岩溶隧道防突岩层突水模拟分析

岩溶隧道施工中防突岩层突水已成为我国地下工程建设中的重大问题。本文首先分析了岩溶隧道突水机理和突水类型,然后通过块体离散元分析软件研究了隧道开挖过程中隧道与其边墙外高压富水隐伏溶腔间防突岩层在突水过程中位移场、渗流场的演化特征。研究成果表明:隧道开挖后随着围岩应力逐渐释放,防突岩层经历显著位移、局部垮落和整体破坏3个阶段,最终形成突水通道;开挖初期岩溶水压力分布范围逐渐增大,除防突岩层外其他部位围岩和高压富水溶腔逐步建立了水力联系;开挖后期溶腔水位下降,岩溶水压力分布范围减小。     

铁路隧道建设与水环境关系分析

研究目的:隧道建设在我国正伴随着铁路事业迎来新的发展,但是长期以来隧道建设和自然环境之间始终存在着难以调和的矛盾.本文试图从隧道建设与地下水环境相互影响的正反两方面着手,分析地下水环境影响隧道施工与运营的成因,以及隧道建设对地下水环境与隧址区生态环境影响的成因,为隧道工程建设提供相关的参考.研究结论:隧道建设与生态环境是相互影响制约的矛盾体.隧道建设过程中,当隧址区岩溶暗河发育、地下水力联系紧密时,隧道开挖应力场与渗流场耦合作用强烈使得围岩出现过大塑性变形,容易发生突水、突泥等生产安全事故.隧道建成后长期疏干地下水,改变了应力场与渗流场的原有平衡,使得地表水枯竭,引起地面沉降,造成生态环境的恶化.     

基于机器视觉三维重建技术的隧道掌子面岩体结构数字识别方法及应用

提出采用数字图像结合机器视觉方法获取隧道掌子面岩体表观信息。通过采集隧道开挖面的序列图像,生成开挖面岩体表面的三维点云模型,利用投影算法获得隧道掌子面及硐壁岩体结构的平面模型高清影像;基于影像表面结构迹线素描结果进行岩体节理特征的量化描述。将该方法应用于东天山公路隧道开挖面岩体节理分布、节理倾角间距等特征参数的获取。研究结果表明:该方法可快速生成开挖面三维点云模型,实现隧道地质信息编录与围岩级别辨识,具有快速、准确的优点,可为施工提供参考。     

云桂线新莲隧道涌突水成因分析

研究目的:涌突水是隧道施工中比较常见的工程灾害,隧道涌突水不仅影响施工掘进,而且会对沿线生态环境产生影响。对涌突水成因进行分析既是隧道涌突水防治的重点难点,也是解决涌突水问题引起生态环境问题的关键所在。本文以云桂铁路新莲隧道为工程背景,通过区域水文地质条件分析和地下水水化学数值分析,研究该隧道的涌突水成因。研究结论:(1)新莲隧道出水段为松茂向斜玄武岩夹凝灰岩段,水源主要为深层裂隙水;由于向斜核部玄武岩节理裂隙发育,接受表层降雨入渗补给和岩溶水渗流补给后,在向斜核部区存储富集;(2)隧道各出水点水和区域泉水的径流路径相似,都位于松茂向斜玄武岩和凝灰岩地层内,隧道内长时间排水将破坏区域内原有的水循环系统;(3)本研究成果可用于指导隧道施工工法及堵、排等措施安排,并对类似玄武岩富水构造涌突水危险性分析具有一定的借鉴意义,也可进一步用于隧道周边区域生态环境评价,以及后期水环境恢复方案的确定。     

高水压隧道渗流场分布的复变函数解析解

研究目的:在进行高水压山岭隧道支护结构设计时,合理地确定衬砌上作用的水压力是结构设计的关键。本文以深圳市东部过境高速公路的莲塘隧道为工程背景,对高水压隧道渗流场分布进行理论研究。莲塘隧道位于莲塘水厂西南部地段的丘陵地区,并处于深圳断裂带的主要影响带内,断层及节理裂隙发育,岩体破碎。由于临近深圳水库,且地处深圳水库常年水位以下,若采用下穿方案,隧道将长期处于高水头作用之下。因此,对隧道及围岩中的渗流场进行研究对隧道衬砌结构设计与防排水设计有直接的指导意义。研究结论:本文分别采用有限差分岩土软件FLAC3D和经典解析解Harr解对高水压隧道渗流场进行了验证计算。通过计算对比,分别得到了本文解析解和有限差分数值解和Harr解的渗流场分布等值线图,通过比较,最终证明了本文解析解在高水压深埋隧道渗流场计算中的正确性。     

