某深埋TBM隧洞围岩地质变化区破坏特征与类型判别方法

某深埋TBM隧洞地质变化区开挖过程中岩爆和塌方交替发生,导致工期严重延误,严重威胁现场人员及施工安全。通过现场地质踏勘、微震监测和结构面统计,研究现场工程地质灾害与围岩岩性、地质条件的关系,建立基于岩性、地质及微震活动特征的地质灾害类型判别方法。结果表明,该隧洞破坏类型与围岩岩性有显著相关性,黑云母花岗岩洞段岩爆风险最高,混合花岗岩洞段次之,钾长石花岗岩与黑云母花岗岩围岩蚀变的洞段易发生塌方;岩性变化的交界面位置,破坏规模明显增大;破坏类型还与结构面密度相关,随着结构面密度减小,破坏类型由塌方转变为中等岩爆,进一步等级降低为轻微岩爆;微震特征分析表明,岩爆区域微震活动远大于塌方区域微震活动。当微震活动较低时,围岩破坏以塌方为主;当微震事件数>15,微震释放能>1 000 J,围岩破坏以岩爆为主;当微震事件数>20,微震释放能>20 000 J时,围岩可能发生中等岩爆。现场应用表明,该方法可准确预测掌子面前方潜在破坏类型,为类似工程灾害交替发生洞段的安全、高效施工提供参考。     

高地应力隧洞微震监测岩爆预测技术

针对锦屏二级电站隧洞工程的岩爆灾害预测实际难题,结合隧洞工程地质条件及岩爆特点,探讨了微震监测岩爆的预测原理,分析了微震监测系统操作及其结果分析方法,并对锦屏隧洞进行了微震监测与岩爆预测。实践表明,采用微震监测技术可较准确地对岩爆发生位置、几率、规模以及烈度进行预测,能克服地质超前预报、既往探洞实测以及能量理论等方法进行岩爆预测预报准确性不高的不足,可以为进一步岩爆治理提供可靠依据。     

巴玉特长隧道初始地应力场反演及岩爆预测

以巴玉隧道为工程依托,综合分析工程区构造地质环境和现场地应力实测数据,通过构建三维地质力学模型获取初始地应力场分布特征.采用微震监测系统对隧道岩体破裂进行实时监测预警,并对比分析现场微震监测和地应力场岩爆预测的可靠性.研究结果表明:隧道轴向三维地应力场总体分布规律表现为最小水平主应力σh<竖向主应力σv<最大水平主应力...     

大相岭隧道岩爆数值模拟预测研究

从大相岭隧道实测原始地应力入手,对不同的地应力场具有针对性地建立二维、三维数值模型,来进行岩爆时空效应的数值模拟研究。二维模型通过采用不同地应力释放率,来考虑岩爆发生的时间效应,且确定出岩爆易发生的隧道部位及最大地应力沿洞周分布规律和范围。同时采用三维模型,探明了大相岭隧道在两种不同特征地应力场中开挖时最大地应力的分布规律,并得出了最大主应力分布范围与开挖进尺及支护的关系,具有一定的实际意义。     

高地应力下大断面隧洞施工岩爆工程对策

针对大埋深且高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞施工高强岩爆等问题,结合隧洞围岩地质和山体条件,对隧洞岩爆形式和特征进行了分析。发现锦屏工程引水隧洞发生岩爆的岩性主要为条带大理岩和灰黑大理岩,围岩类别主要为Ⅱ～Ⅲ类,岩爆部位主要在拱顶及拱肩和隧洞边墙,并具有声响、爆落体和爆裂面等不同特征。提出了"短进尺、高压注水;调整施工工艺,合理支护;爆破解除应力"等一系列工程治理方案。实践表明,研究出的岩爆工程技术对策可以满足锦屏隧洞掘进工作面和开挖成形的洞身段的不同岩爆处理需要,能够保证施工人员、设备及工程结构安全。     

