胶州湾海底隧道综合超前地质预报与注浆方案选择

研究目的:胶州湾海底隧道为我国在建的第二条海底隧道,隧道围岩复杂多变,地下水与海水有水力联系,其中海域段穿越10条断层破碎带,断层破碎带及其影响带内围岩破碎、裂隙水发育,如何准确探测不良地质体及对其进行有效处理,是保证隧道安全如期建成的关键,因此,对不同地质体应采取有针对的地质预报和处理措施.研究结论:(1) 根据地质风险分析结果,采取了针对性的综合超前地质预报技术,保证了探测方法的合理性和结果的可靠性;(2) 为了准确探测不良地质体,建立了完善的超前探测程序和管理方式;(3) 根据超前探测结果结合水量和水压大小,提出了注浆堵水方案选择标准及效果评价方法,保证了安全经济地处理不良地质体.     

大尖山隧道主要工程地质问题及防治措施分析

地质灾害问题常常是影响长大隧道施工中的关键问题,通过对大尖山隧道前期勘察资料的分析研究,详述了隧址区的工程地质条件及施工中的主要地质问题。该隧址区地质条件复杂,施工开挖后可能产生围岩失稳、断层破碎带塌方、涌水突泥、洞口边坡滑塌等地质灾害。在重点分析隧道围岩稳定性的基础上,针对各地质灾害的特征提出了相应的防治措施。     

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明：逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断...     

山岭隧道高压富水断层破碎带注浆施工技术

研究目的:山岭隧道断层破碎带地层岩性复杂,围岩破碎,在地下水补给源充分的条件下,极易发生高压突水等地质灾害,严重影响施工安全和进度。为了有效地预测和治理隧道断层破碎带涌水,防止发生隧道突发涌水等地质灾害,需要对断层破碎的地质特征以及处理措施进行深入研究。研究结论:隧道注浆堵水的方式一般要结合现场开挖揭示围岩情况和前方地层超前预报结果合理选择。隧道高压富水断层破碎带应采取超前预注浆堵水措施,以达到降低围岩的渗透系数,减少地下水流失的目的。注浆结束后应采取施作检查孔等方法对注浆效果进行检查和评定。     

西成客运专线福仁山隧道地质勘察

通过对西成客运专线福仁山隧道地质条件的分析,研究总结了福仁山隧道可能存在的地质问题。根据地应力测试结果,该隧道埋深300～500 m围岩中存在中-高地应力,埋深大于500 m的围岩中存在高地应力,局部地段存在极高地应力,有发生中等岩爆的可能。在洞身大理岩岩溶发育及部分隧道浅埋地段,产生突、涌水(泥)的可能性较大。隧道通过断层破碎带、褶皱核部、地层接触带、长大密集节理带等地段时,施工时极有可能出现坍塌等围岩失稳现象,针对以上问题,在设计及施工中应加强超前支护且及时衬砌,并加强排水措施。     

FLAC 3D在越岭隧道涌水分析中的应用

研究目的:以往的隧道涌水分析中,通常未考虑隧道开挖对应力分布再平衡的影响,而应力集中段落往往节理裂隙发育,也是地下水运移的主要通道,易发生隧道涌水现象。本文采用数值分析方法对隧道开挖后的应力变化进行模拟,确定新的应力集中位置,判断开挖后可能涌水位置,为隧道涌水分析及工程措施选用提供设计依据。研究结论:(1)在采用物探方法确定隧道涌水高危段落的基础上,利用FLAC 3D软件对隧道开挖后应力重新分布情况进行数值模拟,结果发现:断层破碎带和褶皱背斜部分对隧道围岩应力分布和位移变化有很大影响;(2)通过隧道围岩应力分布和位移变化分析,确定了DK 121+070和DK 121+300段附近为隧道开挖后应力集中位置,可能发生突水、涌水灾害,数值模拟涌水位置与实际开挖后涌水位置吻合;(3)本研究成果为隧道涌水高危段落的划分提供了一种新思路,为隧道涌水量分析及工作措施选用提供了设计依据。     