不同产状岩质隧道稳定性数值模拟

以大梁山特长隧道工程为研究对象,通过研究不同产状岩体隧道围岩力学响应、变形特性,主要得出如下结论:岩体强度和变形特性强烈地受制于节理方位,隧道开挖后岩体沿倾斜层理面剪切滑移,节理倾角不同,隧道破坏形态和部位以及失稳模式亦不相同;由于倾斜节理会导致岩层剪切滑移破坏和地质偏压,从安全和经济出发,非对称支护参数设计显得尤为重要,而现行隧道设计规范均以等长、等间距系统锚杆设计,其合理性值得进一步商榷.     

岩溶隧道涌突水灾害发生机理与工程防治

研究目的:针对国内岩溶区长大隧道施工过程中频繁遭遇的涌突水灾害对工程造成重大损失和人员伤亡的现状,在调研国内外隧道涌突水灾害发生现状的基础上,利用薄板理论、剪切破坏理论对隧道涌突水灾害发生机理和过程特征进行了研究,旨在得到涌突水灾害的形成和发生条件、预防措施以及岩溶地段隧道的施工原则。研究结论:涌突水灾害的形成和发生,必须具备四个基本条件;由于隧道开挖引起围岩应力场变化和溶洞内水压作用,隔水岩板发生松弛,易导致灾害发生;岩溶地段隧道施工要遵循下述原则:排水降压、超前支护,以堵为主,堵排结合,浑水要堵,清水要排。     

裂隙岩体隧道爆破设计方法及应用

钻爆法开挖是隧道工程开挖的重要方法之一,且天然岩体中赋存大量节理裂隙,会对隧道爆破质量产生严重的影响,目前隧道爆破设计方法仍以经验法为主,且缺乏对节理裂隙的考虑。本文通过使用新型地质扫描仪进行裂隙确定并研究了裂隙岩体隧道爆破设计方法,包括炮孔布置、装药量计算、起爆方式选择等方面,并以华家山隧道DK142+201.3上台阶为试验断面进行现场应用,验证了设计方法的可行性和有效性。现场测试结果表明,本文提出的裂隙岩体隧道爆破设计方法可以提高爆破效果,降低爆破对周围环境的影响,为类似工程提供参考。     

隧洞开挖后渗流量影响因素分析

当隧洞穿越高富水地质环境时,在开挖过程中容易产生渗水现象,从而给隧洞的开挖和支护带来不利影响。本文以木里水电工程输水隧洞为例,用离散单元模拟围岩及节理,采用UDEC软件进行数值分析,研究节理倾角、节理间距和洞室埋深对隧洞开挖后渗流量的影响,并对隧洞开挖前后孔隙水压力进行了分析。研究结果表明:在单组平行节理条件下,节理倾角、节理间距和洞室埋深对隧洞开挖后的渗流量都有较大影响;当节理倾角较小时,隧洞洞周渗流受节理倾角的影响不是很明显,当节理倾角超过30°时,洞周渗流量随节理倾角的增加而增加;当节理间距较小时,隧洞洞周渗流量随节理间距的增加呈近似线性增加,当节理间距超过1.5 m时,洞周渗流量基本保持不变;随着洞室埋深的不断增加,隧洞洞周渗流量也增加,当隧洞埋深达到一定值后,洞周渗流量增大的趋势变缓;节理倾角、节理间距及洞室埋深均通过改变开挖前后孔隙水压力差值影响隧洞渗流。     

