马骝洲隧道海底孤石探测与钻爆处理

马骝洲过海隧道采用盾构机施工,穿越地层存在隐伏孤石。采用地震散射新技术对孤石进行探测,获得了隧址区岩土介质三维波速分布。发现波速高于2 400 m/s与隧道有关的孤石25处,其中9处直径3 m以上。隧址区施工了2 426个钻孔对孤石进行验证和钻孔爆破处理,保证了隧道的施工安全。实践表明,以物探技术为先导,配合钻爆处理,是解决盾构施工中孤石威胁的经济、有效手段。     

地震反射波法在复杂地层跨海盾构隧道中的应用

厦门轨道交通2号线海东区间跨海修建,隧址沿线地质条件多变,地质勘探难度较大。地震反射波法在勘察岩土界面及地层分布,寻找断层、海底孤石、软弱破碎带等不良地质上都有着显著效果。该文结合海东区间跨海段勘察实例,通过对比地震反射波法勘察结果与钻探勘察结果,分析地震反射波法在跨海隧道勘察中的适用性。研究结果表明:地震反射波法对常规水土岩分界面具有较好的辨识度,可初步识别破碎带等不良地质,但对海底孤石及局部碎块状强风化基岩段,物探结果与钻孔实际揭示情况存在一定偏差。因此在跨海盾构隧道勘察过程中,尤其在进行孤石及破碎带密集地层,为获得较好的勘察效果,应采取物探和钻探结合的勘察方式,在物探发现的不良地质密集段,应进行针对性加密钻孔勘察。     

孤石与基岩爆破处理对泥水盾构掘进参数的影响分析

为有效降低海底复杂地层中盾构开挖范围内遇到的孤石或基岩突起对盾构刀具的损坏程度,降低施工风险和提高施工效率,以台山核电站1#、2#海底取水隧洞工程为依托,采用钻探和物探的方法确定孤石和基岩的分布规律,并制定陆地和海面钻孔爆破处理方案。通过对孤石群和基岩段爆破前后盾构掘进过程中的掘进速度、每环掘进时间、掘进推力等掘进参数进行对比分析可知： 1）爆破后基岩段盾构掘进速度提高了约68.2%,平均每环掘进时间节省了约45.1%,平均掘进推力降低了约11.5%; 2）孤石群爆破段与正常掘进段盾构参数基本一致; 3）孤石群和基岩爆破达到了预期效果,消除了基岩突起和孤石群对盾构掘进的威胁,保证了盾构掘进的顺利施工。     

海域围堰基坑内基岩与孤石爆破施工技术研究

为解决海域复杂地层基坑中的基岩与孤石爆破间难题，以苏埃通道工程南岸基坑施工为背景，通过掌握孤石和基岩分布情况，确定爆破施工原则，制定合理的爆破技术方案。采用浅孔微差爆破，配合镐头机进行岩石破碎，并采用毫秒延时起爆网络。制定对基坑围护结构和支撑结构保护措施，并对爆破振动波速进行监测和优化，减小了大块岩石的产生，避免了对大块岩石进行二次爆破，也便于石块的清理工作，飞石安全得到了有效控制与防护，确保了基坑围护结构的安全。严格管理爆破施工注意事项，实现平行作业，大幅提高基坑爆破施工效率。     

浅层地震反射波法在芜湖城南过江隧道勘察中的应用

以芜湖城南过江隧道工程为依托，采用浅层地震反射波法对隧道沿线工程场地进行勘察，对勘探区下伏地层起伏形态、厚度、埋深以及隐伏断裂等进行了分析。结果表明:勘探区内未发现隐伏断裂构造分布，第四系地层从上至下为粉质黏土层、粉细砂层、粉砂岩层；基岩顶界面埋深62.5~66.5 m，浅层地震勘探在ZK5钻孔位置推测粉砂岩层顶、基岩顶界面的地层深度分别为24，63 m，钻孔揭露的对应地层深度分别为22.76，61.26 m，两者反映的地层基本一致。     