宜万铁路别岩槽隧道F3断层突发性涌水治理

研究目的：宜万铁路别岩槽隧道F3断层围岩破碎，为碎石土，局部溶隙、溶槽发育，有少量地下水，施工中按V级围岩采用超前小导管支护、格栅钢架支撑、网喷混凝土，采取台阶法丌挖。在初期支护完成3个月后，由于受地表强降雨影响，致使隧道线路右侧暗河（距隧道约10-20m）水量增大、水压升高，继而导致隧道初期支护严重开裂-变形，突发大规模涌水。本文主要分析了F3断层突发性涌水机理，介绍了F3断层突涌水的治理措施。 研究方法：突发性涌水后，现场立即启动应急预案，在安全监视下，采取工字钢环向加固和横向支撑，并对线路右侧边墙进行钻孔放水泄压。水量稳定后，对F3断层段采取径向加固堵水注浆；拆除变形格栅钢架，采用120钢架替换；并及时施作二次衬砌。 研究结果：通过采取“径向注浆加固-初期支护加强-及时施作二次衬砌”等综合技术措施，F3断层治理后，仅在局部位置出现渗流水，水量1m^3／h，治理效果良好。 研究结论：（1）通过别岩槽隧道F3断层涌水事故，当隧道周围（不超过100m）存在暗河通道等赋水条件，隧道开挖揭示囤岩破碎，那么，既使隧道开挖中未发生涌水，也难以保证初期支护完成后不发生涌水事故，甚至很难保让隧道完成后运营过程中不出现问题，随着“强本简末，为运营服务”隧道修建理念的提高，针对类似地质构造，做到提前防范，加强处理。（2）针对类似别岩槽隧道F3断层地质特点，采取径向注浆是一种有效的治理及防范措施。     

破碎带地层盾构隧道建造关键问题

断层破碎带是引起盾构隧道施工灾害的关键因素之一，其形态各异、岩性复杂以及高渗透性，都极易导致隧道涌水、塌方等施工灾害，给隧道安全高效掘进带来了巨大挑战。总结分析断层破碎带的形成机理，包括破碎带地层的形成原因、破碎带地层的岩体性质及其与盾构施工安全之间的内在联系。重点介绍了近年来盾构隧道穿越破碎带所面临的刀具磨损、开挖面稳定控制、同步注浆质量控制、衬砌外水土压力确定、破碎带地质预报和地层处理等方面问题。结果表明：断层破碎带岩体破碎，黏聚力低，渗透系数从10^-5～10^-3 cm/s不等，且含水率较高；对于高水压断层破碎带管片结构防水应采取防、排结合，以排为主、以防为辅；含断层破碎带盾构隧道工程建设应做好断层破碎带的综合超前地质预报，将传统的地质分析法、超前钻孔法等与新型探测技术、数字技术相结合。研究结果可为盾构隧道穿越断层破碎带提供借鉴与指导，对进一步提高中国隧道及地下工程建设水平有着积极意义。     

TBM隧道施工诱发地下水环境负效应演化过程研究

TBM隧道穿越微风化凝灰岩、节理密集带及断层破碎带时,极易诱发隧道内涌水,造成地下水位下降、水资源流失、地表塌陷等问题。本文基于泄水孔+深孔联合泄水设计,研究适用于高水压环境下的新型联合泄水式管片。在此基础上,基于等效衬砌法,利用有限元软件系统分析TBM隧道掘进过程中孔隙水压力、开挖面涌水量及地下水位在超前注浆与未注浆两种工况下的演化特征,并使用数据分析软件对隧道总涌水量和地下水位降深关系进行拟合。结果表明：隧道超前注浆造成孔压比随地质岩层渗透系数增大而降低,并使渗流场影响高度和宽度得到有效控制;超前注浆导致隧道在施工过程中开挖面拱顶孔压比基本保持在同一水平直线上,有效降低总涌水量上升速率;地下水位降深随隧道掘进距离增大而增大,且地下水位降深与掘进距离之间呈线性正相关。研究结果可为TBM隧道穿越不良地层诱发地下水环境负效应问题的处置提供技术支持。     

