地震CT法在花岗岩球形风化残留体勘探中的试验研究

在城市盾构隧道建设过程中,盾构掘进若遇到花岗岩风化残留体（俗称孤石）,掘进施工将非常困难,盾构姿态难以控制,刀具磨损严重,刀盘和刀座易变形,常常会出现喷涌、塌方、刀盘被牢牢卡住或刀盘严重磨损等意外情况。为保证盾构的顺利掘进,需采用物探方法探测出隧道沿线孤石分布情况。针对南方地区花岗岩地层特征,采用数值模拟和现场应用试验的方法开展花岗岩风化残留体的地震CT法探测技术研究,经钻探取芯验证与实际较吻合,解决了花岗岩风化残留体的准确探测与定位的难题。提出的一些合理化建议可为今后类似城市地铁工程施工提供参考。     

花岗岩风化残留体地震法探测应用研究

花岗岩风化残留体会给城市地铁盾构施工带来极大的风险,为保证盾构在存在残留体的地层中顺利掘进,需提前探测出其在隧道沿线的分布情况。较之传统的钻探探测方法,地震法探测具有环境干扰小、效率高、覆盖范围广且成本低廉的优势。文章针对南方地区花岗岩地层特征及城区环境特点,对目前常用地震探测方法的适用性进行了试验研究,认为浅层地震反射法对于孤石探测是行之有效的,采用横波探测可以提高探测准确度。所得出的结论可供以后孤石探测工作参考借鉴。     

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。     

孤石形状与岩土介质对孤石探测的影响研究

采用现场试验和数值模拟相结合的方法,针对不同孤石形状、不同周围岩土介质对地质雷达探测孤石结果的影响进行研究。结果表明:不同形状孤石的雷达波形反射曲线形状有差异,其中球状孤石的反射波形大致为一条双曲线,且曲线较为平滑规则,而块状孤石的反射波形为左右两条双曲线与前部扁平线的组合形状;球状和块状孤石反射曲线中间反射能较大,而曲线两侧翼部反射能较小;球状与块状孤石的反射弧跨度随着截面尺寸的增加呈线性增长,且在相同截面尺寸下两者大致相同;在砂土介质中,孤石处的雷达反射波形比在黏土介质中明显,故周围岩土介质对地质雷达探测孤石结果的准确性有一定的影响。     

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。     

地震反射波CDP叠加技术在台山核电海域花岗岩孤石探测中的应用

介绍海域地震反射波多次覆盖CDP叠加技术,阐述海上单道地震与CDP叠加技术的差别,从方法原理、震源选择、观测系统等方面分析探测小尺寸异常体的关键技术,通过钻探验证说明该技术在探测风化残留体中孤石的良好效果。     

孤石爆破预处理技术在盾构隧道中的应用

以某地铁盾构区间为例,介绍盾构穿越风化岩地层时遇到孤石的处理经过,着重论述网格法进行孤石探测、由地面实施点对点孤石爆破处理施工技术,为盾构穿越孤石群打出一条绿色通道,降低开舱换刀风险,保障盾构顺利掘进。     

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。     

炭质千枚岩隧道围岩松动圈现场测试

研究松动圈的方法可以分为现场探测方法和理论方法。二者相比,现场实测数据更加能反映出围岩松动圈实际情况。为研究炭质千枚岩隧道松动圈范围,考虑到隧道所处的变质软岩环境,在参考以往松动圈相关研究的基础上,采用多点位移计和地质雷达对依托工程的围岩松动圈进行了现场测试。多点位移计位移量随时间变化大说明该测点以内的岩体呈现破裂状态,反之岩体所受扰动较小,因此可找到松动围岩与完整围岩的分界区间。地质雷达发射的电磁波经过松动围岩与完整围岩的分界面时必然发生强烈反射,因此从收集处理的雷达探测剖面图上即可确定围岩松动范围。同时,采用数值模拟的手段对现场测试结果进行了验证,探明了不同施工条件下炭质千枚岩隧道围岩松动圈的分布特征。现场测试结果显示:施工方法对炭质千枚岩隧道围岩松动圈范围影响显著;采用"上下台阶法"施工时,多点位移计法测得围岩松动圈范围在6~8 m左右,地质雷达法测得范围在4.0~6.5 m左右;采用"上下台阶预留核心土法"施工时,多点位移计法测得围岩松动圈范围在4~6 m左右,地质雷达法测得范围在2.5~5.0 m左右。对于炭质千枚岩隧道,其锚杆支护长度应不小于8 m。研究结果可为汶马高速鹧鸪山隧道及其他类似隧道支护参数的设计、施工方法的选择提供一定参考。     

