机械能激发地震波法隧道地质超前预报的数值模拟研究

地震波法隧道超前地质预报中采用炸药激发地震波不仅工序繁琐、破坏性大,也存在着较大的安全隐患,而且在一些弱围岩地带的应用受到一定的限制。为了从根本上解决这一问题,使得地震波法地质超前预报技术更加简单便捷,趋于完善,采用机械能激发地震波的无损方式代替炸药爆破,并对激发点和接收点布置方式进行了优化和调整,通过有限元波场数值模拟分析发现,用机械能方式激发的地震波纵横波特征明显,遇到不良地质体后反射波能够在第一时间到达检波器,并通过现场试验验证了将这种新的地震波激发方式和激发点、接收点布置方式用于隧道地质超前预报是合理有效的。     

基于Matlab的隧道煤层超前探测技术研究

为精确预测隧道掌子面前方的煤层赋存情况,实现煤层的三维可视化显示与动态测量,以兰海高速扩容工程黄家沟高瓦斯隧道为工程背景展开研究。首先,在瓦斯抽放掌子面进行超前钻孔施工并详细记录钻孔参数;然后,采用Matlab软件编制程序对所获钻孔参数进行数据处理,获取煤层顶板与底板的空间三维坐标; 最后,在此基础上,构建三维可视化煤层赋存模型并进行煤层产状分析。研究结果表明：黄家沟隧道所穿越煤层的平均真厚度约为3.35 m,煤层的倾角约为33°,煤层走向与隧道轴向的夹角约为64°。研究结果与工程实际探测出的煤层产状几近一致,表明了所建模型的正确性,同时为瓦斯隧道超前探测煤层提供了一种合适的手段。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

几种初至自动拾取算法在地震波法隧道超前探测中的对比分析

在地震勘探中,尤其在浅层地震勘探、层析成像和地震波法超前探测中初至时间拾取精度直接影响勘探区域地质结构的反演结果,初至时间的自动拾取也是隧道超前地质预报地震数据处理的一个关键环节。介绍4种初至自动拾取算法--最大振幅法、能量比法、STA/LTA（长短时窗比）法和AIC（峰度赤池信息量准则）法,利用云南某隧道超前地质预报采集到的1组地震数据,对4种初至自动拾取算法进行对比分析,结果显示SLA/LTA算法拾取的初至时间更为精确,AIC法、能量比法次之。进一步利用其他隧道超前地质预报采集到的几组数据进行对比分析,获得相同结论。     

基于有限差分方法的石林隧道施工方案比选

针对永宁高速公路石林隧道软岩大变形段在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的力学问题,运用有限差分方法对CD法和三台阶开挖法进行了动态数值模拟,通过对比不同施工方法下围岩的应力场和位移场情况,为隧道开挖施工方法提供依据。     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

隧道岩溶超前探测及溶洞处理技术研究

云桂铁路云南段项目位于可岩溶地区,在隧道施工过程中出现了不同位置、不同大小和不同填充物的溶洞,充填物的突出会产生重大安全事故,施工时应先采用超前地质预报技术探明溶洞形态,再根据溶洞的位置、大小以及填充物形态采取针对性的施工措施。介绍该项目各种类型的溶洞处理技术,为其他类似隧道工程提供参考和借鉴。     

完整桩的一维扭转振动的交错网格有限差分法数值计算

为了丰富扭转波在低应变中数值计算理论与应用,提出了完整桩的一维扭转振动数值计算模型,并利用交错网格有限差分法计算了完整桩中扭转振动的动力响应,得到了其桩顶的理论速度时域曲线。计算结果表明,采用交错网格有限差分法较常规的差分法有更高的计算精度。     

