秦岭翠华山特长隧道高地应力问题研究

研究目的:关于深埋长大隧道高地应力问题,业界存在许多理论和判据,不同行业、不同项目采用的判据各有不同。究竟如何预判岩爆地质灾害,有效指导安全施工。通过秦岭翠华山特长隧道勘察预判和施工验证,研究隧道高地应力问题及如何预判岩爆灾害。研究结论:秦岭翠华山特长隧道最大水平主应力方向与隧洞轴线方向夹角偏大,发生岩爆是不可避免的;基于地应力参数和岩石参数计算得出洞身开挖时存在岩爆可能性的结论,具有一定的片面性;翠华山隧道施工实践证明,在众多理论和判据中,应该多采用几种判据,综合分析后评价岩爆问题,更能接近于实际。     

深埋特长隧道岩爆预测研究

研究目的:苍岭隧道最大埋深近800 m,隧道内围岩完整性好,强度高,在高围压条件下,隧道开挖后将产生岩爆现象,为保障隧道施工安全,准确预测掌子面前方未开挖段的岩爆发生状况,采用理论与实测相结合研究手段,两阶段预报方案对苍岭隧道的岩爆发生状况进行了预测.研究结论:通过两阶段岩爆预测可知,较之施工前岩爆预测情况,在实际条件下,轻微岩爆区长度将减少,中等岩爆区则基本相当,岩爆基本发生在边墙部位;卢森判据的结论更加适合本隧道岩爆的预测,前期研究中获取的隧道区内构造应力场较为准确,采用理论与现场实测的研究手段,结合两阶段岩爆预测模式,准确预测了掌子面前方一定范围内岩爆发生状况,为岩爆预测提供了切实可行的方法.     

超埋深特长隧道地质灾害分析与防治措施研究

在建谷竹高速公路大坪山隧道为一座分离式高速公路特长隧道,最大埋深892 m.根据实测隧道地应力、数值模拟、室内试验结果和岩爆发生判据,预测在隧道施工中由于高地应力可能发生岩爆灾害;根据岩溶地质调查,分析了隧道开挖时可能存在的涌水、涌泥、各种溶洞等地质灾害,并对部分地段最大涌水量进行预测.提出利用超前地质预报与信息化施工预测与防治地质灾害,并对可能发生的岩爆、岩溶等灾害提出具体防治措施.     

谷竹高速公路大坪山隧道地应力特征及岩爆预测

基于大坪山隧道的工程地质条件,根据现场实测地应力,采用三维有限元分析法反演得出隧址区的初始应力场,计算结果表明,隧道轴线纵剖面处于中等应力水平,有发生中等岩爆的可能性.以此为依据,结合室内岩石试验,采用Russenes判据、Turchaninov 判据、R b/σ1判据及陶振宇判据等4种国内外有代表性的判别方法进行综合预测.预测结果表明:较深埋的硬岩段将产生低—中等岩爆,埋深900 m附近坚硬完整白云岩段可能出现强烈岩爆.     

基于应力判据法的施工期岩爆预测研究

九岭山隧道为单洞双线铁路隧道,全长15 371 m,最大埋深约862 m。隧道所处地形起伏大,隧道穿越地层较复杂,九岭山隧道开挖后,深埋段岩体因受高围压作用,产生岩爆现象。通过工程实测地应力成果,基于应力解除法的二次应力测试,并采用应力判据法,对掌子面前方进行岩爆预测,结果分析表明:DK1690+130～DK1690+500为中等岩爆区域;卢森、王元汉、王兰生等应力判据的结论更适合九岭隧道岩爆情况,建议在岩爆预测中为主要岩爆发生判别依据。     

燕山山脉某隧道地应力特征及岩爆预测与防治

岩爆预测一直是地下工程世界性难题之一。为研究燕山山脉某深埋隧道的地应力特征及岩爆预测,对研究区地貌地层岩性、地质构造以及构造破碎带的地质过程进行分析,并在研究过程中选取典型部位,采用水压致裂法实测获得了工程区地应力资料,利用多种方法对隧道岩爆进行预测:(1)该隧道三个测试钻孔附近地应力分布较为稳定,无明显异常带,以水平主应力作用为主,隧道轴线与最大主应力方向夹角约17°,轴线选择方案可行,基本有利于隧道的稳定性。(2)该隧道施工过程中可能发生片帮现象或轻微的岩爆。经施工验证,开挖过程中实际岩爆特征基本与预测一致。     

