瞬变电磁电阻率作为初始模型的隧道地震速度曲线反演方法研究

为能定性描述围岩的软弱特性,提出瞬变电磁电阻率作为初始模型的隧道地震速度曲线反演方法。具体步骤为:1)详细分析隧道地震数据特征,提出反视速度叠加方法提取叠加道集,以降低单道波形的误差,提高后期的反演精度;2)提出适用于隧道地震数据的波阻抗反演方法,得到超前方向相对可靠的速度曲线;3)为克服速度反演时的多解性问题,依据Faust公式建立速度和电阻率的联系,将瞬变电磁反演得到的视电阻率数据转化为初始速度模型,提高速度曲线的反演精度。模型数据的反演结果证明了反视速度叠加方法的合理性和初始速度模型的重要性;实测数据的反演结果表明,应用视电阻率约束的速度反演曲线能较好地提高超前方向速度曲线的反演精度,后期开挖结果也验证了速度曲线的合理性。     

隧道地震超前预报技术现状分析与新进展

国内外应用的隧道超前预报技术有陆地声纳、负视速度法、HSP水平剖面法、TSP203、TGP206、TRT等多种,良莠不齐,缺乏严谨的科学基础。普遍存在的技术缺陷有两点,其一是未能区分地下三维波场和滤除侧向波,其二是不能准确地确定围岩波速和准确定位,这些技术缺陷给超前预报带来很大的风险。为克服上述点,作者开发出TST超前预报技术。通过对隧道内三维地震波场的复杂性和地震资料处理技术的深入研究,建立起隧道超前预报技术严谨的理论基础与技术流程,促使超前预报技术健康发展。     

机械能激发地震波法隧道地质超前预报的数值模拟研究

地震波法隧道超前地质预报中采用炸药激发地震波不仅工序繁琐、破坏性大,也存在着较大的安全隐患,而且在一些弱围岩地带的应用受到一定的限制。为了从根本上解决这一问题,使得地震波法地质超前预报技术更加简单便捷,趋于完善,采用机械能激发地震波的无损方式代替炸药爆破,并对激发点和接收点布置方式进行了优化和调整,通过有限元波场数值模拟分析发现,用机械能方式激发的地震波纵横波特征明显,遇到不良地质体后反射波能够在第一时间到达检波器,并通过现场试验验证了将这种新的地震波激发方式和激发点、接收点布置方式用于隧道地质超前预报是合理有效的。     

地质超前预报在葵岗隧道施工中的应用

以地质雷达法及地震反射波法在葵岗隧道超前预报中的成功运用为例,介绍采用地质雷达法及地震波反射法进行隧道地质超前预报的原理、方法。     

TSP-SK地震反射成像系统在隧道工程超前地质预报中的应用

隧道掌子面前方存在大型断层或富水溶洞时,盲目施工易引发涌水、突泥、崩塌等安全事故,利用超前地质预报手段预判不良地质体的空间分布,可很大程度上降低施工风险。介绍一种新型地震反射成像系统TSP-SK,论述了该预报系统的特点、工作方式及数据处理方法,并通过实际隧道工程预报案例验证了TSP-SK的可靠性。结果表明:当炮孔内炸药水封效果较好时,TSP-SK能采集到初至清晰声波干扰小的高信噪比地震反射数据;反Q滤波最大增益与Q值在15~30区间取值时常可获得较好的反射波拾取效果;TSP-SK预报结果与隧道实际开挖结果较吻合,纵波波速偏低的区域预示岩体质量差,横波速度偏低的区域施工出水的可能性较大。     

土石交界地质条件下浅埋隧道的开挖反应研究

不同地质介质交界的复杂地质状况对于隧道工程的开挖建设带来很大困难,土石交界地层是这种地质情况的典型代表。针对该地质条件下的隧道开挖问题,以某浅埋公路隧道为工程背景,展开了不同掘进方向和不同土石界面倾角下的隧道开挖反应数值模拟,对比了不同掘进方向下的隧道开挖反应特征,分析了土石界面倾角对隧道开挖反应的影响。结果显示:不同掘进方向下,在土石界面倾角较小时隧道围岩竖向变形规律差别较大,在土石界面倾角较大时其围岩竖向变形规律相近;随着土石界面倾角的增大,当隧道由黄土地层向破碎岩体掘进时,其拱顶变形量减小;当隧道由破碎岩体向黄土地层掘进时,隧道拱顶变形量随着掌子面的远离先增大后减小规律减弱并消失。     

