隧道超前地质预报中不良地质体的瞬变电磁响应特征

采用电磁场有限元方法,模拟计算隧道中瞬变电磁法预报不良地质体的视电阻率,研究视电阻率等值线图中断层、溶洞等不良地质体的瞬变电磁响应特征.研究结果表明:在不良地质体周围,视电阻率等值线相对密集,在不良地质体内部或者周围岩体,等值线相对稀疏;由此可根据等值线密集带和视电阻率相对大小,初步判断不良地质体的位置和大小.当掌子面前方存在富水溶洞时,溶洞部位视电阻率明显偏低且等值线密集;存在富水断层时,断层部位等值线密集且出现规则排列的塔形低阻区;存在干燥溶洞时,溶洞部位呈高阻区,且高阻区内部呈多个三角形组合分布;存在干燥断层时,断层部位出现近直线平行的视电阻率等值线密集高阻带.干燥溶洞和干燥断层的响应特征不易识别,需要结合地质资料进行更为细致的分析判断.部分响应特征已在实际工程中得到了应用和验证.     

全空间效应下瞬变电磁法三维数值模拟

研究目的:隧道采用瞬变电磁法进行地质超前探测时,激发电流断开瞬间将在掌子面前方和后方产生感应涡流场,接收线圈接收到的是整个围岩空间涡流场的叠加,不同于地面上只有地下半空间涡流场的叠加。本文利用ANSYS模拟隧道全空间无异常体和有异常体时感应涡流的传播特性,比较异常体在隧道中心和偏离中心时磁场沿水平测线的分布规律,对瞬变电磁法的研究和推广应用具有参考意义。研究结论:隧道中的瞬变电磁场表现为"水波效应"的传播特性,而非地面半空间的"烟圈效应";隧道中低阻异常体的出现,显著改变了涡流场的时域特性,使涡流场表现为异常体的感应特征;由于异常体偏离隧道中心而使相反一侧出现磁感应强度的极大值。     

新近系富水砂岩隧道注浆加固圈厚度研究

新近系富水弱胶结砂岩地层隧道在施工过程会破坏围岩稳定，进而出现突水和涌沙病害，在砂岩地层进行注浆加固是保障隧道安全的关键。以宁夏中卫某富水砂岩隧道为依托，采用FLAC 3D建立计算模型，探明不同注浆圈厚度对围岩的影响。结果表明：隧道注浆圈厚度为3 m时，围岩累计周边收敛值和拱顶沉降值分别为35.3 cm和30.9 cm，满足设计允许变形值。随着注浆圈厚度的增加，注浆加固效率先增大后减小，但施工难度及工程投资显著增大。综合考虑隧道施工的安全性、简便性及经济性，当围岩含水率为塑限范围及以下时，建议注浆圈厚度为3 m；当围岩含水率为塑限及液限范围之间时，建议注浆圈厚度为4 m。研究结果可为富水砂岩隧道的结构设计和施工提供借鉴。     

中老铁路沙嫩山隧道大变形区段松动圈发展规律及控制技术

通过现场测试隧道围岩变形分析中老铁路沙嫩山隧道大变形特征及围岩松动圈范围。结果表明：隧道大变形以水平收敛为主,存在拱架弯折、喷射混凝土剥落、掌子面溜塌等变形破坏现象,变形主要位于拱顶及拱腰;单线段、双线段隧道围岩松动圈范围分别在6.0～6.5、8.0～9.0 m,均达到隧道设计跨度的58%以上。根据测试分析结果,从主动控制隧道变形出发,考虑注浆对围岩力学性能的改善作用,提出单线段隧道采用双层小导管或管棚对掌子面进行超前支护,锚杆打设深度不小于6.0 m,注浆范围不小于2.5 m;双线段隧道采取双层纵向连接筋搭接钢拱架、增设4根锁脚锚管、加设临时水平横撑或三角横撑等措施进行支护,锚杆打设深度不小于8 m,注浆范围不小于4 m。采用综合措施后,隧道4个测试断面最大水平收敛和最大拱顶沉降的平均值均减小53%以上。     

隧道综合超前预报法在北京地铁施工中的应用研究

针对北京地铁矿山法施工中存在的主要地质问题,提出采用地质雷达法、瞬变电磁法及地质分析法相结合的综合隧道超前预报技术预测、预报隧道开挖工作面前方的地质构造,准确查出隧道掘进方向的围岩性状、结构面发育情况,特别是断层、破碎带和含水情况,减少隧道施工的盲目性。通过两个工程实例验证了该方法的有效性和可行性。     