斜拉拱式协作体系桥梁地震响应分析

为了解斜拉拱式协作体系桥梁地震响应规律和特点,指导该类桥型抗震设计与研究,以大连市翔凤河桥——(40+90.5)m斜拉拱式协作体系桥为研究对象,采用有限元软件建立该桥三维有限元模型进行动力性能分析,利用地震反应谱和时程分析方法分析三向地震作用下结构的位移和内力,以及结构非线性对地震响应的影响。结果表明:斜拉拱式协作体系桥梁的动力性能主要振型符合无背索斜拉桥的特点;结构在纵向和横向地震作用下的位移和内力均比竖向地震作用大;在纵、横向地震作用下桥塔于塔梁拱交接位置产生最大内力,拱肋于1号墩处拱脚位置产生最大内力,应特别重视该桥塔梁拱结合处的桥塔和拱肋截面的抗震设计;结构非线性对该桥地震响应的影响比较明显,地震分析计算时应考虑结构非线性。     

复杂地层跨海隧道孤石及基岩凸起段处置措施

以厦门轨道交通2号线一期工程海沧大道站-东渡路站盾构区间为依托工程,探寻复杂地层跨海隧道中孤石及基岩凸起的处置措施。由于该区间水文地质条件特殊,地勘准确性受限,施工中突发孤石及基岩凸起情况繁多,对地质补勘、海底摸探、浓浆制作泥膜、海上注浆加固及衡盾泥填仓保压等多种处置措施进行研究。研究结果表明,以上处置措施的综合实施可以妥善解决复杂地层跨海隧道的孤石问题,对类似工程具有指导意义。     

TGP超前地质预报技术的隧道围岩精细化预报

针对目前TGP超前地质预报技术以波速分析为主,少见地质构造界面分析的现状,利用TGP实测二维和三维探测结果,从地层波速和地质构造界面2方面精细成功地预报了某隧道掌子面前方围岩地质情况及围岩级别,结果表明:1)在实际工作中,应严格按照TGP数据采集要求得到高质量的原始资料,才能做进一步数据处理和解译;2) TGP二、三维解译成果大体一致,但所反映细节存在差异,实际工作中应比对二、三维解译成果,研究其相似性和差异性,综合得出预报结果; 3) TGP三维地质构造界面解译成果较二维可视化程度高,可直观反映构造界面的走向和倾向、明确构造界面与隧道开挖轮廓的关系。最后通过地质构造界面解译预测了隧道重点施工风险段落和部位,通过地层波速和地质构造界面的综合解译,为隧道动态设计施工提供了重要依据。     

基于3-D DDA的高速公路隧道出口边坡滚石灾害防治措施研究

近年伴随着滚石灾害的频繁发生，人民生命财产受到严重威胁，应加快对其防治措施的研究。以猴屿隧道为例，基于三维DDA模拟风化花岗岩危岩体形成的滚石在其出口边坡上的下落轨迹和冲击特性。运动轨迹及冲击荷载结果表明，危岩区上边缘部分高位滚石到达防护网位置时速度大于20 m/s,弹跳高度超过4 m,冲击荷载大且可能翻越防护网，危及洞口安全，单独在坡脚处的工程措施很难完全防治从边坡上缘右侧的滚石。建议在隧道施工前对危岩体采取以下处治措施：(1)对于上边缘右侧的危岩体和孤石，体积小于2 m³的直接清除，体积大于2 m³的控制爆破炸碎后清除；(2)对于嵌入山体内无法清除的不稳定岩体，对表层危石进行清除，直至无法清除后，进行裂隙注浆+锚固+防护网加固；(3)对于上边缘左侧无法清除的大体积危岩体和孤石，根据孤石形态与嵌固特点采用片石混凝土嵌补、锚杆混凝土基座嵌固和主动防护网等方式进行加固；(4)在上述措施基础上，可以采用被动防护网拦截剩余小体积滚石。     