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。     

碎裂岩体双洞隧道车行横洞交叉过渡施工技术

以在建的雅康高速公路前碉3#碎裂岩体双洞隧道车行横洞交叉过渡施工为背景,运用现场踏勘、理论分析、优化验证方法等手段,对隧道工程条件和隧道空间结构进行了分析。提出了正洞与车行横洞交叉口拱顶塌腔预处理,门架及超前大管棚强加固的方法,确定了"先横洞,再过渡段,后正洞"的整体开挖与支护工序及其相应施工参数。实践表明,提出的碎裂岩体双洞隧道车行横洞交叉过渡施工方案及技术能够确保工程安全和进度,可以作为本工程的指导依据,也可为类似工程提供参考。     

盆因拉隧道高地应力成因及岩爆防治措施研究

盆因拉隧道位于雅鲁藏布江峡谷区,受构造板块影响,地应力分布特殊,隧道的施工遇到较强烈的岩爆影响。本项目通过对隧道通过区的构造应力场进行分析,采集实测地应力数据,通过仿真技术分析预测隧址区的地应力分布特征;采用室内试验对隧道洞身处闪长岩进行矿物组分、结构特征分析;采用单轴压缩、三轴试验测试岩体力学指标,结合地应力数据及岩体力学参数、隧道开挖断面形状分析岩爆灾害发生机理,对隧道岩爆进行预测、评价,并提出采取"水压爆破、应力释放、加强支护"的措施,有效控制了岩爆造成的危害,为类似隧道的施工积累了经验。     

基于微震监测的高速铁路大跨度过渡段隧道开挖损伤区分布特性及演化规律

基于微震监测技术具有识别岩体损伤位置、程度和大小以及破坏进程的优势,以新建京张高速铁路八达岭长城站大跨度过渡段隧道为研究对象,在隧道地表与洞周布设微震测点,实现立体式、全方位的微震事件监测。根据监测结果,分析围岩损伤区分布特性及演化规律。结果表明:根据微震事件分布密度,可将微震事件分为高密度区、中密度区和低密度区;微震事件累计分布频率为60%的边界可作为高密度区与中密度区的交界,累计分布频率为80%的边界可作为中密度区与低密度区的交界;微震事件高密度区对应为围岩高损伤区,围岩高损伤区受围岩级别和隧道跨度的双重影响,给出基于这2个参数的隧道不同位置处围岩高损伤区深度预测公式;围岩损伤程度采用微震事件的平均矩震级参数标度;围岩损伤区深度与围岩变形之间存在较强的正相关性及阶段性。基于围岩高损伤区深度,进行预应力锚索(杆)设计,结合围岩变形结果,验证了锚索(杆)设计参数的安全性。     

基于应力判据法适宜性分析的隧道施工期岩爆预测研究

采用现场测试结合理论研究的方法对九岭山隧道进行岩爆预测。九岭山隧道穿越地层主要为花岗岩硬脆性岩浆岩,最大埋深约为862 m。基于应力解除法对洞壁进行二次应力测试以及点荷载试验。现场测试得出:九岭山隧道已开挖断面DK1687+240的洞壁切向应力为41. 36 MPa,岩石单轴抗压强度为106. 38 MPa,将不同判据得出的结果与实际情况进行对比,认为王元汉和王兰生的判据符合九岭山隧道的实际情况,并据此判断九岭山隧道未开挖段DK1687+260～DK1687+500为轻微岩爆区域。     

秦岭地应力特征及对隧道选址的影响研究

秦岭地区岩性、构造复杂,隧道选址和建设困难,其中以高地应力产生的岩爆病害最为严重。为减缓岩爆对秦岭地区隧道工程的影响,需掌握本区内应力场的分布规律。对秦岭地区越岭隧道(洞)等项目中具有代表性的110组地应力数据进行统计,并对地应力参数进行数学回归分析,得出秦岭地区最大水平主应力、最小水平主应力以及侧压系数随埋深分布的特征,并验证了构造应力方向以NW为主。以西渝高铁太兴山秦岭隧道为例,给出高应力环境下隧道选址建议。     

