孔中雷达法探测孤石的研究

盾构在花岗岩风化地层中掘进存在着极大风险,为解决花岗岩风化残留体精确探测的难题,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法对孔中雷达法探测孤石进行研究,研究表明： 1）采用孔中雷达法,配置100~200 MHz孔中天线,在地层差异明显的情况下能探测出测孔周围3~5 m、粒径在0.7 m以上的孤石; 2）在不均匀地层中,不同粒径的孤石在雷达探测剖面上的反射波信号响应特征差别很大,通过反射波的强度和速度可判断出孤石的大小和埋深; 3)在花岗岩风化地层中的现场试验探测结果与实际吻合,证明采用孔中雷达法探测孤石可行。孔中雷达法既能充分发挥钻孔的作用,又能在增加成本较小的情况下精确探测出隧道沿线孤石的分布情况,具有较好的推广应用价值。     

不同地质条件下盾构工程孤石处理工艺及实例

花岗岩风化土中存在的球状风化核,俗称"孤石",其埋藏分布及大小是随机的,且形状各异,直径从几十厘米到几米,岩石单轴抗压强度可以达到200 MPa以上。为解决盾构在存在孤石的花岗岩残积层中掘进时面临的极大施工风险,通过分析珠三角地区及台山盾构隧道工程的孤石处理工艺方法,总结各项目孤石处理的成功经验和失败教训,得出不同地质条件和不同工况条件下有效的孤石处理技术,这些处理技术包括:地下深孔爆破,冷冻、地面冲孔和人工挖孔,地表注浆以及盾构直接切削。     

公路隧道岩溶构造地质雷达正演与探测实例波形特征对比研究

公路隧道岩溶构造地质预报是地质雷达超前地质预报的重难点,而对岩溶构造的地质雷达反射波形特征识别是预报准确的重中之重。为了准确识别反射波形特征,通过对隧道围岩溶腔中不同填充介质的岩溶构造建立雷达正演模型,模拟研究雷达反射波波形特征。本次模型构建填充情况主要分为空溶腔(空气),充水的溶腔,充泥、砂的溶腔,混合填充的溶腔4类,对应得到其正演反射波形特征为2大类。将模拟结果与探测实例波形特征对比研究,其反射波波形特征作为地质雷达探测预报岩溶构造时可参考的波性特征,定性判别岩溶构造中不同的填充介质情况,以进一步提高预报结果的准确性。     

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。     

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。     

基于ANSYS/LS-DYNA的落石冲击力研究

落石冲击力的计算方法目前以半经验半理论算法为主，计算值与实测冲击力存在较大差别，其适用性、合理性一直未得到工程界一致认同。结合前人冲击试验结论，参考国内外具有代表性的5种冲击力计算方法，阐明了ANSYS/LS-DYNA软件分析落石碰撞地面问题的可行性，此法不仅能考虑落石形状、地面岩土体物理力学特性及其空间分布特征，而且还能考虑不同入射角的碰撞问题；同时还分析了落石入射角、落石形状对冲击力的影响规律。研究结果表明:①初始速度大小相同时，冲击力与入射角呈正线性相关，而冲击力与落石尺寸的关系曲线则为一条正相关的抛物线；②同样重量的落石，块状落石与球状落石形成的最大冲击力相当，而块状落石的平均冲击力则为球状落石的1.1～1.3倍；③球状落石与地面碰撞时最大冲击力约为平均冲击力的1.6～2.1倍，块状落石与地面碰撞时最大冲击力则约为平均冲击力的1.5～1.8倍。     

盾构掘进破坏孤石诱发地层塌陷的灾变机制研究

孤石地层因勘察、施工处理困难,使得隧道穿越该地层时面临风险。针对因盾构掘进破碎孤石后造成地层空洞,并最终引发地层塌陷的现象,利用研发的随机多边形生成方法,在离散元软件PFC2D中建立隧道孤石地层开挖模型,研究隧道掘进破碎孤石诱发地层塌陷的灾变机制及其影响范围。研究结果表明： 根据孤石所在不同方位可以定性判断地表突然塌陷位置; 当孤石粒径大于临界粒径或隧道埋深小于临界埋深后,孤石切削不当将引发地层塌穿型坍塌; 在相同孤石粒径时,孤石形状的改变对地层位移影响甚微。     

公路隧道溶洞探测与处治技术

针对隧道工程建设中溶岩地质会对隧道结构稳定性产生较大影响的问题,以河百高速公路隧道施工为依托,采用地质雷达法对隧道进行超前地质预报。通过对电磁波在不同介质中的传播速度、波形振幅的差异以及掌子面地质观察和波形图进行分析,确定溶洞的位置、大小及规模;以隧道的实际开挖情况验证地质雷达探测溶洞的准确性,并对溶洞的处理方法进行比选。     

微动探测方法在城市地铁盾构施工“孤石”探测中的应用——以福州地铁1号线为例

孤石在我国南方花岗岩地区普遍存在,其分布无明显规律,形状各异,强度可达到100 MPa以上。福州地铁1号线在施工过程中遇到了孤石问题,盾构区间范围内的孤石如果没有提前查明并处理,会给盾构施工造成重大不利影响和安全隐患。采用微动探测方法有效解决了福州地铁1号线的孤石问题,运用微动探测成果结合少量钻孔验证进行盾构施工的安全性分析,为盾构施工提供指导。简要阐述了微动探测方法的基本原理,介绍其在福州地铁1号线多个盾构区间孤石探测的成功案例,说明微动探测方法适用于城市复杂的环境条件,在盾构施工孤石探测方面具有良好的应用效果。     

盾构隧道穿越岩溶地段孤石群处理技术与应用

以长沙某盾构隧道为例,分析了该隧道孤石的形成机理和分布规律,讨论了盾构穿越孤石地层的难点和风险,对比了孤石的多种探测方法,介绍了孤石破除的主要方法和工程中采取的措施;通过对比不同孤石处理方法及其实际施工效果,得出一定的经验总结,为其他盾构隧道穿越孤石群提供参考.     