岩溶隧道洞口段超前支护数值模拟

隧道洞口常处于浅埋段,岩土体稳定性差,能否安全顺利进洞是隧道施工的重要环节,常需对洞口段进行超前预支护,其中管棚、超前预注浆加固是较常见的手段。文中以吉庆隧道为依托,采用数值模拟方法,分别建立管棚+预注浆超前支护、管棚支护、预注浆及无任何支护作用下模型,通过对比分析,揭示不同支护方式的力学效应,为隧道洞口支护形式选择提供技术支持。     

高速公路瓦斯隧道煤层超前探测与瓦斯检测方法

高速公路瓦斯隧道揭煤时有较大煤与瓦斯突出危险,然而国家目前未出台相关技术标准。为了防止瓦斯事故的发生,加强对高速公路瓦斯隧道煤层的探测和瓦斯的检测是至关重要的。以鱼塘梁子隧道为工程实例,参照煤矿和铁路隧道的相关瓦斯技术规范,结合高速公路隧道煤岩层赋存与施工工艺等特点,制定了地质编录与超前钻孔相结合的煤层探测方法,并准确探测出了鱼塘梁子隧道内的煤层分布状况;采用瓦检仪现场测试与实验室色谱分析测定相结合的方法来检测隧道瓦斯浓度,现场测试获得隧道回风流中CH_4浓度为0%,实验室色谱分析结果获得CO_2浓度为0. 080 4%～0. 118 1%,CH_4浓度为0. 004 7%～0. 035 8%,有害气体CO浓度为0. 000 3%～0. 000 7%,现场测试与实验室测定的结果表明:CH_4成分远小于报警浓度1%,且CO_2和CO浓度远小于规程的最高允许浓度,表明这些少量的气体对隧道的施工安全不影响。     

岳家岭隧道地质灾害超前探测技术探讨与实践

在地质条件复杂的山区,公路往往采用隧道穿越.在隧道施工过程中,经常会出现坍塌、冒顶、涌水等多种地质灾害,严重影响隧道的施工进度和质量,隧道地质灾害超前预报已经成为当前地球物理工作者急需研究的一个课题.对目前常用的工程地质调查、水平钻探、高频地质雷达和TSP探测等方法和技术进行探讨与思索,并结合在巫奉高速公路岳家岭隧道进...     

公路隧道开挖渗流场的有限差分法分析

由于隧道的开挖,使地下水的排泄有了新的通道,破坏了原有的补给循环系统,也加剧了地下水对围岩岩体的作用效果。该文结合江西省景婺黄(常)高速公路新建隧道工程,根据隧道现场的工程地质条件与隧道的设计参数建立模型,利用有限差分软件FLAC3D流固耦合模块对隧道开挖进行研究,分析在饱水状况下隧道开挖过程中渗流场的分布、围岩稳定性以及围岩变形情况,模拟计算结果对于裂隙发育、富水地层隧道稳定性设计、防排水设计与施工具有一定的指导意义。     

瞬变电磁法在隧道裂隙水超前探测中的应用研究

在高地应力富水隧道开挖时,面临高压裂隙水突出的风险,对安全施工威胁很大。通过模拟掌子面前方裂隙水构造,使用多匝小线圈瞬变电磁法探测,能够较准确地探测出不同距离上的异常体位置。在实际应用中,采用多方向和多角度的三维数据采集技术,通过三维成果的立体显示对异常的分布能全面掌握,克服了传统瞬变电磁探测成果缺乏空间展布的弊端,解释成果有效、直观。     

瑞利波探测技术在长隧道地质超前预报中的应用

瑞利波探测是一种原位测试的工程地震探测技术,其频散曲线的变化与地质条件变化存在联系,通过频散曲线的特征识别,可得到探测方向上一定范围内的地质构造情况;瑞利波在介质中的传播速度与介质的工程物理特性有关,据此可对探测范围内岩土的物理力学性质做出评价,从而为隧道掌子面前方围岩状况提供一定的超前预报及施工指导作用。     

