爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。     

长距离穿越顺煤层瓦斯隧道卸压消突方法研究

长距离穿煤隧道通常具有围岩破碎程度高、揭煤断面大、时间和空间紧张等特点,如何对此类隧道快速消突是隧道施工中面临的重大难点。以祁连山2#隧道为例,通过分析长距离穿越顺煤层瓦斯隧道的工程特点,对隧道瓦斯泄压增透抽采方法进行分析比选,最终选择水力割缝快速卸压消突方法,并建立了相应数值仿真模型,通过数值优化得到最优的钻孔布置间距和割缝布置间距。并通过现场试验,发现水力割缝快速卸压消突方法相对于传统钻孔抽采瓦斯法可以大量缩短抽采时间,验证了该方法的可行性及数值模拟结果的可靠性。本研究成果可为高瓦斯隧道水力割缝实际应用提供有效借鉴。     

煤层浅埋区域铁路隧道瓦斯探测分析

以太岳山隧道勘察项目为依托,针对煤层浅埋区域铁路隧道的地质条件,利用红外气体分析仪对其瓦斯含量进行探测分析,分析了岩层特性和瓦斯含量及主要成分的对应关系,解释了含气量随钻孔深度不断变化的规律,分析了可能存在的误差影响因素。     

半无限平面双孔平行隧道渗流场解析研究

以镜像法和渗流力学理论为基础,推导了半无限平面双孔近距平行隧道稳定渗流场的解析解,并与数值解进行了对比验证。对2个平行隧道间距,注浆圈和初期支护的渗透系数、厚度等参数对隧道涌水量和初期支护后水压力的影响进行了分析。研究结果表明:随着2个隧道水平间距的增大,隧道的涌水量和衬砌后水压力逐渐增大;当隧道中心水平间距大于隧道半径的20倍时,水平间距的影响几乎可以忽略不计;随着其中一个隧道埋深的逐渐增大,该隧道涌水量和初期支护后水压力逐渐减小,而邻近隧道涌水量和初期支护后水压力先减小后增大;随着隧道注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大,隧道涌水量和初期支护后水压力均逐渐减小;随着隧道初期支护渗透系数的减小和初期支护厚度的增大,隧道涌水量逐渐减小,初期支护后水压力却逐渐增大。     

公路小净距隧道纵向空间效应分析

为分析小净距隧道两洞室间的空间效应,采用Midas/GTS有限元分析软件对不同纵向间距下相邻两洞室掌子面隧道围岩响应特性进行分析,得到了围岩变形规律、中夹岩柱应力变化趋势、塑性应变变化特征,并给出两洞室间合理的纵向施工间距。研究表明,隧道拱顶沉降位移在其掌子面前方10 m趋于稳定,中夹岩柱沉降位移变化规律与洞室拱顶沉降变化规律具有一致性,隧道开挖对靠近先行洞一侧的中岩柱水平位移影响较大,在纵向2 m处位移最大;掌子面间距增大会扩大先行洞塑性区分布,对后行洞塑性区分布无影响;当0.5B≤掌子面间距≤1.5B时(B为隧道宽度),中夹岩柱主应力增加较快,当1.5B≤掌子面间距≤2.0B时,中夹岩柱主应力变化不明显,合理的纵向施工间距为2.0B以上。     

缙云山隧道穿越含瓦斯和采空区煤层施工技术研究

针对隧道通过煤层中可能出现的瓦斯突出施工难点,采用排堵相结合方法,对瓦斯涌量超过警戒值,设计了通过富含瓦斯地层过程中瓦斯排放施工方案和参数,解决了缙云山隧道穿越煤层过程中瓦斯突出的施工问题;同时隧道开挖通过煤层采空区时,提出了隧道边墙两侧、拱部以上的采空区采用回填,仰拱以下采空区采用钻孔压住水泥砂浆充填处理,并给出了钻孔布置、压浆等工艺的施工参数,有效地解决了隧道通过富含瓦斯和采空区煤层施工难题,为类似工程提供经验。     

荷载变化条件下不同深度榫槽对隧道结构承载性能的影响

为了研究盾构隧道接头部位的榫槽深度对盾构隧道承载性能的影响规律,考虑纵缝榫槽等结构的细部构造,建立三维精细化盾构隧道数值模型进行计算分析,并与足尺试验进行对比验证。结果表明试验及数值的数据基本吻合,采用该模型计算是合理可行的。研究结论:(1)正常承载及超载情况下截面弯矩和轴力对纵缝榫槽深度改变不敏感,当隧道结构遭遇极为严重的卸载情况时,截面弯矩和轴力才表现出随纵缝榫槽深度增加而增大;(2)卸载情况下不同纵缝榫槽深度对应的隧道结构横向、竖向收敛变形均显著大于超载情况;(3)增加纵缝榫槽深度可在一定程度上提高隧道结构抗变形能力,但当榫槽深度超过20 mm后,再增加榫槽深度对提高隧道结构承载力无明显效果。     

