岩溶弱发育地层隧道衬砌水压规律及结构安全性研究

当地层岩溶弱发育时,地表水下渗速度相对较慢。这种条件下,隧道常规防排水方案是否能够有效排导地下水,降低衬砌背后水压,还需要进一步研究。以重庆市某岩溶弱发育高铁隧道工程为依托,设计衬砌拱顶水头高度为10,15,20 m及30 m四种工况,采用三维数值模拟方法对常规隧道防排水方案条件下岩溶隧道衬砌水压分布规律及结构安全性进行研究。研究结果表明：(1)正常排水条件下,隧道衬砌水压折减率拱顶比仰拱高,且随着水头高度增加,折减率也随之减小;(2)在水压和围岩压力共同作用下,初始水头高度为10 m和15 m时,衬砌结构能够满足安全性要求,当初始水头超过20 m时,衬砌结构不能满足安全要求;(3)当常规隧道防排水方案用于岩溶弱发育段隧道时,需要对仰拱的排水方案进行改进或优化,以达到结构安全的要求。     

溶洞分布对城轨交通盾构隧道影响规律研究

针对近年来广州、长沙、武汉及云贵等岩溶发育地区地铁工程现状,文章以贵阳市轨道交通3号线为工程背景,采用二维数值模型对溶洞分布影响进行模拟计算分析。经模拟计算分析,得出溶洞不同方位、不同尺寸、与盾构隧道不同净距以及在不同围岩等级中对隧道开挖洞室稳定性、隧道衬砌管片受力的影响规律,以确定贵阳市轨道交通3号线盾构施工中溶洞处理范围,为岩溶发育区城市轨道交通建设提供参考。     

干溪沟隧道岩溶整治分析

研究目的:灰岩地段岩溶发育复杂多变,对隧道施工和结构影响较大,结合对渝怀线干溪沟隧道施工中多处溶洞的处理,对岩溶处理进行总结、反思。研究方法:在详细查明溶洞发育规模、范围及溶洞充填物岩性组合特征后,对基础处理方案进行比选。研究结果:对干溪沟隧道揭示的各个岩溶溶洞采取有效的处理措施进行治理,并取得良好的效果。研究结论:岩溶发育复杂多变,整治时需因地制宜,对症下药;施工中遇到充填溶洞时,在未探明基础充填深度的情况下,应适当扩大开挖净空,为探测、结构处理提供空间及自由度预留条件;地下工程穿越地下水水平循环带且其排泄基准面下切较深(区段多见深切沟谷)时,充填溶洞处理则可不考虑地下水的影响,空溶洞则按干岩溶管道处理,但仍应预留排水通道,以防止雨季时地下水堵塞,水位上升至线路标高后形成水害;动静结合的框架式结构基础应考虑列车通过时的冲击荷载等不确定因素影响,适当增加安全储备。     

盾构隧道开挖过程中溶洞对围岩变形影响的数值模拟

针对大连地铁5号线某岩溶强烈发育区段盾构隧道开挖,运用ABAQUS软件建立三维数值计算模型,分析盾构掘进过程中不同方位的溶洞对隧道围岩变形的影响规律,结果表明:溶洞的存在对隧道围岩变形影响显著,隧道围岩有向溶洞存在方位倾斜的趋势;隧道开挖完成后,塑性区隧道与上部、侧部溶洞围岩未贯穿,下部溶洞产生贯穿塑性区,为掘进过程中的最危险部位。     

确定嵌岩桩下伏溶洞顶板安全厚度的局部强度折减法

以一岩溶区建筑工程为例,建立桩基-顶板-溶洞相互作用力学模型,通过不断折减溶洞顶板强度参数,直到溶洞顶板塑性区完全贯通,获取强度折减系数,进而获得溶洞顶板安全厚度和桩基极限承载力。溶洞顶板安全厚度为模型顶板厚度与强度折减系数之商;桩基极限承载力为模型桩顶加载量与强度折减系数之积。桩基静载试验表明计算结果合理。与简化理论解析法相比,局部强度折减法不受溶洞形状、顶板边界、荷载作用位置等因素制约,具有普适性。     

非充填型溶洞发育位置及大小对隧道施工的影响分析

为研究非充填型溶洞发育位置及大小对铁路隧道施工的影响,本文对长昆客运专线岩溶隧道周边不同发育位置及大小的非充填型溶洞进行了二维数值模拟分析。分析结果表明:非充填型溶洞将引起隧道周边位移、塑性区增大;不同位置的溶洞对围岩应力影响不同,相交溶洞的存在对隧道结构最为不利。     

高速铁路隧道基底岩溶探测及处理

在可溶岩地区,高速铁路隧道基底下存在隐蔽溶洞时,容易发生基底下沉或不均匀沉降,威胁运营安全。采用物探、钻探等综合勘察手段,结合断面控制法探测隧道基底隐蔽岩溶,并采用向钻孔内压烟的方式探测基底隐蔽岩溶的连通性。隐蔽岩溶处理技术主要包括基底注浆加固、施作泄水洞、梁板跨越法等;当基底下岩溶弱发育、岩溶水不发育时,可采用注浆方式加固基底;当岩溶埋深较大且岩溶水发育时,可采用泄水洞处理隧道基底隐蔽岩溶;当岩溶埋深较浅且地下水发育时,可采用梁板跨越。     

