠处管片疲劳寿命最小,远离交叠区疲劳寿命越来越大,本工程整体性能满足结构设计使用年限要求。