盾构穿越花岗岩球状风化孤石群的施工关键技术

为解决盾构穿越孤石群地层的难题,对花岗岩风化孤石的形成机制及盾构穿越孤石群产生的地面沉降、姿态控制、设备安全的风险进行研究,并分析传统孤石处理方法在孤石群地层中运用的局限性。主要结论如下:1)盾构穿越孤石群施工应系统考虑孤石预处理、掘进和开舱换刀方案;2)采用地下隐蔽岩体爆破技术对孤石进行爆破破碎后能降低盾构掘进风险,并且盾构通过期间须严格控制掘进参数;3)采用压密注浆改良刀盘周边地层,盾尾止水和舱内制作泥膜措施辅助带压进舱,能提高开舱成功率,解决刀具更换的问题。     

非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

越海盾构工程孤石探测技术探索

为解决盾构隧道施工过程中孤石带来的风险,以台山核电站取水隧洞工程为例,介绍了孤石对盾构施工的危害及处理措施,从物探方法、探测设备、探测范围等多个方面介绍了探测技术,证明采用地震反射波CDP叠加技术进行孤石探测是可行的,并通过钻孔验证了物探成果的准确性。尤其对于1 m以上的孤石探测较为准确。     

考虑相变过程岩体孔隙率对寒区隧道温度场时空规律影响研究

为研究寒区隧道围岩在持续低温作用或冻融循环作用过程中，考虑岩体相变过程中多相体各组分变化引起的岩石热学参数差异对围岩温度场时空变化规律的影响，利用已有岩体未冻水含量研究成果，进一步推导不同孔隙率下岩体的热学参数计算公式。基于多孔介质模型建立考虑相变过程的围岩温度场计算模型，分析考虑潜热时不同孔隙率下围岩冻结缘的空间形态变化规律，及相变过程对温度场的影响。研究结果表明： 1）饱和岩体孔隙率越高，对岩体整体热学参数影响越大； 2）低温持续作用围岩时，冻结缘向围岩深处移动并不断变宽，其宽度与其深度呈线性关系； 3）饱和围岩孔隙率对冻结缘移动速度影响较大，但对其宽度基本无影响； 4）由于相变潜热，岩体在冻融循环过程中围岩温度时程曲线出现不对称阶梯状形态，且其阶梯形状宽度与围岩孔隙率呈正相关； 5）冻融循环过程中，升温及降温过程中冻结缘临近岩体温度梯度存在差异引起的传热效率不同直接导致升温、降温时程曲线的不对称性特征出现； 6）沿硐室围岩径向向外，各处围岩体的温度时程函数与加载的温度函数存在着振幅衰减和相位滞后的现象，且岩体孔隙率越高该现象越明显。     

地质雷达在岩溶陷落柱探测中的应用研究

以某隧道洞底陷落柱为例,通过地质雷达对目标体的探测,分析岩溶陷落柱的雷达波组异常特征,准确地探测出陷落柱的位置、规模和埋深;同时,选取典型的雷达波进行频谱分析,探讨岩溶陷落柱和围岩的雷达波频谱特征。岩溶陷落柱雷达波频谱呈现低频大振幅反射,其主频单一且突出;围岩雷达波呈现弱振幅多峰频谱,主频不突出。岩溶陷落柱和围岩雷达波频谱特征存在的显著差异,可作为识别岩溶陷落柱的重要依据之一。实践结果表明,地质雷达在探测岩溶陷落柱中具有有效性和实用性。     

阳城隧道土砂分界地层隧道围岩变形特征及控制工法研究

为解决采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制难题，以浩吉铁路阳城隧道为依托，采用室内试验、数值模拟和理论分析等方法对不同隧道埋深及土砂分界位置（土砂比，即土层厚度与砂层厚度之比）下的隧道围岩变形规律进行研究，并提出围岩变形控制工法的选取原则。研究结果表明： 1）不同隧道埋深及土砂比情况下的围岩变形曲线可分为变形预发展阶段、变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形稳定阶段4个阶段，且均可采用Boltzmann函数进行良好拟合； 2）当土砂比由0∶1增至1∶0时，隧道拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱隆起对土砂分界面的位置变化具有不同的响应规律； 3）提出适用于采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制工法选取原则，并通过计算证明，该原则可有效指导围岩变形的控制。     

水下盾构隧道硬岩处理与对接技术

为了对盾构隧道(尤其是水下盾构隧道)施工中遇到的特殊地层的处理方法进行总结,特别是阐明水下盾构对接施工的关键技术,以借类似工程参考。结合目前盾构隧道施工实践,分析在软硬不均地层、孤石地层、卵砾石地层中利用盾构法修建隧道的主要问题和困难,相应地提出了一些基本措施和技术对策。结合台山核电站取水隧洞(位于海域中)盾构施工中遇到的微风化花岗岩硬岩(最高强度达197 MPa)和球状风化孤石,提出了水下爆破法和冲击钻冲孔2种方法进行基岩突起和孤石处理,盾构顺利通过该基岩段,没有进行刀具更换。结合3次穿江越洋的狮子洋盾构隧道的水下对接(国内首次)问题,分析总结了"相向掘进、地中对接、洞内解体"的关键技术,对接非常成功,对接点的围岩相对稳定,精度符合要求。