节理裂隙岩体注浆渗透模型分析

在分析岩体注浆作用的物理机制基础上,通过建立浆液在节理中的渗透概化模型,分析浆液渗透规律,研究注浆对节理岩体的加固效应。研究表明:岩体注浆混合结构形成"注浆岩桥"和"注浆岩楔",使得节理面的裂隙损伤得以弥补,与原节理结构相比,其抗剪强度和抗剪刚度得到大幅提高;将注浆视为在平行板中渗流时,从注浆孔到渗流边界,注浆压力服从线性递减分布规律,且在渗流场中等压线和流线呈均匀网格形态;将注浆视为柱面扩散渗透时,从注浆孔到注浆边界,岩层中的渗透压力坡降按对数关系分布,渗流场中等压线为1组同心圆,流向线为1组径向射线,而且愈靠近注浆孔处,等压线和流线越密集。     

基于流固耦合的水底隧道全断面注浆力学分析

全断面帷幕注浆加固围岩是水底隧道穿越断层破碎带、海底风化槽等高渗透性岩体常采用的辅助工法。帷幕注浆的主要目的是加固围岩,改善围岩的物理力学性质,降低围岩渗透系数。本文在对注浆加固机理及注浆参数选取研究的基础上,采用三维有限差分FLAC3D数值模拟手段,基于流固耦合的力学模型研究注浆加固圈厚度及渗透系数对围岩稳定性、渗流规律、支护结构受力的影响。研究结果表明:水底隧道洞室开挖对初始渗流场的改变程度及范围与注浆圈渗透系数有直接关系,通过有效注浆不但起到限排堵水的作用,还起到降低地下水渗透体积力、约束位移的作用。     

隧道变形监测及灰色模型预测分析

在哈尔滨地铁施工过程中现场监测基础上,结合现场施工状况,对隧道收敛、拱顶下沉做了深入分析,并利用灰色理论对风险源进行了预测,得出以下结论：双向扩挖比单边扩挖造成的隧道收敛和拱顶下沉变化值增长接近1倍;渗水影响围岩的稳定性,裂缝的出现会加速渗水,造成围岩稳定性的进一步恶化,隧道一旦出现渗水现象要及时排水,并铺设防水材料;对于收敛和拱顶变化较大的地方要及时架设钢支撑;灰色模型能快速准确的反应隧道拱顶下沉趋势,为后续施工提供借鉴。     

不衬砌水工隧洞围岩稳定性数值模拟分析

针对高渗压作用不仅会改变岩土体的应力状态,同时可能会使岩体劈裂、破坏岩体的原有结构的现象,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对隧洞围岩稳定性进行分析。从考虑渗流效应时围岩开挖稳定性、内水作用下围岩力学特性方面开展研究,得到围岩开挖后应力场、位移场分布特征,开挖卸载对渗流场的反馈,内水作用下隧洞的破坏特征和水力特性演变趋势。研究结果表明:对隧洞施工过程中采取安全措施,富水条件下的隧洞工程防排水提供一定的理论参考。     

裂隙岩体注浆技术在长春地铁中的应用

地铁隧道建设中地下岩体裂隙形成的涌水通道致使地下水渗入隧道洞室,危害地铁运营安全。结合长春地铁2号线解放大路站—平阳街站区间隧道渗水情况,采用先深后浅,最后重点部位强化注浆方式综合治理围岩裂隙涌水获得了良好的治理效果,有效地根治了地铁隧道初期支护背后围岩裂隙涌水的问题,以期该技术为地铁隧道初支背后注浆提供借鉴。     

海底隧道涌水量的预测及其应用

海底隧道深埋于海水以下，处于高水压富水区，涌水是海底隧道的最大威胁。涌水量预测是海底隧道防排水设计和施工措施制定的依据。采用理论分析方法，推导了均质围岩中海底隧道注浆圈外表面、衬砌外水压力及涌水量的理论解析公式，并分析了涌水量与各量值之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究，采用等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布，计算出海底隧道的每延米涌水量，并与理论解析解进行了对比分析。结果表明：海底隧道的涌水量不仅与围岩和注浆圈的渗透系数的比值关系密切，而且还与隧道的半径、远场水压力、注浆圈的半径有关；数值计算所得结果与理论解析公式计算得到的涌水量基本一致；为了确保海底隧道施工及运营的安全，应采取“以堵为主，限量排放”的治水方案。     