构造应力场中层状围岩隧道动力响应数值分析

层状岩层的横观各向同性使得振动波在岩层中沿着不同方向传播时,质点的振动特性有着一定的差异。以我国西南地区某高海拔山区单向公路隧道的全断面爆破掘进为研究背景,利用FLAC 3D软件对构造应力场中均质围岩及倾角不同的层状围岩在隧道爆破开挖过程中的变形、振动速度进行研究。研究结果表明,隧道开挖爆破后,洞周岩体变形不对称式分布,左、右拱腰部位变形最大,均质围岩洞周各部位变形在5种模型中相对较小;爆源距相同时,层状围岩左、右测点的x向振动速度均大于上、下测点的z向振动速度;断层破碎带、层理结构面对于振动波的传播既有消振又有聚振的作用,与断层破碎带和层理结构面的产状、空间关系及振动波相对结构面入射角度有关。     

三维可视化综合物探技术在白茫雪山隧道超前预报中的应用

本文针对高寒高海拔复杂地质条件地区隧道建设,利用自主研发的基于地震反射方法和地质雷达方法的三维可视化技术开展隧道超前预报和质量检测。基于地震反射方法的三维成像隧道超前地质预报,对断裂破碎带等不良地质体反应灵敏,定位准确,并且能直观的反应不良地质体的位置;地质雷达三维成像对水敏感,2种方法取长补短,能直观清晰的全方位显示破碎带,水隐患等病害的形态、范围,为隧道施工质量保障和安全控制提供了有利的数据支撑。两种方法应用在白茫雪山隧道群施工建设中,为隧道后期建设顺利贯通提供了重要技术支撑,产生了较大经济社会效益,值得推广应用。     

强降雨条件下岩溶地质环境因素对隧道安全性的影响序列研究

为探究岩溶地质环境因素对隧道工程安全性的影响序列问题,采用室内模型试验方法,考虑岩溶隧道的溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距等地质环境因素,以湘粤岩溶地区典型公路隧道为依托进行试验研究。主要结论如下： 1）隧道衬砌表面孔隙水压力主要受到节理面倾角和溶洞布置形态的影响,且节理面倾角的作用要强于溶洞布置形态,竖向正交布置溶洞截面孔隙水压力变化区间约为斜向布置截面的10倍,而衬砌0°测点位置孔隙水压力变化区间约为180°测点位置的10倍; 2）衬砌表面土压力的影响序列为溶洞布置形态、节理面倾角、溶洞直径、溶洞与隧道间距; 3）节理面倾角和溶洞直径的增大均导致土压力的减小,溶洞距离和倾角之间符合l<-0.4θ+30时,衬砌顶部有明显的受压增大趋势。研究结果对岩溶区隧道灾害的研究具有一定的参考意义。     

顺层岩体隧道地震行波效应的不对称性

因地震波斜入射而产生的行波效应会显著增加隧道结构的内力和位移响应,从而对隧道抗震产生不利影响。为研究顺层岩体隧道地震行波效应的特征,对qP波斜入射方向与隧道纵断面相平行的工况,考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系,应用波动分析方法并采用ANSYS进行地震响应数值分析。以某顺层岩体中高铁深埋隧道为工程背景,研究岩层倾角和岩层各向异性对隧道洞身段地震响应行波效应的影响。结果表明:当岩层水平或竖直时(即岩层倾角为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量相同,这意味着顺层岩体隧道的地震行波效应左右严格对称,即横断面仍为平面;而岩层倾斜时(即岩层倾角不为0°或90°),隧道横断面左右对称位置上位移分量中隧道轴线方向的相对位移分量却不等,这意味着隧道横断面扭成不规则且不对称的曲面;随着岩层倾角的增大,曲面不对称性先增强后减弱(约倾角为45°时最强),呈非线性关系。此外,又进一步研究了岩层各向异性强度对行波效应的影响,结果发现:当岩层倾斜时,行波效应的不对称性随顺层岩体各向异性的增强而线性增强,这意味着顺层岩体各向异性越强,隧道横断面在地震波作用下所形成不规则曲面的不对称幅度也越大。     