基于应力判据法适宜性分析的隧道施工期岩爆预测研究

采用现场测试结合理论研究的方法对九岭山隧道进行岩爆预测。九岭山隧道穿越地层主要为花岗岩硬脆性岩浆岩,最大埋深约为862 m。基于应力解除法对洞壁进行二次应力测试以及点荷载试验。现场测试得出:九岭山隧道已开挖断面DK1687+240的洞壁切向应力为41. 36 MPa,岩石单轴抗压强度为106. 38 MPa,将不同判据得出的结果与实际情况进行对比,认为王元汉和王兰生的判据符合九岭山隧道的实际情况,并据此判断九岭山隧道未开挖段DK1687+260～DK1687+500为轻微岩爆区域。     

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。     

隧道岩爆预测的距离判别分析模型研究及应用

将洞室最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值、弹性能量指数这3项影响隧道岩爆的主要指标作为判别因子,建立隧道岩爆预测的距离判别分析模型。以国内外重大隧道工程发生岩爆的实测资料作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。该模型在预测判别中综合考虑了影响隧道发生岩爆的多项因素,通过判别模型的学习功能获得岩爆与其各影响因素之间的复杂关系,排除了一般准则中建立判据时人为因素的影响。实例证明该模型利用回代估计法所得到的误判率为零,并具有较强的判别能力。     

高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究

研究目的:我国修建的锦屏隧道全长17.5 km,具有洞身埋深大(2 375 m),断层、褶皱、可溶岩发育,独头掘进无轨运输距离长(9 800 m),施工工期紧(50个月)等特点.迫切需要解决出现高压涌水及跨岩爆地质灾害、威胁隧道施工安全的问题.研究结果:通过流体力学模拟试验,采取择机封堵、超前帷幕注浆、径向封堵灌浆、摸袋和索囊封堵灌浆等技术,有效封堵了高压大流量地下水;通过离散单元法数值模拟试验,采取超前应力解除、控制爆破及水胀式锚杆、挂网、钢筋拱肋、喷超细沸石粉添加剂混凝土等岩爆预防措施,有效防治了岩爆灾害;通过气体力学模拟试验,研究了大功率射流风机及射流巷道式通风技术,解决了独头掘进超长距离的无轨运输施工通风技术难题,创造了独头掘进9 800 m无轨运输的世界记录;通过综合超前地质预报、岩爆与富水段喷射混凝土、特长隧道快速施工及监测等技术的深入研究,提高了超前地质预报的准确率(85%以上)及施工效果.锦屏隧道的成功修建,总结了一套高压富水地层深埋特长隧道综合施工技术及工艺,推进了我国隧道施工技术的发展.     

Warning standards study of real-time monitoring for anti-collapse in large cross-sefction tunnel of soft and weak surrounding rockEI北大核心

Research purposes: The statistics for tunnel disasters showed that the quantities and casualties of tunnel collapse are much higher than other tunnel disasters. Achieved warning before collapse in tunnel construction, can greatly reduce the tunnel collapse hazards. The key to achieve anti-collapse warning in soft and weak surrounding rock tunnel is to obtain anti-collapse warning standards. Therefore, it is necessary to study tunnel anti-collapse warning standards to guide safe tunnel construction. Research conclusions: (1) Deformation of the tunnel is relevant to hydrogeological conditions, construction method, construction progress and other factors. Currently, the standard values in criterion were not suitable for tunnel collapse warning. (2) It is practicable to achieve anti-collapse monitoring by relative deformation, because anti-collapse real-time monitoring focused on dome relative deformation differently from routine monitoring in soft and weak surrounding rock tunnel. (3) The reference value of tunnel anti-collapse real-time monitoring is determined by displacement limit value in criterion, the maximum value of the measured displacement in similar project and the measured data in tunnel project. (4) The field experiment indicated that the reference value could meet tunnel anti-collapse warning. Therefore, the research results can be applied to large cross-section tunnel of soft and weak surrounding rock.     

