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。     

基于TSP的隧道施工风险评估

基于地质资料和工程经验的高速铁路隧道施工风险评估具有较大的主观性影响。为了提高施工风险评估的精确性和可靠性,从而降低较大的主观性影响,以邓家湾高速铁路隧道为依托,采用隧道超前地质预报TSP303地震波法对隧道施工段进行超前探测预报,对TSP系统采集的数据进行整理分析,同时用模糊综合评价理论建立风险因素判断矩阵和确定风险的权重及隶属度,对隧道施工风险进行评估。结果表明:相比于基于地质资料和工程经验的主观评估法进行的隧道施工风险评估,基于TSP的隧道施工风险评估与工程实际更加契合,更能准确反映掌子面前方围岩情况,评估结果可作为评估铁路隧道的有效模型。     

隧道穿越溶洞堆积物的设计与施工

本文介绍了合肥至芜湖高等级公路试刀山右线隧穿越大型溶洞、断层、地层交接复合带及处理溶洞堆积物设计与施工的体会和经验。如：锁定相邻危险地段以巩固作业区“后方”；采用高压注浆和锚杆加固洞周岩体堆积物；采用钢筋混凝土“管梁”整体穿越大岩溶区；采用“眼镜工法”变大跨为小跨，确保施工安全；严格控制围岩变形防止结构沉降等，可供类似隧道设计与施工参考。     

野三关隧道穿越高压富水块石充填大型溶洞施工技术研究

主要论述宜万铁路野三关隧道施工穿越大型高压富水块石充填型溶洞的施工技术方案,根据超前地质预报精确超前探测溶洞的位置形状,通过迂回绕避先行越过溶洞腔体,回头对溶腔采用释能降压措施,解除溶洞出现不可预料的突水突泥石安全风险,然后对溶腔溃口进行封堵,主溶腔处采取加强初期支护措施治理溶洞,隧道衬砌结构紧跟顺利穿越大型溶洞,对隧道通过有复杂充填物大型溶洞施工具有系统指导意义。     

重载铁路隧底隐伏溶洞稳定性影响及处治技术研究

蒙华重载铁路是我国在南方穿越岩溶地区修建的第一条重载铁路。岩溶隧道施工期间未揭露的隧道底部隐伏溶洞,不仅影响隧道施工安全,同时存在后期运营期间在重载列车振动荷载作用下失稳塌落的风险,为了保证隧道施工和运营期间的安全,分析隧道底板以下潜在的隐伏溶洞对隧道稳定性影响;采用数值分析方法,考虑隧道施工阶段和后期运营阶段不同的受力工况,分别对隧道与底部隐伏溶洞之间的安全距离进行分析,得到不同洞径的隐伏溶洞与隧道之间安全距离的关联规律;综合理论计算结果,结合施工过程中对隐伏溶洞的预报和识别,采用钢管桩注浆工艺对需要处理的隧道底部隐伏溶洞进行钢管桩注浆加固处理,并形成套管跟进成孔及破碎岩体泥浆护壁工艺。     

隧道洞口段危岩崩塌落石冲击风险评价研究

研究目的:西南山区隧道进出口段往往位于沟谷,地形切割强烈,洞口仰坡易发生崩塌落石灾害。为评价落石灾害风险,本文建立新的隧道洞口段危岩落石风险的综合评估流程以及多指标综合评估模型,克服以往确定指标权重时人为因素影响较大的缺陷,为今后隧道洞口坡段落石灾害治理决策、落石计算和防治工程等设定风险等级提供依据。研究结论:(1)将可拓学理论引入隧道洞口危岩落石风险评估中,建立了隧道洞口危岩落石风险的可拓综合评估流程,构建了落石风险的多指标可拓综合评估模型;(2)对定性指标做定量化处理并对评价指标进行归一化处理,使得评估指标具有可比性,并提出用简单关联函数确定各指标权重;(3)构建了隧道洞口危岩落石风险分级的物元可拓模型,将落石风险等级定为极低风险(Ⅰ)、低风险(Ⅱ)、中等风险(Ⅲ)、高风险(Ⅳ)与极高风险(Ⅴ)五类,通过工程实例验证并利用层次分析-模糊数学综合评价法进行对比,验证了该评价模型的评估结果是合理的、可行的;(4)本研究结果可为落石风险评估提供一种新的思路。     