逆断层黏滑错动下隧道抗错断力学机制研究

研究目的:由于断裂活动的复杂性和工程示范样本的缺失性,逆断层黏滑错动过程隧道抗错断力学机制尚未清晰揭示。因此,本文以某交通隧道逆断层黏滑错动段为原型,采取强制位移法开展1∶30抗错断模型试验,对逆断层黏滑错动下隧道衬砌结构应变、受力进行对比分析,以揭示逆断层黏滑错动条件下隧道抗错断力学机制。研究结论:(1)逆断层黏滑错动具有显著区域性特征,黏滑错动过程主要影响Ⅱ-Ⅱ～Ⅴ-Ⅴ断面范围内,远离错动面衬砌结构受错动影响较小;(2)隧道衬砌结构纵向主要为压应变超限受损,最大纵向压应变位于固定盘侧Ⅴ-Ⅴ断面;活动盘侧环向压应变超限位于Ⅲ-Ⅲ断面的拱顶,固定盘侧环向拉应变超限位于Ⅳ-Ⅳ和Ⅴ-Ⅴ的拱顶、环向压应变超限位于仰拱;(3)活动盘侧最大接触压力位于Ⅱ-Ⅱ断面仰拱,错动前后相差近2倍;固定盘侧最大接触压力位于Ⅴ-Ⅴ断面拱顶,错动前后相差1. 1倍;黏滑错动对活动盘侧围岩压力影响近似为固定侧1倍;(4)本研究成果可为逆断层黏滑错动地质地段隧道抗错断设计和施工提供理论依据。     

重载铁路隧道仰拱施工关键技术应用——以中条山隧道为例

为解决软岩隧道仰拱采用传统台阶法施工易出现的初期支护封闭不及时变形大,仰拱二衬采用传统栈桥施工存在的质量缺陷多、安全性差的问题,依托浩吉铁路中条山隧道对仰拱施工技术进行了研究和创新,提出仰拱和下台阶一次开挖技术和仰拱二衬大区段技术。同时针对高地应力、第三系泥岩地层及富水地段等不良地质仰拱施工技术进行了研究和优化。研究结果表明:仰拱和下台阶一次开挖快速封闭成环技术在变形控制、安全性、工效均比传统台阶法好;仰拱二衬采用24m大区段技术在仰拱整体质量,安全性均比传统栈桥施工要好;高地应力段采取早封闭、强支护等措施有效解决了变形较大的问题。第三系泥岩地层采用碎石换填并注浆加固解决了仰拱承载力不足和基底通水问题。富水地段增设独立排水系统解决了地下水对仰拱的侵蚀,降低了地下水对仰拱的作用力。通过浩吉铁路全线多条隧道的应用以及一年多的铁路运营检验证明了仰拱系列施工技术的安全性和适用性,对软岩隧道仰拱施工具有较高的应用价值。     

膨胀性地层铁路隧道衬砌结构及防排水措施优化建议

结合膨胀性地层铁路隧道病害概况以及单、双线铁路隧道断面、防排水设计现状,提出相应的衬砌结构及防排水措施优化建议。衬砌结构的优化建议如下:对单线隧道而言,适当增大其边墙曲率、仰拱矢跨比,提高边墙、仰拱的强度和刚度;对双线隧道而言,适当增大其仰拱矢跨比,提高仰拱的强度和刚度;隧道仰拱处二次衬砌应采用钢筋混凝土,同时在隧道仰拱填充中增设格栅钢架或在隧道仰拱填充顶部增设钢筋。防排水措施的优化建议如下:将设置在仰拱填充内的中心水沟下移至仰拱下方,在仰拱下方设中心水沟或改设为排水渗沟,可将隧道衬砌背后积水均引入仰拱下方的中心水沟排出洞外;而改设的中心渗沟主要用于排出仰拱下方积水。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。     

郑(州)西(安)客运专线高桥隧道变形原因浅析

研究目的:多座大断面黄土隧道在施工过程中均出现了不同程度的地表裂缝,尤其在隧道浅埋偏压段更为突出,因此对大断面黄土隧道进行深入调查及针对大断面黄土隧道的施工方法,支护结构和围岩的应力、变形情况、地表裂缝情况开展研究是很有必要的。研究结果:确定隧道产生变形的原因是由于黄土结构相对疏松、施工开挖面大、施工工艺控制不严格且隧道变形地段存在偏压等原因造成的,从而提出大断面黄土隧道在浅埋段宜采用短进尺,强支护,快封闭,勤量测,二衬紧跟的施工原则,并做好地表及拱顶下沉检测工作。     

