隧道穿越岩溶区及断层带突水机理与防控对策研究

硬质岩地区的岩溶区和断层带突水防治的关键在于突水判据的建立。 文章先从理论研究出发， 以材料力学、 结构力学和理论力学为基础， 建立了 “有效隔水岩层 (柱) ” 的突水力学结构模型； 采用了构建函数的方法， 得到了 “有效隔水岩层 (柱) ” 的总势能函数表达式； 基于突变理论， 构建了岩溶区及断层带突水的尖点突变模型， 获得了 “有效隔水岩层 (柱) ” 厚度、 长度、 水压力及岩石力学参数之间的函数关系； 基于断裂力学， 建立了一种硬质岩地区的岩溶区和断层带突水损伤力学判据， 并以正在施工的广西某隧道为例， 开展了应用研究， 提出了隧道穿越硬质岩地区的岩溶区及断层带突水防控对策。 研究结果表明： 突水临界厚度值按计算突水临界厚度值的 1． 5 倍取用， 能较为有效地指导施工， 验证了理论方法较为合理； 提出的岩溶区或断层带突水防控对策， 对施工具有一定的指导意义， 为解决隧道岩溶区和断层带突水问题提供一种新的理论支持。     

青岛胶州湾隧道海域段注浆施工风险分析与控制措施研究

国外已成功修建多条海底隧道,发展了很多成熟的施工技术,其中注浆技术也得到了广泛应用,但是在特殊复杂地质条件下修建隧道则面临诸多困难。国内钻爆法修建山岭隧道施工技术成熟,采用注浆法处理复杂地质条件方面,隧道工程界已经积累了不少的经验。但国内采用钻爆法修建海底隧道的例子相对较少,高水压海水环境下注浆技术的研究及相关施工经验相对匮乏。胶州湾隧道,处于高压海水环境下,且穿越数条断层破碎带,地质条件复杂,在施工过程中极易发生坍塌、突水突泥等事故,给安全施工带来很大的困难,甚至影响到施工人员的生命安全。因此,结合胶州湾隧道工程,对海域段注浆施工风险进行分析,并提出风险应对措施,可为以后类似工程提供借鉴和参考。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构一土一海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律．计算结果表明：在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略．同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考．     

海底隧道施工过程中初期支护受力特征试验研究

以厦门翔安海底隧道为依托工程,采用相似模型试验方式,研究在海水渗流场和围岩应力场共同作用下,隧道施工过程和变水头过程中,衬砌背后水压力的分布规律及受力特征．研究结果表明,隧道施工期间,在水土压共同作用下,隧道开挖对前方土体的影响范围约为2倍洞径,隧道开挖过后约1倍洞径,初期支护背后水压及应力趋于稳定;在变水头过程中,控制水的排放量对调整初期支护背后水压,保证隧道结构的安全起至关重要作用．试验所得结论与现场情况基本一致．     

海底隧道风化深槽帷幕注浆技术

厦门翔安海底隧道要穿越F1、F2、F3三处全强风化深槽和F4全强风化囊,风化深槽地层主要为全强风化花岗岩,该地层岩体强度低、自稳性差、出水量大、海水补给无限,发生涌突水的风险很大,为确保隧道安全顺利通过风化深槽,防止隧道发生涌突水,工程采用全断面帷幕注浆堵水和加固软弱围岩。主要介绍了F1风化深槽的地质情况、注浆方案、施工工艺、注浆效果的检验情况以及注浆过程中出现的问题和解决措施。以期能够为今后类似工程提供参考。     

厦门海底隧道风化深槽全断面帷幕注浆方案设计

厦门翔安海底隧道海底段穿越F1、F2、F3三处全强风化深槽和F4风化囊,风化深槽地段围岩破碎,岩体强度低,水压大,自稳能力差,在极端地质条件下存在发生渗透破坏的可能,施工风险极大。为确保隧道安全通顺利通过风化深槽、防止涌突水,对风化槽地段采用全断面帷幕注浆技术加固围岩,就全断面帷幕注浆技术参数确定、施工工艺和施工方法进行论述。     

海底隧道交通事故影响因素与防控策略

为研究海底隧道各方因素对交通事故的影响,总结国内外对海底隧道交通事故的研究进展。以国内某海底隧道为例,阐述隧道交通事故发生的形式、空间与时间分布、车型等事故特点,将海底隧道事故安全影响因素按人、车、路、环境与管理五个方面进行分析,提出交通事故并非由单一因素引起、而是由多个因素共同作用导致的观点。有针对性地提出在海底隧道设计、施工、运营管理过程中,减少和防止交通事故发生的方法、途径及对策,提高海底隧道内的交通安全,从而减少人员伤亡、降低财产损失。     