中洞法暗挖地铁车站中洞最优施工步序研究

中洞法暗挖地铁车站的中洞一般采用CRD法施工,由于中洞分块多,其施工步序也有很多种,但不同的施工步序导致的地面沉降和初期支护的内力也不尽相同,通过数值模拟分析,研究分析中洞法几种主要不同施工步序,比较分析地面沉降和初期支护内力的差异,确定中洞法最优施工步序,为类似工程的施工步序选择提供参考。     

黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化分析

针对黄土地区地铁车站PBA工法导洞形式优化方案及其影响,依托西安地铁8号线新植物园站工程开展研究。借助三维数值模型进行原方案与优化方案的对比分析,重点探究导洞形式优化对地表沉降及车站结构内力的影响。最后,讨论并给出PBA工法导洞形式优化施工的加固措施。结果显示:不同施工顺序下导洞形式优化导致地表沉降值增长20.41%~26.44%;车站结构内力提升且分布特征改变,但内力变化对结构安全影响较小。最优施工顺序为导洞先上后下、先边后中,扣拱先边后中。通过采用下导洞大管棚注浆与锁脚锚杆等加固措施,可有效缓解导洞形式优化引起的地表沉降变化。导洞形式优化可作为黄土地区PBA工法施工遭遇地基承载力不足问题的可靠处理方式。     

大跨地铁风道导洞开挖的地表沉降分布规律研究

北京地铁8号线大红门桥站-和义站区间附属风道为跨度16.2 m的单跨结构,采用暗挖洞桩法(PBA工法)施工。为有效控制导洞开挖引起的地表沉降,必须合理安排导洞施工顺序。基于三维数值模拟方法对不同的导洞开挖方案地表沉降分布规律进行研究,并与地表沉降监测结果进行比较分析。结果表明:不同的导洞开挖顺序的地表沉降发展路径差别显著,但最终的沉降值基本一致;随着导洞的开挖,地表沉降槽宽度增加并不明显,但是由于导洞开挖的群洞效应,地表沉降速度发展较快。因此在后续的拱部开挖支护中,必须通过调整支护措施和开挖方案来严格控制地层沉降。     

有轨无轨联合出渣在大坡度水工隧洞支洞中的应用

东山供水1#隧洞1-7#支洞施工坡度大、长度长、断面小,控制主洞施工任务重,是该标段施工工期控制的关键性工程。为加快施工进度,保障隧洞如期贯通,根据实际施工情况,进过多次现场考察、分析,将原来的有轨运输方案调整为有轨运输与无轨运输联合出渣的施工方案。该出渣方法与常规出渣方法相比,具有机动灵活、经济实用的特点,产生了较大的技术经济效益。     

成兰铁路某长大深埋隧道岩爆特征及成因机制

研究目的:在建成兰铁路平安隧道因其复杂的地质构造条件、高构造应力场特征及坚硬完整的围岩条件等,隧道开挖过程中围岩岩爆现象较为普遍。本文在现场调绘及地应力测试、岩块物理力学试验等资料分析的基础上,根据岩爆现象及其破坏特征,从工程地质环境、地质构造、地应力场及地层岩性等方面,以工程地质的视角,对复杂构造高应力场中质坚性脆围岩岩爆的成因机制进行分析,并对类似工程地质条件下隧道其他段的岩爆等级进行预测。研究结论:(1)区域构造上,平安隧道3#斜井工区处于较场山字形构造带之前弧部位,褶曲及断层等新老构造叠加,构造条件极其复杂;(2)隧道内岩爆主要呈现为围岩爆裂松脱、剥落、弹射等现象,对工程破坏主要表现为初支喷混凝土剥落、开裂、拱架扭曲、断裂、垮塌等现象;(3)在时间上,测段岩爆主要表现为即时型岩爆特征,其岩爆等级为中等~强烈岩爆;(4)从工程地质的视角,测段岩爆可归纳为强烈复杂地质构造的孕育条件、高构造应力场的力学条件、坚硬完整围岩条件等主要因素综合影响的成因机制;(5)本文分析方法和结论对山区类似工程地质条件下隧道工程围岩岩爆的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