黄土隧道超前预报数值模拟与应用研究

介绍黄土隧道超前预报数值模拟,通过波场快照与道集记录分析喷浆混凝土形成的干扰波及影响,并利用偏移成像说明黄土层接收地震波有利于识别前方断层,通过数值模拟设计了锤击震源对黄土隧道超前预报的观测方式;结合谋苏隧道的工程实例,描述了地震波法对黄土隧道超前预报的数据采集与处理过程,对成像结果进行分析与评价。结果显示在黄土隧道进行地震波法超前预报,用锤击震源代替爆炸震源、在孔中黄土层接收地震波,经过TSP处理获得物性参数与成像,能够对前方60m范围内异常体进行有效预测。     

基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报初探

由于北京地铁八号线三期工程六营门站—五福堂站盾构段区间特殊的工程环境及工艺,使得传统的预报方法难以开展实施。以盾构刀盘切削震动为震源,以地震波反射法为原理进行地震波相位特性和振幅特性的解析,提出了基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报方法,并进行超前预报及跟踪对比工作。现场试验表明:基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统布设简单、操作方便,且不影响作业面推进;基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统能较好地反映地下介质体的形状与轮廓,图像判译结果基本与地质资料吻合,与开挖跟踪结果一致。     

探地雷达在岩溶公路隧道地区超前探测技术研究

选择瑶寨隧道大桥为研究对象,在结合现场勘查的基础上,针对YK47+540~510段和YK47+270~240段进行了探地雷达现场勘查和后期解读,对存在的不良地质体系和灾害类别防治进行分析,研究结果表明:YK47+538~YK47+535段整体围岩较为破碎,并有空腔型溶洞发育。隧道塌方预估量为15.96 m~3,属于一般塌方;YK47+270~240段掌子面6 m内有一典型的反射形态呈块碎状结构,计算隧道塌方量为125.35 m~3,属于严重塌方。针对YK47+538~YK47+535段选择采取多打眼,少装药爆破形式,YK47+270~240段采用弧形导坑法开挖形式,且掘进前沿设置小导管沿掌子面进行预注浆加固来满足隧道开挖稳定性的需求。     

隧道超前预报GPR正演模拟与应用研究

穿越长距离、大埋深、地质条件复杂的隧道工程在开挖过程中易发生涌水、突泥和塌方等地质灾害问题,为确保隧道施工安全有序进行,采用一种分辨率高、抗干扰能力强、高效直观的探地雷达GPR及其正演模拟技术对掌子面前方不良地质体进行超前预报。为提高对探地雷达探测不良地质体图像特征的解译,采用时域有限差分法FDTD模拟充水、充泥和充气溶洞模型,充水和充泥的软弱夹层模型,裂隙破碎带及断层模型下的GPR电磁波响应特征,并建立超前地质预报GPR正演模拟特征图库,为实际雷达探测图像解译提供理论基础。以常德市炉慈高速公路维新镇2号隧道和郴州市良回镇花岭公路隧道探测为例,结合后期开挖结果,验证了该技术可准确预测掌子面前方溶洞、富水、软弱夹层发育、裂隙和断层等不良地质体。     

基于Python语言的桥梁结构人工地震波模拟

针对桥梁减隔震设计中地震波需求较多的问题,采用Python语言开发了与公路桥梁抗震规范匹配的人工地震波模拟程序,从计算原理、参数取值、计算流程、程序实现方面进行介绍,并进行验证。地震波产生的原理为三角级数迭加法,按实现过程分类,可分为两步法和一步法。两步法指先合成平稳地震波,然后乘以强度包络函数得到非平稳地震波;一步法指利用相位差谱形状与地震波包络线形状相似的性质直接生成非平稳地震波。两种方法都利用了强度包络函数,差异在于相位角的取值不同,两种方法对反应谱的拟合精度均可达到90%以上。两座实际桥梁的计算结果表明：合成的人工地震波用于时程分析所得到的墩底内力和墩顶位移与反应谱法分析得到的结果偏差较小,符合规范要求,人工地震波程序可用于实际工程中。