不同防排水形式下高水压海底隧道物理场分布规律研究

依托汕头湾海底隧道工程,通过FLAC3D数值模拟,进行海底隧道开挖流固耦合分析,针对高水压密集断裂带海底隧道的防排水设计进行研究.对比分析了全封堵式、半包式、限排式多种防排水设计方案,并考虑超前帷幕注浆等止水变形控制措施,分析得到海底隧道围岩的渗流场和位移场的分布规律,并优化合理的海底隧道防排水设计方案.计算结果表明:...     

富水山岭隧道突水初支加固及帷幕注浆技术研究

隧道工程修建过程中时常会穿越一些不良地质段落，如断层破碎带、突泥突水、坍塌、软岩大变形等，穿越不良地质段落成了困扰施工单位的重要难题。以山岭隧道突水为背景，详细阐述了隧道突水产生的原因，并运用PLAXIS 3D软件，对突水条件下隧道已施工完成的初期支护结构安全性进行了有限元分析，提出了未封闭段落的初期支护加固措施，阐述了突水全断面帷幕注浆施工工艺，相关研究成果对类似工程具有指导意义。     

挪威海底隧道最小岩石覆盖厚度的经验及应用

挪威是世界上采用钻爆法修建海底隧道最多的国家,在最小岩石覆盖厚度取值方面积累了大量经验.舟山灌门水道海底隧道地质条件、设计断面与挪威已建海底隧道有类似之处,可以借鉴挪威经验确定其最小岩石覆盖厚度.文中总结出挪威海底隧道最小岩石覆盖厚度的海水深度经验曲线和基岩埋深经验曲线.根据舟山灌门水道海底隧道地质纵断面图,选择控制垂直线路走向的3个分析断面,应用挪威经验得到相应分析断面的最小岩石覆盖厚度.     

大型海底隧道钻爆法修建关键技术

针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了“极限顶板厚度”的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了“复合注浆”的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.     

不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析

采用FLAC3D计算了II～V级围岩在30 m、100 m、200 m、300 m、400 m和500 m埋深下的拱顶沉降和塑性压力,II和III级围岩拱顶沉降(包括开挖面拱顶沉降和最终拱顶沉降)随埋深呈线性增大,IV和V级围岩拱顶沉降随埋深呈非线性快速增大;开挖面拱顶沉降收敛比(开挖面拱顶沉降占最终拱顶沉降的百分比)随埋深增大而减小,随围岩等级降低而减小,表明深埋弱围岩中隧道要趁早支护。围岩塑性压力随埋深增加而增加、随围岩等级降低而增加,表明深埋弱围岩隧道支护结构受到的围岩压力大。最后对围岩应力集中及其影响因素进行了分析。     

海底隧道涌水量预测及应用研究

涌水量预测是海底隧道防排水设计和施工措施制定的依据.文中采用半无限空间的水文地质计算模型,结合某海底隧道具体水文地质和工程地质情况,选择9个典型剖面,分别采用经验解析法和数值模拟法计算隧道涌水量.对两种方法的适用性进行了评价比较,并阐述了适用条件.     

粉质黏土隧道支护体系力学特性试验研究

隧道穿越稳定性较差且构造节理发育的粉质黏土的施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展杨家岭1#隧道粉质黏土段支护体系现场试验,研究粉质黏土段隧道初期支护中的围岩压力、钢架应力、喷混凝土应力及支护变形规律。结果表明：由于隧道左右两侧地质条件的不同（即粉质黏土的不均匀性）,初支上的围岩压力存在一定偏压情况,且围岩压力较大;喷混凝土应力及钢架应力值均较大,说明该段粉质黏土隧道围岩的稳定性较差,若初支仅考虑对围岩的封闭作用采用较小的喷混凝土厚度且不施作钢架,隧道的施工和结构安全存在较大风险;对于本工程,虽然偏压会对衬砌受力形成一定的不利因素,但是变更后的初期支护能够保证施工期间的安全。     

基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究，分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性，提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法，揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制，给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明：隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段；软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用；支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因；软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时，围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化，软塑黄土层分布于隧底段时，下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响；针对上述3类工况，提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。