岩溶地区修建客运专线勘察及设计对策研究

研究目的:宁安高铁地处长江以南丘陵地区,湖塘密布,地质条件复杂,铁路沿线可溶岩分布范围较广,碳酸盐岩分布的地段均有岩溶发育,溶蚀现象明显,岩溶发育程度多为中等发育和强烈发育,溶洞多呈串珠状,高铁建设面临的难题是如何有效查明自然地理和地质情况,根据溶洞发育程度,选择适宜的路基、桥梁方案,并做好结构沉降控制。基于此,本文开展岩溶地区勘察勘探方法及对应的结构物设计方案研究,从而保证设计的可靠性。研究结论:(1)岩溶地区勘察应精细调查分析,超前谋划组织,科学管理实施,宜采用钻探取芯试验、地震CT法和管波物探等新技术进行综合勘探,查明岩溶地段岩溶发育和分布情况;(2)岩溶强烈发育地段,考虑工程处理难度及费用,建议有条件情况以桥代路通过;(3)岩溶地段路基宜根据"先探后灌、探灌结合"的原则进行注浆动态设计;(4)岩溶区桥梁桩基础宜根据逐桩钻探资料,布置桩基基础展布图,桩基础需要穿透溶洞,支撑于底部稳定的基岩上,采用不等长桩设计;(5)本研究成果可为岩溶地区地质勘察勘探及结构物地基设计提供理论指导和科学依据。     

溶洞分布部位对隧道稳定性影响的数值分析

定量研究不同分布部位的溶洞对隧道围岩位移场、应力场、塑性区分布规律及支护结构受力特征的影响,从而确定对隧道稳定性最不利的溶洞分布部位。以宜万铁路某岩溶隧道为工程背景,利用有限差分软件FLAC3D研究隧道周围无溶洞以及溶洞位于隧道侧部、顶部和底部4种工况下隧道围岩稳定性及支护结构受力性状,得出溶洞位于隧道侧部时对隧道稳定性最不利。     

武汉轨道交通6号线工程岩溶发育特征及处理措施

根据武汉轨道交通6号线工程岩溶专项勘察资料,总结了该线岩溶区3种地质结构类型、岩溶塌陷机理和高、中、低3种风险区划分。从岩溶的横向、竖向分布以及溶洞填充情况等方面总结分析岩溶的发育特征和规律,发现岩溶主要在岩面下15m范围内发育,且以小于3m的溶洞为主,由上到下溶洞的填充率逐渐降低。考虑6号线施工及运营安全,以阻止上覆砂层的漏失为目的,对于主要车站及区间隧道下的溶洞,主要采取封闭溶洞连通通道和对溶洞注浆等措施。     

高速铁路复杂岩溶地质勘察及灾害防治

研究目的:我国岩溶分布面积约占国土面积的1/3,该区在建和规划的高速铁路将超过3 000 km.我国西南山区岩溶发育,高速铁路遭遇岩溶地面塌陷、隧道涌水突泥、大型溶洞失稳、危岩落石等岩溶工程地质问题.因岩溶发育复杂性、岩溶灾害突发性和高速铁路高标准要求,导致岩溶区高速铁路勘察难、评估预测难、选线难、设计难.本文根据岩溶...     

达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析

结合达(州)成(都)高速铁路某岩溶隧道工程,建立岩溶隧道三维实体模型,利用三维快速拉格朗日法FLAC3D对隧道底部含有溶洞的围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析.研究结果表明随着隧道施工接近并通过溶洞顶部,隧道拱顶处围岩向下变形,其值不断增大,拱腰处围岩沿隧道径向收敛,其值变化较小;仰拱处围岩最初向上变形,在隧道施工到溶洞顶部时变为向下变形,且其下沉值不断增大;围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势;隧道拱顶左右各约45°的范围、隧道底部以及溶洞周围的部位为应力释放区,拱腰处为应力增高区.     

拱部溶洞对隧道围岩变形的影响

以广东季洞隧道为研究对象,采用数值模拟和模型试验,研究隧道拱部不同大小、距隧道不同距离的溶洞对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道开挖时拱部溶洞的存在会使围岩变形增大,而且变形会向着无溶洞一侧移动;拱部溶洞与隧道距离不超过1/3隧道洞径时,溶洞对围岩变形的影响很大,超过此距离影响明显减小;不同部位和不同大小的溶洞均会使隧道围岩变形不同程度地增大,隧道开挖后周边收敛和拱顶沉降均随时间呈S形变化,最终趋于稳定。     

浅谈贵州喀斯特溶岩区隧道溶洞处理施工技术

溶洞为岩溶洞穴,是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为结构物部分及全部悬空,大大降低隧道使用的可靠度;溶洞填充物外涌,给施工造成困难和安全隐患;季节性的岩溶洞穴涌水,给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此,制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶发育地段极为重要。根据贵阳枢纽白龙线Ⅰ标胡家坡隧道DI2K24+932溶洞处理方案的具体实施情况,总结贵州喀斯特地貌区溶蚀发育地区溶洞的处理方法,以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。     