西十高铁秦岭马白山特长隧道分合修方案研究

随着高速铁路快速发展,速度350 km/h铁路日益增加,特长隧道分合修的问题直接影响到施工、运营等方面。通过对国内外特长隧道比较,结合西安至十堰高铁秦岭马白山隧道,从防灾救援、运营维修、空气动力学、施工组织及工程投资等方面对分合修方案进行比较,合修方案对于本隧道更有优势。研究结论:(1)分合修均需要设置不同形式洞内救援,人员疏散时间和通风排烟模式均满足要求(2)运营维护方面,由于在事故工况下分修两管隧道互不影响,具有一定优势;(3)空气动力学方面,由于合修断面大,相比分修对乘客及洞口建筑影响较小,略有优势;(4)施工方面,由于合修场地空间较大,效率较高;(5)分修隧道工程投资较合修方案增加约50%,合修方案优势明显;(6)本研究成果适用于高速铁路特长隧道分合修方案比选。     

高速铁路岩溶隧道大型溶洞综合勘察及处理技术研究

岩溶隧道的大型溶洞勘察及处理方法是高速铁路设计施工的难点,张吉怀铁路兰花隧道施工中揭示了大型溶洞,为确保铁路安全,需详细查明溶洞工程地质特性及水文地质特性,并确定合理的溶洞处理方法.通过地质调查、钻探及物探等综合勘察技术,详细查明了溶洞群的规模、相互关系及隧底岩溶发育情况.综合勘察结果表明:Ⅰ号溶洞底部至暗河间分布充填...     

武隆隧道穿越特大溶洞暗河技术分析

介绍武隆隧道施工中揭示的几处特大溶洞暗河情况,对溶洞暗河的整治进行实例分析,并针对溶洞暗河段的穿越以及防排水措施进行探讨,提出隧道穿越溶洞暗河段的若干建议。     

宜万铁路长鹰坝2号隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞处理对策

宜万铁路长鹰坝2号隧道施工中遭遇大型贫水溶洞,介绍该溶洞的岩溶发育特征,详细论述该溶洞的处理方法,重点介绍主溶洞段大跨非封闭分离式轻型隧道结构及隧底实腹式拱桥跨越溶洞的联合应用跨越大型溶洞的处理对策。     

穿越断层破碎带铁路隧道施工安全多重风险网络研究

目前,针对穿越断层破碎带隧道施工安全风险的研究多聚焦于单一风险事件或单一风险因素,缺乏从风险传导视角对安全风险展开具体研究.选用扎根理论质性分析31份铁路隧道工程风险评估报告,识别断层破碎带隧道施工安全风险因素,提炼安全风险因素之间的因果逻辑,构建安全风险传导网络;利用社会网络分析法(SNA)识别安全风险传导网络中的关键风险因素及关键链路,以此提出风险管理策略并高效阻断风险传导.研究结果表明:穿越断层破碎带隧道工程施工安全风险包括10类,可归为外部环境风险、施工技术风险和施工管理风险三大类;探明了50条关键的风险传导链路,并基于风险链路提出的安全风险管理策略可有效降低穿越断层破碎带隧道工程施工的安全风险.     

雪峰山1号隧道风险评估与管理

研究目的:铁路隧道建设过程中,因复杂多变的地质条件,隧道施工面临较多的不安全因素,长大隧道更是如此。长沙至昆明客运专线雪峰山1号隧道具塌方、突水突泥、围岩大变形等极高风险,按Ⅰ级风险管理,对该隧道围岩大变形、塌方、突水突泥等风险提出了针对性风险控制措施及风险管理基本制度,从而实现质量、投资、工期等建设目标。研究结论:(1)准确而完整的地勘资料是风险因素识别的重要基础,风险因素识别是随着隧道地勘资料的不断完善而逐步深入,从而形成全面、成熟的风险控制措施;(2)施工图阶段、施工阶段的风险评估是风险评估的重要阶段;(3)隧道风险管理是系统工程,组织保证是风险管理成功的基础,且依赖于设计、施工、建设等单位的组织管理;(4)隧道风险管理系统的有效实施能够将建设项目的安全、质量、投资、工期等建设目标成功落地;(5)该研究成果对高速铁路隧道的风险控制与管理具有较好的借鉴作用。     

我国高速铁路隧道技术要点与有关建议

研究目的:通过科研与建设、运营实践,我国高速铁路隧道工程形成了设计、施工、质量检测与验收的成套技术,对我国高速铁路隧道工程的技术创新、研究成果和建设中的经验教训进行总结,可为我国后续高速铁路隧道标准修编及工程建设提供依据,并为最终形成完善的高速铁路建设技术体系提供帮助。研究结论:通过对我国高速铁路隧道技术的系统总结,提出了我国高速铁路隧道的技术要点,并对存在问题提出了处理建议:(1)总结了我国高速铁路隧道的设计技术要点,包括解决高速铁路隧道空气动力学问题的设计措施、高速铁路大断面隧道结构设计技术、新型隧道洞门设计技术、因地制宜的防排水结构型式和结构体系等;(2)总结了我国高速铁路隧道的施工技术要点,包括大断面隧道控制爆破技术、施工机械化配套技术、不良地质隧道施工技术、超前地质预报与监控量测技术、隧道风险管理技术等;(3)总结了我国高速铁路隧道的质量检测技术、静态验收和动态验收要求;(4)针对我国高速铁路隧道存在的衬砌质量缺陷、渗漏水问题、洞门边仰坡稳定问题进行了分析,并提出了处理意见;(5)该研究可为今后的高速铁路隧道设计和施工不断改进及完善提供参考。     