设于桥梁上方的新型棚洞研究

研究目的:结合内昆线喇叭溪棚洞地形、地质条件及既有构筑物现状对棚洞的结构方案进行研究比选,优化棚洞结构型式。研究方法:通过结构计算分析棚洞结构设计的控制因素,针对控制因素对棚洞结构方案进行研究比选,确定棚洞的结构方案。研究结果:通过系统的方案研究,最终选定了独立钢筋混凝土框架与简支梁组合的结构型式。本棚洞已于2002年6月修建完成,使用情况良好。研究结论:对于喇叭溪棚洞这种多次超静定结构,混凝土收缩徐变及降温引起的温度应力对结构设计起控制作用。通过采用本棚洞设计采用的独立钢筋混凝土框架与简支梁组合的结构型式,既可以保证棚洞结构的整体稳定性,又可以大大降低温度附加应力。     

土岩复合地层隧道群洞施工力学响应研究

为探究小净距隧道群洞穿越不同地层施工引起的力学响应,基于青岛地区土岩复合地层特殊地质条件,通过数值计算并结合现场测试数据,分析小净距地铁隧道群洞施工引起的地表沉降、应力特征、拱顶变形规律。结合工程实际,将隧道群洞施工划分为4个不同阶段并依此分析,结果表明:隧道群在其阶段Ⅳ施工后引起地表沉降变形较大,其他阶段地表沉降无明显变化;不同开挖阶段对夹岩的扰动程度存在差异,阶段Ⅳ施工使夹岩主应力出现剧烈变化,且夹岩最薄弱处最不利状态发生于阶段Ⅳ,但无剪切破坏现象;隧道拱顶沉降最大增量在该条隧道开挖后出现,上线隧道施工显著影响其他隧道拱顶沉降,且能够引起中线隧道拱顶抬升。研究成果为同类工程的施工稳定性分析提供了现场指导和技术支持。     

隧道岩爆预测及防治施工技术研究

岩爆一直是隧道施工中一个难题,处理不当将会给人的生命和财产安全带来严重威胁。本文以拉林铁路岗木拉山隧道为依托,对现场岩爆规律进行了分析,包括岩爆发生时间效应、岩爆表现形式等,在此基础上对岩爆主要影响因素进行了分析,现场岩爆主要和埋深、岩性、最大主应力方向、开挖方式等有关。采用应力解除法对地应力进行了测试,用卢森岩爆判别法对岩爆进行了预测,并对不同岩爆强度分别提出了对应的防治措施,包括控制开挖进尺、控制爆破效果、软化围岩、释放应力、加强支护等,解决了现场岩爆问题,可为今后同类工程提供参考。     

隧道突涌水防突结构微震响应初至拾取方法研究

微震监测技术可通过对防突结构微震事件活动的监测实现对突涌水灾害时空演化过程的评价,而微震信号P波初至的精确拾取是突涌水通道活动精准定位的前提。为了实现突涌水过程中微震信号P波初至的精确拾取,提出能量分析拾取法,基于单自由度振动体系(SDOF)将突涌水微震事件引起的质点加速度运动记录进行能量域转化,使得时间序列中的波至特征在体系输入能、阻尼耗能及弹性动能序列上得到凸显,以此实现P波初至的精准识别,提高定位精度。对比分析不同信噪比微震信号,验证了该方法对于低信噪比的微震信号仍具有明显特征响应。通过构建震源定位双曲线模型,进行STA/LTA的2种拾取方法误差验证。实例显示,定位误差分布范围从STA/LTA的13.3 m缩窄至基于能量分析拾取法的7.8 m。结果表明:该拾取方法优于STA/LTA,能够在无预设阈值的情况下完成波动初至的拾取,避免了预设阈值的人为误差,具有更好的误差控制。