TST超前地质预报技术在贵州岩溶地区的应用

为探索岩溶地区有效的超前预报技术方案,结合岩溶区的地震波场特征,尝试使用基于散射和反射混合模型的TST隧道超前预报技术进行地质超前预报。主要研究成果如下:1)基本查明斗磨隧道进口平导和大独山隧道1#横洞掌子面前方150m预报范围内的地质情况;2)探明隧道掌子面前方岩溶裂隙、溶洞的分布范围、规模以及发育情况;3)预报的结果与实际情况基本一致,为提前采取支护措施提供准确的地质依据。     

大跨度小净距隧道爆破振动监测与分析

结合沈海高速公路泉厦段大帽山隧道扩建工程,对大跨度小净距隧道中间岩柱在爆破振动作用下的振动响应进行相关监测,分析振动波在不同级别、不同位置围岩中的传播规律。研究结果表明,隧道中间岩柱振动速度随着围岩质量提高,差别逐渐减小,且拱腰及拱肩部位振动速度大于拱脚部位;最大振动速度出现在迎爆侧边墙测点的径向方向;当隧道净距为6m左右时,爆破振动对中间岩柱的影响范围为爆破面前后10~20m,且随围岩质量提高,影响范围相应减小;同时,宜严格控制爆破总药量和单段最大药量,且分段爆破时,爆破段时差应不小于75ms。     

基于高阶交错网格有限差分的隧道超前探测地震波场模拟

为解决地面勘探中直接采用数值模拟方法产生的运算速度慢、边界吸收效果差、频散严重等一系列问题,提出一种针对隧道超前探测的正演模拟方法,包括:利用高阶交错网格有限差分求解一阶速度-应力弹性波方程来获取任意时刻的波场信息,选择合适的网格精度和差分阶数满足稳定条件,使用一种新衰减函数的PML吸收边界来处理人为边界造成的反射问题,利用交错网格和FCT通量传输矫正法抑制频散。通过建立非均匀介质倾斜层状隧道模型和空洞隧道模型,对上述方法进行仿真模拟,得到清晰的波场和道集数据,证明上述正演方法的可行性。     

流固耦合作用下浅埋近接双线盾构隧道开挖扰动分析

依托广佛环线沙堤盾构隧道工程,通过FLAC3D软件的流固耦合模块,分析了富水地层浅埋近接双线盾构隧道开挖的应力场、渗流场和位移场的扰动行为。研究结果表明:屈服接近度可以作为从应力状态角度分析隧道开挖扰动行为的定量指标;随着横向净距的增大,左、右线隧道开挖对地层渗流场的扰动趋向于单线隧道开挖对渗流场的扰动特征,隧道施工引起的地表沉降槽曲线逐渐由深“V型”趋向于“W型”分布;当横向净距大于1.5 D时,左、右线隧道开挖引起地层扰动的叠加效应较小。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。     

大断面盾构隧道管片接头抗弯刚度取值研究

为找到一种便于工程应用的管片接头抗弯刚度取值方法,采用考虑管片接头复杂结构形式、混凝土非线性材料特性以及接缝面复杂接触传力特点的大断面管片接头抗弯分析力学模型,对广深港狮子洋隧道和南京长江隧道2座典型大断面隧道的管片接头抗弯刚度Kθ进行计算; 基于所得到的抗弯刚度Kθ的非线性变化规律和数据分析方法建立抗弯刚度取值经验公式,并开展接头抗弯足尺试验对取值结果进行验证。结果表明： 1）当接缝轴力不变时,抗弯刚度随弯矩的增大表现出明显的非线性变化规律,由接触上升段、线性下降段以及非线性下降段组成; 2）抗弯刚度与轴压比的作用关系曲线近似为线性; 3）抗弯刚度与偏心距的作用关系中分为正常使用状态下的小变形区以及伴有混凝土压碎、螺栓屈服特征的大变形区,其抗弯刚度-偏心距关系曲线可分别近似为直线和抛物线; 4）抗弯刚度经验公式的计算结果与接头抗弯足尺试验结果的相符度较高,表明该取值方法合理且计算准确度较高。     