高瓦斯隧道塌方段综合治理技术

研究目的:瓦斯是隧道及地下工程施工的一个重要地质灾害,因瓦斯异常涌出发生瓦斯爆炸事故而造成隧道塌方事故也是时有发生,因此,对含有高瓦斯的隧道塌方进行综合治理,确保后期施工顺利进行就显得尤为重要。本文结合都汶高速公路紫坪铺隧道塌方段的施工,对高瓦斯隧道塌方段综合治理的关键技术进行探讨分析。研究结论:高瓦斯隧道塌方段综合治理成败的关键在于选择合理的治理方案。本工程实施三阶段治理方案:(1)地质探测预报初步确定坍塌段的长度、高度及围岩情况;(2)进行坍塌范围内的瓦斯治理;(3)进行初期支护拆换及塌方处理。采用超前钻孔探测裂隙瓦斯情况进行瓦斯治理、75+51长短自进式锚杆(注浆)进行超前支护、预注浆稳固塌体、台阶分部法开挖塌体,短进尺掘进、喷射混凝土封闭新开挖面、初期支护和二次衬砌紧跟的处理方法,使塌方段得到了有效控制和处理,保证了隧道安全顺利通过塌方段。     

基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析

以某下穿库区铁路隧道为依托工程,对比分析有无渗流场作用和不同水深条件下,隧道结构应力变化规律以及围岩变形、塑性区和渗流场的变化特性,同时还考虑隧道加固圈厚度和渗透系数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:地下水渗流场对围岩变形影响较大,不仅能引起大范围的库底沉降,而且能增大隧道拱顶和拱腰的位移,并且能够减小仰拱的隆起量以及加剧围岩塑性区的范围;隧道的开挖能够对地下水孔隙水压力的分布形成明显的扰动,并且在两拱脚处渗流速度最大,最大塑性区位于横向临时支撑处;注浆加固圈能够改善围岩的受力,隧道最优注浆圈厚度在5m,并且当渗透系数小于围岩渗透系数的1/50时注浆圈加固效果不再明显。     

营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面稳定性分析

考虑地下水渗透力作用,采用三维数值模拟的方法对营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面的稳定性进行研究,对比分析未注浆加固与注浆加固两种情况掌子面的稳定性。研究结果表明:未注浆加固时,隧道施工掌子面的稳定性不能满足要求;注浆加固后,围岩及掌子面的稳定性得到显著提高,其安全性能够满足要求;注浆加固起到了明显的堵水作用,改善了初支的受力状态,有效地控制了围岩位移,缩小了围岩及掌子面的塑性区范围,其对提高围岩及掌子面稳定性效果显著。     

瞬变脉冲电磁法探测地下岩溶洞穴研究

结合瞬变脉冲电磁法探测地下岩溶洞穴实例,充分利用图形图像处理技术,在原有物探基本图形的基础上,实现野外瞬变电磁法测试结果的最佳显示,提高了岩溶预报的解释精度,结束了线状图、面状图描述地球物理三维场的现状.根据杭州留下段立交桥桩基下岩溶的探测实例,分析瞬变电磁法探测岩溶分布的实际效果,该结果已经实际工程验证,达到并满足工程要求.     

强震区高岩温隧道阻热抗震技术研究

研究目的:强震区高岩温隧道的结构安全性及稳定性是当前亟待研究和解决的热点问题之一。为降低高岩温隧道支护结构的服役温度并提高其震时安全性,本文以拉日铁路吉沃希嘎隧道为研究背景,通过采用有限差分数值模拟技术,对强震区高岩温隧道的阻热抗震技术进行研究。研究结论:(1)探明了隧道采用围岩注浆的最佳阻热方案,即注浆厚度为3 m、注浆区与初支的间距为0 m的接触注浆;(2)探明了隧道采用围岩注浆的最佳抗震方案,即注浆厚度为3 m、注浆区与初支的间距为0.5 m的间隔注浆;(3)从支护结构的阻热效果和抗震效果两个方面综合考虑,强震区高岩温隧道建议采用围岩注浆最佳抗震方案进行阻热抗震设防设计;(4)该研究成果可为强震区高岩温隧道阻热抗震技术的发展提供借鉴。     

等值反磁通瞬变电磁法在溶洞堆积体探测中的应用

针对溶洞内堆积体表层凸凹起伏变化大、场地范围较小、接地电阻大等特点,选用等值反磁通瞬变电磁法对其进行网格状探测及三维制图,推断溶洞底部基岩面形态及岩溶发育情况。物探成果与洞内钻探及地质调查结果较吻合。等值反磁通瞬变电磁法在该类场地条件下应用取得了预期的效果。     

超前深孔围幕注浆在浅埋暗挖隧道中的应用

浅埋暗挖隧道施工中采用超前深孔围幕注浆施工方法。该方法是在结构物周围注浆,以形成较大范围的筒状加固区。深孔预注浆可以在地表(或辅助坑道)进行,不占用隧道开挖面及其它施工作业面,可超前开挖面10～30m ,使加固注浆与隧道开挖施工同步进行。     

宋家山隧道洞口段注浆加固围岩的抗震分析

根据武罐高速公路宋家山隧道洞口段围岩的实际情况,应用数值模拟方法着重讨论注浆加固洞口段围岩的抗震性能。并分析不同超越概率地震动作用下,隧道洞口段在不同注浆加固范围时的地震动力响应特点,继而提出了相应的围岩注浆加固范围建议值,可供同类情况注浆加固参考。     

砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护效果研究

以北京地铁12号线区间下穿京张高铁盾构隧道为工程背景,数值模拟了砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护工法的地层变形控制效果,探讨了预支护方法对下穿工程地层变形规律、地表沉降规律、盾构管片变形规律、塑性区分布以及管棚受力特征的影响。结果表明:下穿工程地铁施工引起上部高铁盾构管片最大变形区在双区间中心截面±15m范围内,这是布置超前支护以控制地层变形的关键区;深孔注浆加固条件下增设超前管棚,可减小拱顶围岩塑性区开展范围,改善注浆体受力状态,有效降低隧道中上部围岩变形;超前管棚和深孔注浆复合预支护可充分利用深孔注浆的拱效应,又可利用管棚的梁效应,发挥各自力学优势,联合承担上部围岩压力。     

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.     

矿山法施工的近海地铁隧道围岩注浆圈参数选择

青岛地铁13号线井冈山路站至嘉年华站区间隧道敷设在近海区域。该区域围岩较为破碎,裂隙水与海水连通,隧道开挖后预测最大单位涌水量达31.2 m3/(m·d),故防水问题十分突出。借鉴类似工程,确定区间隧道初期支护单位渗水量允许值为0.3 m3/(m·d);采用隧道渗水量简化模型计算不同水头高度、围岩渗透系数、注浆圈厚度与渗透性对初期支护渗水量的影响;基于施工空间和效益对注浆圈厚度的限制,确定不同水头高度和围岩渗透性条件下的注浆圈厚度和渗透系数的合理组合;通过现场初期支护渗水量测试,验证了注浆圈参数的合理性。结果表明:Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级强风化—微风化等级岩层中,注浆圈合理厚度分别为3.75~6.00 m、3.5~6.0 m和0.75~2.75 m,合理渗透系数分别为岩层的0.5%~1.2%、1%~2%和2%。     

采用复合内衬壁后注浆法加固既有线隧道施工

峰福线K126 +803黄土三号隧道拱部衬砌压溃掉块,经过无损检测发现隧道衬砌壁后空洞较多,由于衬砌混凝土不密实,造成围岩松动移位,在不中断运输的条件下,采取增设嵌埋型钢骨架网薄壁衬砌加固措施,文章介绍了加固施工中注浆材料、注浆深度、注浆量等参数的确定,以及注浆施工顺序.     

红外探测技术在隧道工程中的适用性分析

根据大量应用实践,分析了红外探测技术在隧道工程中的适用条件:确定前方围岩是否均一及地下水区发育区与非发育区分界.利用红外探测仪判断突涌水,应参照地下水发育时期地质构造,相对地质稳定时期地下水发生、发展等水文地质情况,以及开挖过程中围岩、地下水表现形式等因素进行综合分析.在判断突涌水中起决定作用的是工作面场强差值、探测曲线与测区地质信息的有机结合.为了得到数据曲线的整体表现形式,探测距离应大于50 m.     

电测深法在高铁路基岩溶注浆效果检测中的应用

目前岩溶注浆效果检测缺乏定量评价方法和标准。利用数理统计方法引入视电阻率平均变化率■定量评价公式,将岩溶注浆效果检测评定问题定量化;结果分析了3种典型地质条件下电测深法岩溶注浆效果检测实例,再利用瞬态面波法和钻孔压水试验结果加以佐证;最后结合大量实测案例,给出采用视电阻率平均变化率指标和定量评价标准,并利用统计分析验证了定量评价标准的合理性。研究结果表明,当视电阻率平均变化率■时,可直接判定注浆效果为合格;当■时,注浆效果为“不明显”,需结合其他物探方法和钻孔压水试验结果进一步进行综合评定。     

基于综合地质勘探方法的海域活动断裂探测——以桑浦山断裂带为例

汕头湾主航道窄、流速急、水深大、通航密度高,造成探测海域活动断裂难度较大。某铁路隧道穿越桑浦山断裂带,突水涌泥风险大,需探明桑浦山断裂带在鹿屿水道中的准确位置和活动特征,在海上采用浅层地震反射波法、瞬变电磁法等地球物理方法以及钻孔联合地质剖面,通过对地震法反射波组连续性和振幅强弱、瞬变电磁法电阻率等值线、钻孔联合地质剖面地层厚度和连续性进行分析,得出桑浦山断裂在鹿屿水道部分为NE向倾斜的正断层,倾角70°,晚更新世以来垂向断距约为12 m。研究表明,在环境条件复杂的海域地区,传统地质勘察手段难以对水下地层、断裂构造等进行有效勘察,而利用多种地球物理勘探方法与钻探方法相结合的综合地质勘察方法,能准确对地质体进行解译,有效规避多解性对探测结果的影响,对探测海域复杂环境下的断裂,具有较好的效果。