寒区隧道衬砌周边冻胀力及防治措施研究

依托祁连山高寒区隧道工程进行衬砌周边冻胀力数值分析和防治措施研究,探究寒区隧道衬砌周边冻胀力分布规律。基于有限元软件,分析围岩性质、含水率和衬砌弹性模量对冻胀力的影响,以及针对性提出寒区隧道防冻措施。研究结果表明:隧道衬砌周边的冻胀力分布不匀,墙脚附近的冻胀力最大,仰拱中心处的冻胀力最小;围岩性质越差,衬砌周边冻胀力越小,围岩从Ⅳ级变化至Ⅵ级时,最大冻胀力从1.944 MPa减少至0.502 MPa;围岩与衬砌附近的含水率越高,作用在衬砌结构上的冻胀力就越大,当围岩中含水率从10%增加至30%时,最大冻胀力从1.672 MPa增至5.193 MPa;衬砌弹性模量越大,作用在衬砌上的冻胀力越强,弹性模量从8 GPa增至32 GPa时,最大冻胀力从0.878 MPa增至1.269 MPa。最后提出高寒区隧道衬砌抗冻病害设防等级和相应的措施建议,为高寒区隧道建设提供技术支撑。     

广清城际铁路清远站商业开发项目岩溶发育特征及工程措施

为了解决广清城际铁路清远站某商业开发项目拟建场地内岩溶发育给建筑地基设计和施工带来的困难,通过详细的施工勘察,对场地地基稳定性分区、桩基选型、嵌岩深度和岩溶处理措施等问题进行了分析和总结。研究结果表明,拟建场地内岩溶整体发育程度为微-中等,Ⅱ区和Ⅳ区钻孔线岩溶率低于1%,属于岩溶稳定区;Ⅰ区和Ⅲ区钻孔线岩溶率均超过5%,属于岩溶不稳定区域。经计算,嵌岩桩入岩1. 5倍桩径可满足承载力要求(基岩面起伏大的地段需适当加深)。施工期间的岩溶处理宜采取回填、钢护筒跟进、注浆等方法。     

海德隧道浅层岩溶发育特征及影响分析

以宣曲(宣威—曲靖)高速公路海德隧道为研究对象,从浅层岩溶发育大小、充填介质、发育部位等方面对浅层岩溶发育特征进行统计分析,揭示浅层岩溶的发育机理及特点,并探究浅层岩溶发育与隧道埋深及地质条件的关系。研究结果表明:不同的岩溶发育特征对拱顶沉降有较大的影响,而洞周收敛受其影响较小;对于左拱腰出现溶洞的ZK119+475断面,开挖对溶洞内的填充黏土有扰动作用但影响有限;左右侧拱腰的内、外侧钢架内力变化趋势相似。     

高速铁路隧道岩溶灾害及防治关键技术研究

为总结高速铁路隧道岩溶灾害及其防治关键技术,结合沪昆高铁、重庆枢纽及成贵高铁的典型实例,分别从综合超前地质预报、深埋隧道高水压富水区综合防控、强岩溶化洞段围岩成套加固和隧底大(巨)型溶洞跨越4个方面对目前高速铁路隧道岩溶中涌水突泥、强岩溶化洞段围岩失稳及隧底大(巨)型溶洞三类灾害的致灾机理及防治技术进行总结和分析。结果表明:(1)综合超前地质预报是预防岩溶隧道涌水突泥灾害发生的有效手段;(2)对高速铁路岩溶隧道高压富水区,可采用超前帷幕注浆、径向注浆堵水的综合防控技术;(3)强岩溶化洞段可采用圬工回填、钢管群桩、微型桩、旋喷桩等围岩加固技术;(4)对岩溶隧道底大(巨)型溶洞,可采用空心柱混凝土回填、桥梁跨越、桩基框架结构、桩筏结构等综合处理技术。     

广州轨道交通沿线岩溶形成和发育特征及对隧道施工的影响

广州地区轨道交通沿线岩溶是在有利的地层条件、地质构造条件和水文地质条件下形成的。溶洞高度大多数小于3m,溶洞埋藏较浅,溶洞顶板较薄等。岩溶分布规律与发育程度主要受岩性、地质构造、地下水位变化等因素的控制。查明岩溶形成条件、分布规律和特征,对于隧道施工风险防范具有重要意义。     

黔张常铁路高山隧道巨型溶洞发育特征及工程评价

黔张常铁路高山隧道施工至DK53+678揭示一巨型溶洞,溶洞形态、分布规律极其复杂,施工难度及安全风险极高。为查明溶洞的发育特征及对工程的影响,通过采用地质调查、钻探、物探、三维激光扫描等技术手段,查明溶洞形态、堆积体特征、成因等溶洞发育特征及岩溶地表和地下水补给及排泄特征,对洞顶、洞壁稳定性等进行评价,为施工处理方案的制定提供重要的地质依据。