高地应力软弱围岩变形控制方法

研究目的:探讨高地应力软弱围岩大变形的控制方法,并通过具体施工应用,进行现场监控量测试验验证。研究方法:结合乌鞘岭特长隧道最大断层---F7断层高地应力软弱围岩的地质特征及其变形特征,简要分析了支护临界失效点,围岩质量、允许变形量、变形速率和运输方式等与工序间距离的关系,具体从地质超前预报、隧道支护结构和施工方法三个方面进行探讨。研究结果:得出了高地应力软弱围岩围岩条件下,隧道施工支护参数与工序间距离确定的基本方法、一些经验参数和施工基本要求,并对施工中应注意的事项提出了建议措施。研究结论:在高地应力软弱围岩条件下进行施工,要根据掌子面围岩变化情况及时适当地调整支护参数和施工方法,才能有效地控制变形。     

大断面硬岩隧道快速掘进施工经验总结

研究目的:以温福铁路客运专线鸡面山隧道工程为例,通过自制钻孔台车运用,光面爆破设计、装碴方式及运输设备配置、通风方式选择,达到大断面硬岩的快速掘进,并分析其中不足。研究结果:利用生产要素的合理配备和施工(组织)方案的比选,实现了大断面硬岩的快速掘进。     

大丽铁路碎裂玄武岩夹凝灰岩型隧道特征及施工对策

研究目的：玄武岩夹凝灰岩型隧道工程条件具不确定性,现有勘察手段难以查明凝灰岩确切分布位置,给隧道施工带来较大困难,有必要研究该类围岩特性及隧道施工对策。研究方法：通过研究隧道开挖揭示的凝灰岩的物理性能及其与玄武岩的各种组合关系,结合超前地质预报,分析各种工况的支护体系。研究结果：针对玄武岩夹凝灰岩的结构特性,提出了玄武岩与凝灰岩不同组合关系的各类围岩级别下7种工况的支护体系和衬砌结构。研究结论：工程实践表明,碎裂玄武岩与凝灰岩不同组合情况的工程措施合理,根据施工信息反馈及时动态调整,效果良好。     

复杂地质条件下水底矿山法隧道的围岩位移分析

研究目的:长沙市湘江大道浏阳河隧道为双向四车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由小净距隧道、分离式隧道和明挖隧道组成。根据暗挖段隧道现场监测成果,结合施工措施和开挖工序进行全面分析,为长沙地区水底隧道工程提供了典型参考案例。研究结论:核心土开挖后布设测点造成的总损失量较大;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小,采用三台阶和CD法施工浅覆土Ⅴ级围岩水底隧道,能有效控制沉降。     

联拱及超小间距隧道的设计介绍

研究目的:对联拱及小间距隧道设计施工中的一系列问题提出看法,并提供范例,供今后同类隧道设计参考。研究方法:综合介绍白云山、南京地铁、杭州解放路、小洋山等4座双联拱和超小间距隧道的设计与施工,从而总结概括出此类隧道的若干设计、施工要点。研究结果:工程经验加计算分析仍是目前隧道工程设计的主要手段。在笔者列举的工程设计中,设计者在充分吸取前人经验的基础上,通过多种计算为设计提供了定量分析的依据,施工监测信息的反馈使设计更趋完善。研究结论:联拱及小间距隧道技术能有效地缩小线间距,减少洞外征地、洞口高边坡、洞外线路高填方或引桥工程;白云山等4座隧道设计中采用的小导管或大管棚超前支护、对拉锚杆、微震爆破等对于保护围岩、发挥围岩的自承能力起到了决定性作用;在铁路下开挖隧道,须做好扣轨和巡视工作,确保铁路运营的安全;在联拱及小间距隧道的情况下,应进行施工监测。     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

开敞式TBM在管涔山隧道施工的适应性研究

研究目的:根据朔准铁路穿越管涔山脉的关键控制性工程—管涔山隧道,受地形条件控制,不宜采用斜井,从而需对该隧道采用开敞式TBM施工的适应性进行研究。研究方法:结合隧道的地质、长度、断面、场地、运输组织等条件,研究TBM的适应性、施工方案、施工工期及施工风险。研究结果:管涔山隧道具备实施开敞式TBM条件。研究结论:(1)开敞式TBM能够适应管涔山隧道施工。(2)管涔山隧道可以采用TBM洞外组装、软岩地段矿山法施工、步行进洞后掘进施工方案或TBM洞内组装、直接掘进、软岩地段矿山法施工方案。(3)采用开敞式TBM施工最短工期为42.5月。(4)虽然可以采用开敞式TBM施工,但仍然存在一定的风险。     

从黄龙村隧道施工探讨黄土隧道施工方法

研究目的:黄龙村隧道的围岩状况在郑西铁路客运专线具有一定的代表性,通过对黄龙村隧道施工过程进行总结,进而探讨并总结黄土隧道的施工方法。研究结果:黄龙村隧道的弧形导坑预留核心土短台阶法是可以用于黄土隧道施工的有效工法之一。