基于盾构掘进参数的孤石地层识别方法研究

为了在盾构掘进过程中准确识别孤石地层，保证施工安全，运用理论分析与工程数据验证，研究孤石地层识别方法。基于盾构掘进比能，结合主掘进参数，提出修正比能（SM），构建孤石地层SM识别模型及识别矩阵。运用BP神经网络技术，以实测掘进参数作为训练样本，建立孤石地层神经网络识别模型，具有极高的识别精度。利用盾构掘进数据对孤石地层识别方法进行工程验证。研究结果表明： 1) 修正比能法具有较强的容错能力、稳定性及特异性，识别效果优于掘进比能法； 2) 2组实测数据下，神经网络识别结果与识别矩阵的吻合率达到98.3%和98.8%； 3) 以修正比能法为基础，结合神经网络法作为辅助与参考对孤石地层进行双重识别，具有较好的工程实际意义。     

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。     

浏醴高速公路风化花岗岩路用特性试验与铺筑方案

为保证路基的稳定性和耐久性,针对浏醴高速公路通过风化花岗岩地区,开展利用风化花岗岩材料路基路用特性试验研究,进行了室内物理力学强度试验和现场压实碾压试验。在深入风化花岗岩填料的液塑性实验和CBR实验、风化花岗岩静碾压实机理分析、风化花岗岩路堤碾压过程分析和风化花岗岩路基填筑试验研究的基础上,提出了风化花岗岩路基的处理和施工技术,有效地解决了浏醴高速公路填挖平衡、节约用地、实现环境保护的目的。     

南京五桥南塔基础区域抛石置换施工控制研究

南京五桥南塔基础区域外侧为深水陡坡,存在大量岸坡防护抛石,影响桩基施工。通过抓斗船采用网格化方式清理抛石后,采用侧扫声呐和浅地层剖面探测相结合的物探方式能有效分析抛石清理的成效,为GPS定点清理桩基础位置残余抛石奠定基础;选择粒径2~6cm的袋装碎石按单层0.5m厚设计,并根据现场试验确定抛投提前量进行置换防护。后期顺利完成钢护筒及桩基施工。     

便携式落锤弯沉仪在花岗岩风化料路基检测中的应用

为了确定花岗岩风化料路基模量与弯沉的快速检测方法,针对不同的花岗岩风化料路基进行了便携式落锤弯沉仪(PFWD)检测法与贝克曼梁法以及承载板法的现场试验研究.通过试验,得到了花岗岩风化料路基动静模量与动静弯沉间的关系.研究表明:PFWD测得的花岗岩风化料路基动静模量与动、静弯沉存在良好的线性关系,可用于该种材料路基弯沉及模量的快速检测和评价.     

富水全强风化花岗岩隧道注浆加固参数研究及其效果评价

全强风化花岗岩强度低、水稳性差,在富水条件下易崩解成流塑体流失,隧道穿越此类地层常面临严重的突水突泥风险,全断面帷幕注浆作为软弱富水地层预加固最为常用的技术方法之一,其注浆参数如注浆量(浆液充填率)、帷幕注浆厚度是决定地层注浆加固效果的关键技术指标。本文以多次发生突水突泥灾害的典型富水风化花岗岩地层隧道为工程依托,采用室内试验、理论分析等研究方法开展帷幕注浆量、注浆厚度研究。室内试验结果表明浆液充填率达到48%以上,注浆加固体强度、渗透性特性改善显著,其中粘聚力较未注浆提高3倍,达到200k Pa以上,内摩擦角提高10倍,达到30°,渗透系数从10~5cm/s量级降至10~8cm/s量级。同时结合理论分析与类似工程,得到注浆加固圈厚度可取5~8m。由此确定隧道帷幕注浆技术方案,并采用检查孔法、P-Q-t曲线法等对其注浆效果进行评价,验证该方案的可行性。     

苏埃通道工程

苏埃通道工程路线全长6 680 m,隧道长5 300 m,按Ⅰ级公路技术标准设计,兼具城市道路功能,双向6车道,设计行车速度为60 km/h。苏埃通道工程是我国首座位于8度地震烈度区的超大直径海底盾构隧道,也是国内首条采用超大直径盾构穿越复杂地层的海底隧道,工程综合难度和风险在目前我国同类型工程中最高,具有大、浅、高、强、险等特点和难点。采取开展超大断面盾构隧道的地震物理模型试验研究、对盾构进行创新性设计、对海域球状风化体（孤石）进行提前探测等应对措施。工程于2016年4月开工,计划2020年3月30日建成通车。     

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。     

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。     

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。