沉管隧道横向地基刚度分布模式初探

为解决沉管结构横向设计计算中的地基刚度取值问题,基于HS本构模型,通过理论推导研究地基刚度随应力水平的变化关系,得出沉管隧道横向地基刚度分布的近似解析解。结果表明： 1)沉管横向地基刚度分布模式与地基初始刚度、结构刚度、地基应力水平和上部荷载有关; 2)在软弱地基情况下,沉管横向地基刚度为W形分布模式; 坚硬地基情况下,底板跨中可能会与地基发生局部脱开,脱开段地基刚度为水平分布; 3)通过算例分析,地基刚度分布近似解析解与数值模拟结果能够较好地吻合,可为沉管结构计算提供依据。     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

TST技术在隧道超前地质预报中的应用

地震波反射或散射原理的成像技术是山岭隧道超前地质预报中常用的一种手法。基于Tunnel Seismic Tomography（TST）超前地质预报系统,以厦门北动车所新建刘塘隧道左洞为应用背景,阐述了TST系统的基本原理、数据采集与数据后处理。结合刘塘隧道的区域地质分析,根据地震波偏移图特征和围岩波速分布,准确给出了预报范围内的围岩分级,并预测了掌子面前方的断层位置。     

基于高分辨率地震反射波法的公路下伏采空区勘查

采用高分辨率地震反射波法对十大高速公路窑沟采空区进行勘查,在地震勘查测线总计解释煤层采空段7处。勘查结果表明,在采空区调查中采用高分辨率地震散射波法地震勘查的技术是可行且有效的。在地震勘查数据采集中,选择了S―Land全数字化地震数据采集系统和机械冲击震源的实际应用效果表明,在黄土塬沟壑地区采用非爆炸震源进行地震勘查是可行的,这为该区采用地震勘查进行采空区调查积累了经验。     

基坑开挖引起复合地基下方既有双线地铁隧道位移的计算方法

为快速分析基坑开挖时复合地基及“双洞效应”对下方既有双线地铁隧道竖、横向位移的影响,首先，基于Mindlin位移解和Winkler地基模型,推导出复合地基中桩的侧摩阻力作用下单线隧道的竖、横向附加荷载,从而计算得到单线隧道竖、横向位移。然后，采用迭代法计算得到的“双洞效应”引起的隧道竖、横向位移叠加得到双线隧道总竖、横向位移，并与前人理论计算结果、监测数据对比验证。最后,分析桩参数、隧道位置改变对桩侧摩阻力和“双洞效应”引起隧道竖、横向位移的影响。研究结果表明: 1）与前人理论计算结果相比,本文理论计算结果与实测数据更吻合,且提高原有2阶段分析方法运算效率28%以上; 2）桩侧摩阻力和“双洞效应”对隧道竖、横向位移的影响是不可忽略的; 3）仅考虑上方基坑开挖对既有双线隧道位移的影响时,在施工条件和规范允许情况下,应尽量减少预先设计的两隧道之间距离,并合理选取复合地基中桩的长度; 4）迭代法比一次性法更加合理、精确，特别是计算横向“双洞效应”引起隧道横向位移时，应尽量采用迭代法计算。     

基坑支护结构变形对邻近地铁隧道的影响研究

对广州某深基坑开挖支护结构变形对邻近地铁隧道的影响进行了有限元模拟,并将模拟结果和实测结果进行了对比分析.结果表明:基坑支护结构的侧向位移,不仅对邻近地铁隧道产生侧向位移,也产生一定的竖向位移,而位移增量以竖向变形为主.运营地铁隧道的变形增量,随着新建基坑支护结构的变形增大而增大,隧道顶部的位移变化量比底部处的大,靠近基坑支护结构一侧的变形比远离基坑支护结构一侧的大.建议采取有效措施来控制深基坑支护结构的侧向变形,以防止引起既有地铁隧道竖向变形过大,确保地铁运营的安全.     