邻近基坑卸荷-加载对既有软土盾构隧道影响分析

为了减少和避免地铁盾构隧道发生运营中断事故,提升地铁盾构隧道的防灾减灾能力,应用数值模拟的方法,以上海某典型工程为例,研究了软土地层中,邻近基坑卸荷-加载作用下,盾构隧道位于基坑拐角特殊位置的变形机制,并对地下连续墙支护方案的隔离效果和盾构隧道与基坑边缘净距l的影响进行了分析。研究结果表明： 1）当基坑位于盾构隧道侧方浅部时,基坑卸荷-加载诱发盾构隧道产生朝向基坑方向的位移,随着基坑加载的进行,竖向位移可得到适量恢复,水平位移恢复较少; 2）当盾构隧道位于基坑拐角特殊位置时,受基坑临空面范围和卸荷-加载作用共同影响,最大竖向位移出现在基坑拐角位置附近,最大水平位移出现在隧道轴线距离基坑边缘约1.5h（h为基坑深度）位置; 3）近地铁区域采用地下连续墙加固方案,可使盾构隧道水平位移减小50%,加固效果明显; 4）当盾构隧道与基坑边缘净距l大于1.5h时,邻近基坑卸荷-加载对既有盾构隧道影响较小。     

沉管隧道纵向地震易损性分析方法

目前沉管隧道抗震性能设计仅限于横断面分析,缺乏面向沉管隧道纵向抗震性能评估的地震易损性分析方法。为此,建立沉管隧道纵向地震易损性分析方法及评估指标。首先,合理考虑沉管隧道结构特征及接头构造,给出了纵向地震易损性分析模型,其中沉管管节结构采用宏观梁单元模拟,沉管接头采用细观精细化模型模拟,宏-细观模型之间需满足连续性约束方程,地层采用非线性弹簧单元模拟,并通过等效线性化方法来描述地层的非线性特征;其次,根据隧道所处场地的地震动特征选择合适的地震动输入,以及相应的地震动强度指标和结构损伤指标,建立基于增量动力分析的纵向地震易损性评估方法及分析流程,可以依据沉管隧道的不同极限状态定义获得用于纵向抗震性能评估的易损性曲线;最后,以某沉管隧道为应用实例,基于该方法建立了沉管隧道纵向地震易损性分析模型及评估指标,通过计算分析得到了表征隧道纵向抗震性能的地震易损性曲线,并开展多因素分析进而揭示了管节分段长度、地震动输入方向、地层-结构相对刚度比等关键参数的影响规律。结果表明：沉管隧道所处场地位置处的峰值速度是反映隧道纵向地震易损性特征的最优地震动强度参数;沉管隧道地震易损性与输入地震动波长有关,且管节长度与地震波长相近时地震易损性较小;随着地震动输入方向与隧道轴向夹角的增加,沉管隧道地震易损性逐渐减小,而垂直90°输入时相比水平0°输入最大降幅可达76%;地层-结构相对刚度比对沉管隧道纵向地震易损性影响显著,且随地层-结构刚度比的减小而逐渐增大。所提方法可为沉管隧道纵向抗震性能评估及地震风险分析提供科学依据。     

基于模型试验的矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别

为提高矿山法地铁隧道支护结构病害检测与识别的准确性,采用基于时域有限差分的数值模拟方法,建立常见形状空洞、充水空洞、不同填充介质脱空以及钢格栅拱架、H型钢架下空洞模型,模拟探地雷达波在不同病害中的传播规律,并通过青岛地铁3号线探测实例验证。结果表明:空洞病害雷达反射波通常呈双曲线形状,反射信号强,但上三角形空洞图像与其他空洞图像有较大差异,表现为倾斜平行的同相轴特征;当空洞或脱空内部含水时,空洞或脱空下部出现明显反射波;钢结构雷达波反射强烈,会对钢结构下方病害探测产生干扰,在实际探测中,应将初期支护与二次衬砌分开探测。     

探地雷达在公路隧道质量检测中的应用研究

随着公路事业的发展,隧道工程在山区和丘陵地区公路建设中所占的比重越来越大,隧道工程质量安全问题愈来愈受到人们的重视。本文在简述探地雷达工作原理的基础上,详细讨论了探地雷达检测隧道质量时的数据采集方法、信号处理技术以及典型目标体雷达波组特征,分析了钢拱架在各种影响因素下的雷达波组特征,以及采用小波多尺度变换图像增强技术对雷达信号进行信噪分离,放大显示衬砌内部细节结构,识别衬砌内部的不密实区域、裂缝和钢筋等的雷达波组特征。