大断面小净距隧道断面优化及其设计参数研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线形规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。以某双洞8车道隧道施工为研究背景,通过数值模拟及理论分析,对断面优化及其设计参数进行了深入研究。研究结果表明:随着高宽比的增加,拱顶位移逐渐减少,水平收敛逐渐增大,在高宽比为2.0时达到理想状态,这个时候的拱顶位移和水平收敛基本相同,此时断面有利于开挖。当高宽比取理想高宽比2.0时,这时应力较均匀,是开挖的理想断面,同时考虑行车通行的建筑界限,取高宽比为0.6333是合理的。隧洞埋深对塑性半径和周边位移的影响极大;弹性范围内的支护阻力与隧洞变形成正比;塑性半径随着围岩强度的增加而减小。     

富水圆砾地层盾构隧道施工对地表及建筑物影响分析

以在富水圆砾地层的盾构双线隧道先后通过邻近建筑物为研究背景,通过现场监测和数值计算方法,对双线隧道施工引起地表及既有建筑物变形规律进行研究。研究结果表明,随着地层深度增加,沉降槽宽度减小;地表最大沉降量出现在先行隧道中线上方;刀盘通过地表中心断面后,地表及建筑物沉降逐渐趋于稳定;当偏离比在一定范围内,随着建筑物与隧道间距减小时,建筑受到的影响逐渐增大。     

基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价

选取煤层厚度、煤层瓦斯含量、回风流平均瓦斯浓度、相对瓦斯涌出量、岩石类型、连通封闭性、深度值、隧道跨度、隧道长度、通风风速和涌水量等11项瓦斯灾害指标作为隧道施工瓦斯灾害风险评价指标体系,并建立各指标的等级标准。将序关系分析法(G1)和反熵权法(AEW)运用拉格朗日乘子法确定组合权重,构建各指标的单指标测度函数,并计算出各指标的综合测度评价向量。为了优化未确知测度置信度识别准则,引进集对分析(SPA)关联系数确定各隧道的瓦斯灾害风险等级。并对24个瓦斯隧道进行瓦斯灾害评价,并和FDA法评价结果和现场实测结果进行对比,精度达到91.7%,基本符合实际情况,表明了该评价方法合理有效,可为隧道施工瓦斯灾害评价提供理论参考。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

隧道初期支护钢拱架的应力分布规律研究

隧道开挖时,由于地质条件的不确定性和复杂性,导致支护结构受力状态发生变化,因此掌握支护结构应力分布规律对于隧道工程安全施工具有十分重大的意义。以下穿渝湘高速公路的凤咀江铁路隧道为背景,利用数值模拟和实际监测研究不同围岩和不同拱架间距下隧道初期支护钢拱架的应力分布规律,研究表明:(1)Ⅴ级偏差围岩最大拱架间距取0.8m,Ⅴ级偏好围岩最大拱架间距可增大至1.0m;(2)从应力分布角度看,钢拱架内外侧应力大部分为拉应力,且钢拱架最大拉应力出现在拱脚处,最大压应力在拱顶处;(3)当围岩质量状况变差时,钢拱架应力和应力梯度会迅速增大,钢拱架受力不均匀性也会显著增加;(4)在Ⅴ级偏差围岩条件下,当增大拱架间距时,钢拱架应力会迅速增加,因此要严格控制好拱架间距。     

盾构隧道壁后注浆浆液时变性对围岩应力与变形的影响机理

为探究盾构隧道壁后注浆浆液在围岩内的渗透扩散行为,基于达西定律和流体力学,建立考虑与不考虑黏度时变性的浆液渗透扩散方程,并根据弹性力学原理,推导渗透压力作用下围岩的径向有效应力、切向有效应力和径向位移的计算方程;基于长沙地铁4号线盾构施工实测数据,借助Matlab软件对方程进行计算分析,提出壁后注浆对围岩的影响机理。结果表明：壁后注浆浆液在围岩中的扩散半径随注浆压力和注浆时间的增加而增大;当考虑浆液的黏度时变性时,浆液扩散半径会缩小,特别是在长注浆时间（40 min）情况下,浆液的扩散半径相对于不考虑黏度时变性时缩小34.9%;随着注浆压力的增大,渗透区土体的径向有效应力增大,切向有效应力减小,且随着围岩距隧道中心距离的增加,最终均趋于原位围岩有效应力;壁后注浆渗透压力使围岩产生的径向压缩变形量随注浆压力的增大而增大,当注浆压力为0.42 MPa时,围岩内部最大位移达7.81 mm。     

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。     

浅谈炭质板岩瓦斯隧道勘察方法与评价

以兰渝铁路化马隧道工程实例为基础,阐述了含瓦斯炭质板岩隧道有害气体勘察、测试与评价方法,在吨岩瓦斯含量、瓦斯压力与瓦斯流量等瓦斯参数测试以及瓦斯气体来源分析的基础上,提出利用钻孔瓦斯流量预测炭质板岩层绝对瓦斯涌出量的计算公式和有效方法,供非煤层瓦斯勘察时参考使用.     