隧道工程饱水充填型溶洞处理技术研究

研究目的:宜万铁路马鹿箐隧道"+978"大型富水溶洞充填物为饱水淤泥质粉质黏土夹碎石、块石及孤石,颗粒细、含水量高、强度低、施工风险大。通过本研究,拟找到一个安全可靠、结构合理的支护体系。研究结论:(1)超前帷幕注浆能够起到改良土体、堵水的效果,对充填型溶洞加固效果显著,可以大幅度降低充填物含水率、改善物理力学指标,为顺利开挖创造有利条件,是溶洞处理有效的手段;(2)溶洞段采用双层喷混凝土支护形式的初期支护,有效控制了围岩变形,分担了大部分围岩压力,大大降低了传递至二次衬砌上的荷载;(3)鉴于岩溶水的季节性很强,在雨季地表强降雨的补给下,溶洞内水位会短时间内急剧上升,因此隧道二次衬砌应预留抵抗高水压的安全储备,以保证运营安全。     

宜万铁路下村坝隧道大型溶洞处理

宜万铁路下村坝隧道下穿灰岩,隧道处于垂直岩溶带内,隧道最大埋深320 m。隧道内溶洞极其发育,其中2号大型溶洞垂直发育深度大于50 m,沿线路纵向发育长21 m,是深纵比大于2.5的"深窄"型溶洞。传统施工方法风险较高,采用拱桥结构跨越该溶洞,可充分利用基岩的承载能力,较好地规避施工风险。具体介绍采用拱桥跨越溶洞的设计措施和施工工序。     

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.     

黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。     

新建隧道双侧近接既有隧道施工风险评价研究

研究目的:浦梅铁路新建隧道双侧近接既有浅埋偏压隧道工程的不良地质问题突出,近接形式独特,施工风险影响因素复杂多样。为合理评价近接既有隧道工程的施工风险,本文对经典可拓法进行改进,提出专门针对新建隧道双侧近接既有隧道工程的施工风险评价模型,并以浦梅铁路双侧近接段作为算例进行验证。研究结论:(1)在经典可拓法的基础上引入层次分析法进行权重计算,并通过距离函数确定评价指标的综合权重,可提高评估结果的合理性;(2)建立了完整的新建隧道双侧近接既有隧道施工风险评价模型,构建了对应的风险评价指标体系,通过关联函数和综合权重实现施工风险等级评定;(3)利用建立的评价模型对浦梅铁路双侧近接工程实例进行风险评价,得出其施工风险等级为3. 4级,属于"高度风险"偏向"极高风险";(4)本研究结果可为新建隧道双侧近接既有隧道风险评价提供借鉴。     

衢宁铁路政和至宁德越岭段线路方案研究

研究目的:衢州至宁德铁路是中长期铁路网规划中重要的区域铁路,位于浙西南和闽东北地区,其中政和至宁德段需穿越鹫峰山脉近80 km厚重"门"形山体,为避免出现特长隧道,规避施工及运营风险,有必要在不同限制坡度条件下综合考虑与周边路网匹配性、车站设置、环境保护、工程地质条件、工程难度及工程投资等因素对越岭地段线路方案进行系统研究。研究结论:(1)限制坡度6‰、9‰下,最长隧道均超过35 km,施工及运营风险较大;(2)限制坡度13‰下单线西绕方案容易与周边路网匹配,最长隧道长度仅17. 7 km,有效规避了施工及运营风险,近期投资显著节省,是最适宜的方案;(3)复杂山区选线是一个系统工程,应全面考虑线路平面及高程进行综合选线;(4)本研究成果可为类似项目提供借鉴和参考。     

基于BIM与GIS结合应用的地铁隧道安全预警预报技术

地铁隧道结构安全性评估是地铁建设的重要环节。针对南宁地铁2号线岩溶发育的工程地质条件,在GIS(地理信息系统)中展现和分析不良地质体的空间分布,进行隧道穿越区域的岩溶塌陷风险评价;针对不同岩溶地质灾害风险等级,根据施工信息和监测信息在BIM(建筑信息模型)平台上进行地铁隧道结构安全风险评估,进而采取不同防治措施,以及进行隧道安全预警预报。基于BIM与GIS结合应用的隧道结构安全风险评估,综合考虑了地铁隧道结构模型宏观地理环境,可为地铁隧道结构安全预警预报提供技术支持。