雅砻江锦屏二级深埋隧洞围岩渗流特性初步研究

研究目的:锦屏二级工程地质条件复杂,4条长达17 km的引水隧洞具有超埋深,大直径特点。为更全面分析锦屏二级隧洞围岩渗流特性,采用有限元方法,建立渗流简化模型,重点研究深埋引水隧洞不同条件下的渗流场特征。研究结论:研究表明,不同灌浆圈厚度及渗透性对围岩渗流特性影响较小,运行期施工排水洞及A,B线辅助洞封堵会引水隧洞围岩渗压增加明显;成果可为锦屏二级深埋隧洞的设计及施工提供参考依据。     

重载铁路隧道穿越富水砂层综合施工技术研究

重载铁路隧道长段落穿越第三系富水砂层,隧道开挖后,在地下水渗流作用下,富水砂层颗粒随水流失、粉质黏土含水率增大,诱发掌子面砂层、粉质黏土等变形失稳,局部甚至发生涌砂、突泥、突水现象,严重影响施工进度。为此,根据地层性质及成因分析,采用理论与现场试验相结合的动态设计,确保施工安全。设计中采用了对围岩超前预注浆加固封堵地下水、掌子面玻纤锚杆注浆提高核心土的整体稳定性,拱部超前大管棚预支护控制围岩变形,长导管泄水降压降低周边砂层的含水量,施工过程"快挖、快支、快封闭"的原则,从而实现安全开挖,快速通过的处理方案,可为类似工程提供借鉴。     

富水复杂地质围岩稳定性评价与支护系统优化

研究目的:富水复杂地质隧道施工过程中,不良地质带受水-岩相互作用的影响,开挖过程中拱顶、拱腰等部位极易产生块体失稳,且隧底压力经常大于垂直地压,造成仰拱断裂、边墙下部内移错动甚至衬砌失稳破坏,从而给隧道施工造成很大的安全隐患,因此很有必要对围岩稳定性进行评价,并以此为基础对围岩支护系统进行优化探讨.研究结论:(1)隧道在弱风化的花岗岩中掘进时应尽快施作仰拱,使衬砌闭合成环;(2)CD法开挖段仰拱紧跟、衬砌尽早封闭成环很有必要;(3)文兴隧道与水库之间具有水力联系的可能性,对于隧道内的渗、涌水应及时采集水样进行必要的水化学及同位素分析,判断隧道内渗、涌水的来源.(4)隧道在断层破碎带的软弱围岩中掘进时,应尽早施做二次衬砌,必要时做专项的抗水压复合式衬砌设计;(5)一旦证实水库水与隧道之间存在水力连通,隧道的断层破碎带为力学和形变不良段,车行横洞应尽量避开该位置,适宜前移或后移数十米至微风化岩层段内.     

寒区运营隧道冻害防治监测系统及应用

引起寒区冻害的因素十分复杂,隧道冻害预防与整治是一项复杂而艰巨的工作。以运营的准池铁路杀虎口隧道为工程依托,设计合理的冻害防治监测系统,通过对监测结果的分析,预测冻害的重点防治范围。研究结果表明:距洞口500 m范围内围岩有冻结可能,围岩最大冻结深度1.55 m,排水量较大区段位于下坡端进口段1 300 m范围内,因此冻害重点防治区段为进口端500 m范围内的软岩区段,预测冻害类型以衬砌渗漏水、衬砌开裂为主。     

隧道围岩渗流和衬砌水压力荷载

从地下水的渗流作用出发,对作用于隧道衬砌的水压力荷载的计算进行了讨论,并得出以下几个结论：一是在采用全封堵防水衬砌的情况下,无论围岩的渗透系数多小,都必须考虑同地下水位相应的水压力荷载。二是只有透水的衬砌（或设置排导系统）才能考虑水压力折减系数。水压力折减系数的量值主要取决于衬砌渗透系数同地层渗透系数之比。三是对于高水头的深埋隧道,为避免量值较大的水压力,应设置排导系统,不宜采用全封堵衬砌结构。要采用围岩注浆来控制地下水的排放流量。