新建隧道施工对邻近既有隧道安全性影响数值分析

新建隧道与既有隧道间距较近时,新建隧道的施工可能导致既有隧道结构的破坏,对此进行了计算分析,分析结果表明新建隧道开挖将引起围岩应力重分布,使既有隧道衬砌结构的安全性降低,其降低程度与两隧道间距有关.当两隧道间距一定时,开挖对既有隧道靠近开挖一侧的衬砌结构影响最大.     

克什克腾越岭隧道区地应力特征分析

研究目的:通过对克什克腾越岭隧道区地层多样,构造复杂的区域地质特征的分析,重点介绍了水压致裂法在地应力测试中的应用。同时,结合测试结果详细阐述了隧道区地应力的综合特点和可能发生的区域地质问题。研究结论:在克什克腾旗隧道区实际钻孔的基础上,通过应用水压致裂法地应力测试技术,对隧道区地应力大小及存在状态进行了综合分析,得出了隧道区地应力变化规律:(1)最大水平主应力值大于最小水平主应力和垂直应力,以水平应力作用为主。(2)实测最大、最小水平主应力随钻孔深度的增加而逐渐增大,同时,最大水平主应力方向以NEE～SWW方向挤压为主。(3)由于隧道区地应力状态分布均匀,实测地应力值不高,隧道区产生大的岩爆可能性不大。     

超大断面低瓦斯隧道独头施工通风流场研究

为揭示超大断面低瓦斯隧道独头施工通风的流场特征及瓦斯分布及运移规律，依托新建成自高铁长征隧道，选择压入式通风方式，采用有限体积法对隧道内各平面进行流场分析，并结合现场监测数据验证数值模拟所得出规律。结果表明：(1)通风时间10 min后，隧道内流场基本稳定，从掌子面由内到外风速减小，隧道内不同位置风速均大于0.25 m/s,满足隧道施工通风要求；(2)风流稳定后，在风管出风射流区域两侧会产生涡流区，瓦斯容易在涡流区循环流动难以排出，需对该区域进行重点监测；(3)施工通风初期，掌子面瓦斯浓度显著增大，随后风管出口正对位置瓦斯浓度很快减小，最终在远离风管一侧的墙脚容易发生瓦斯聚集，此处是施工通风重点局部加强和监测位置。     

瓦斯隧道有害气体运移规律及通风方案优化研究

本文基于现场测试和数值模拟对隧道整体双洞互补式通风条件下瓦斯扩散规律进行分析和研究。结果表明:(1)瓦斯隧道爆破施工主要产物浓度峰值从掌子面向隧道洞口方向逐渐减小。(2)风速变化梯度随风管附壁程度的增加、距工作面距离的降低而显著提升;另外,局部压力损失会随着风管管口距工作面距离的缩小而增大。(3)在隧道掌子面附近区域瓦斯浓度变化最为显著,且射流区瓦斯浓度相较于回流区要低。本文研究成果可为瓦斯隧道施工通风优化提供参考。     

隧道施工地层扰动特性分析

研究目的:地铁修建过程中面临大量穿越或临近建(构)筑物的情况,为确保施工安全,应把握施工引起的地层变形规律。本文利用三维非线性有限元模型和相关解析理论,展开对隧道施工后在不同埋深和不同施工控制水平下地层变形规律的研究。研究结论:(1)隧道施工影响半径受埋深和施工控制水平的双重影响;(2)施工影响范围随拱顶沉降的增大而增大,当拱顶沉降增大到一定值后,影响半径达到最大值,此时地层发生剪切破坏;(3)在粉土和粉砂土为代表的典型复合地层中,地表沉降与拱顶沉降的关系、影响半径和拱顶沉降的关系、影响半径与地表沉降的关系分别可用考虑埋深影响的线性函数、二次函数、幂指数函数公式表示;(4)地表沉降斜率与地表最大沉降量的关系可用幂指数函数形式表示,埋深越大,地表沉降斜率越小;(5)本研究成果可应用于地铁穿越工程。