薄基岩顶板隧道爆破施工围岩稳定性分析

为更有效地进行薄基岩顶板条件下隧道施工安全控制,以某高速公路隧道为工程背景,运用数值模拟的方法,分别研究不同顶板厚度下隧道爆破施工引起的围岩振速分布特征及其对围岩的损伤情况,并进行围岩稳定性分析。结果表明:1)当顶板厚度在5 m及以上时,围岩是稳定的;2)当顶板厚度为3 m时,最危险横断面上基岩顶板内开始产生严重的拉伸裂缝及一些径向裂缝,将形成超挖;3)当顶板厚度≤2 m时,径向裂缝贯穿顶板岩体,围岩稳定性较差,在掌子面后1 m内可能发生塌落、掉块等事故。     

近场脉冲地震作用下穿越断层带隧道地震响应

在地震动峰值、速度脉冲及结构的地震响应等方面，近场地震动常表现出和远场地震动不同的特性。依据地震动破坏势从NGA-West2地震动库中选出2条近场脉冲型地震动，并与2条远场地震动进行对比分析，从而得到其频谱特性，即近场脉冲型地震波具有较明显的速度幅值，PGV与PGA比值及PGD与PGA比值较大，速度敏感区位于长周期段等特点。结合都汶高速公路龙洞子隧道工程，建立穿越断层带的隧道结构三维有限元模型，并以横断面方向分别输入近、远场地震波进行计算，研究近场脉冲型地震作用下穿越断层带隧道结构地震响应特性。结果表明：在近场脉冲型地震动作用下隧道的等效应变峰值较远场地震动大，并且在速度脉冲特性更显著的集集地震波作用下的应变峰值更大；与远离断层处相比，在断层面附近隧道横断面的等效应变峰值分布规律发生了变化，其横截面等效应变峰值最大处由拱脚变为拱顶，且在4种地震波作用下拱顶处结构的等效应变均超过了混凝土的峰值应变，进入破坏阶段；断层带内的隧道地震响应明显强于围岩条件较好的地层中的隧道，而断层带与较好围岩交界面附近的隧道地震响应更为剧烈，应变峰值随距断层距离的增大而迅速衰减。所得数值模拟结果与实际震害现象一致，可以为近场脉冲型地震动作用下穿越断层隧道的抗震设防提供参考。     

水下非接触爆炸冲击作用下悬浮隧道动力响应

为了研究水中悬浮隧道在近场非接触爆炸荷载作用下的运动学及动力学行为规律,通过任意拉格朗日欧拉耦合算法处理流固耦合和强间断流场模拟问题,采用Jones-Wilkins-Lee （JWL）方程和Mie-Gruenisen状态方程分别模拟爆生气体和水的压力,并利用基于势流理论和边界元法的LS-DYNA有限元动力学程序实现上述问题求解计算,分析锚索支撑体系、炸药量和爆心距离对悬浮隧道结构位移、速度、加速度和应力的影响。结果表明：非接触爆炸冲击作用下,3种支撑体系的差异对悬浮隧道管段的位移、速度、加速度和应力影响较小,相同爆炸荷载作用下垂直支撑锚索的轴力远小于其他2种工况（组合支撑和倾斜支撑）,组合支撑体系和倾斜支撑体系比垂直支撑体系锚索轴力最大值要大296%和283%;管体的位移、速度和应力随着炸药量增加近似呈线性增加,加速度近似呈抛物线增加,200,500 kg炸药引起的管段跨中加速度比100 kg炸药引起的加速度大26.2%和223%,炸药量是影响悬浮隧道结构安全性的关键因素;管段位移、速度、加速度和应力随着爆心距增加而近似呈幂函数下降;与2 m爆心距相比,5,10,20 m工况时加速度峰值分别下降了73.2%、94.2%、97.5%;通过回归分析和拟合函数可计算满足结构安全的允许炸药量和安全距离,进而为非接触爆炸荷载作用下悬浮隧道的安全性评价提供依据。