铁路隧道十字交叉隔壁后拆式工法施工力学特性及其应用研究

厦(门)深(圳)铁路梁山隧道穿越L7富水软弱带使施工严重受阻。为确保隧道顺利通过L7富水软弱带,通过多种经济、技术比选,最终确定通过超前预加固措施改良地层条件后,采用十字交叉隔壁后拆式工法施工。阐述十字交叉隔壁后拆式工法的特点及施工工序,同传统CRD工法相比,该工法的最大特点是:"后拆式"的十字交叉临时支撑体系,确保在临时支撑体系拆除时,初期支护和二次衬砌已经同时承载,避免传统工法中因拆撑时应力释放导致的初期支护结构失稳风险,确保施工过程中的安全可靠性。然后通过数值计算和力学分析方法,对十字交叉隔壁后拆式工法在施工过程中的支护力学转换体系进行详细分析,得出以下结论:初期支护与临时支撑组成的支护体系,在开挖的每一步中,都是承载的主体,尽可能早地闭合成环;二次衬砌的闭合时机就是二次衬砌的支护时间,以初期支护极限位移的60%作为施工二次衬砌的位移指导值较为合理。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路单线隧道预制拼装衬砌设计选型研究

基于荷载-结构模型分析了不同等级围岩条件下350 km/h单线隧道断面整体衬砌内力特征.在此基础上,通过主动调整结构受力,在整体衬砌对应的弯矩极大值处将衬砌结构分为7部分进行预制,分析了不同围岩等级下接头刚度对预制装配式衬砌受力与变形的影响.结果表明:相对于整体衬砌,Ⅲ,Ⅳ,V级围岩条件下预制装配式衬砌最大轴力分别增加5.6%,6.5%,7.3%,最大弯矩分别减少39.9%,43.0%,54.6%,最大横向位移分别增加22.4%,36.4%,64.7%,最大竖向位移分别增加41.8%,44.6%,52.5%;边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,接头刚度不宜大于45 MN·m/rad.     

考虑随机裂隙的寒区隧道冻胀力研究

研究目的:为进一步研究围岩和衬砌结构的冻胀力,以2022年冬奥会重大交通保障项目金家庄特长螺旋隧道为依托,通过现场实测、室内试验和COMSOL数值模拟相结合的方法,探究考虑随机裂隙条件下,孔隙率、渗透率、随机裂隙孔径和模型下边界水头对冻胀力量值和分布规律的影响. 研究结论:(1)衬砌结构的最大拉、压应力随孔隙率的增大而...     

引水隧洞突涌段变形特征及控制关键技术研究

深埋引水隧洞突泥突水洞段注浆固结圈与初期支护结构作为协同承载结构,其荷载分担与变形控制对结构和施工安全有重要作用。为研究深埋引水隧洞突涌洞段围岩与支护体系稳定性,以滇中引水狮子山隧洞为工程依托,通过现场对围岩-支护监控量测与第二层型钢拱架受力监测,结合施工工况动态分析围岩-支护体系受力与变形,研究总结突涌段施工变形控制关键技术。研究结论:(1)深埋隧洞突涌洞段拱顶累计沉降17.4 mm,达预留值的17%左右;拱肩、拱腰累计收敛106.6 mm、98.1 mm,达预留值100%左右。(2)突涌洞段理论预测极限位移150 mm;现场监测评价设定阈值uo=100 mm,当达到2/3时,应采取加强措施。(3)最佳开挖方法为微台阶法。各级台阶长度控制在3 m左右,按“快挖、快支、快封闭”原则组织施工。(4)超前预支护管棚结构起到提高固结体刚度作用,较固结体提高约13倍。(5)双层支护结构强度、刚度增加,承载能力明显提高,施工安全性也得以提高。     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

基于精细爆破的隧道微台阶开挖工法与工程应用

研究目的:通过精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架应用,开发出一种适用于Ⅳ、Ⅴ级石质围岩隧道施工的开挖新工法,以解决软弱围岩隧道开挖掌子面与仰拱等后继工序安全步距保持、进度保障等施工问题.研究结论:基于精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架的隧道微台阶开挖工法,有效地提高了软弱围岩隧道开挖施工效率,为后继工序施工提供了更大的作业空间,缩小了掌子面与仰拱、二衬之间的距离,有利于保障隧道施工安全和进度.