广西喀斯特岩溶区隧道溶洞处治技术探讨

溶洞的处治是喀斯特岩溶区隧道工程建设的一大难点,溶洞内的悬空结构、填充物渗漏、季节性集中降水等不良因素会导致隧道施工存在困难,处治不当极易引起洞身冒顶、崩塌、偏压、突泥涌水、变形量过大等地质灾害,严重影响隧道施工安全、质量和进度。文章结合广西崇左至水口高速公路隧道施工过程遇到的溶洞及其处治方案,探讨喀斯特岩溶区溶洞形成机理,分析隧道溶洞处治的原则和措施,以期对溶洞处治的设计与施工提供借鉴。     

隧道掌子面与溶洞安全距离分析

岩溶地区隧道开挖掌子面前方存在的大型溶洞对施工的威胁非常大,如何确定开挖掌子面前方合理的岩盘安全厚度,并及时进行超前支护或对溶洞进行处理,是岩溶隧道施工中必须解决的一个关键技术问题。文章通过数值模拟和理论计算,对隧道掌子面与溶洞安全距离的影响因素进行了分析研究,建立了预测隧道掌子面前方岩盘安全厚度的计算方法(经验类比法、理论计算法、数值分析法)及计算图式,给出了安全距离计算公式并进行了工程实例分析。     

典型不良地质体地质雷达探测正演试验研究

地质雷达(GPR)作为一种常规探测方法已经被广泛应用在隧道超前地质预报中。由于隧道空间狭小,受洞内施工器具及探测结果多解性的影响,准确预报隧道不良地质体具有的一定的复杂性和难度。基于此,文章利用二维时域有限差分法正演模拟隧道典型不良地质体地质雷达剖面记录,分析了隧道空间不良地质体雷达剖面特征,获取了实测雷达资料解译的理论依据。通过在安江高速公路3座岩溶隧道施工中进行大量地质雷达探测现场试验,并结合施工现场掌子面地质素描资料,成功预报了含水溶洞、空腔溶洞、溶蚀破碎带等不良地质体。该研究提高了地质雷达法在隧道空间内探测不良地质体的精度,为隧道工程施工提供了安全保证。     

基于SVM的隧道衬砌空洞填充物雷达图像识别研究北大核心CSCD

衬砌背后空洞及其填充物对隧道结构安全具有重要影响,开展空洞探测识别对于结构安全评估和病害处置具有重要意义。首先采用室内试验和FDTD正演模拟相结合的方法,获得了空洞内填充空气、水、干砂、湿砂条件下的雷达图谱数据,并对不同填充物波形规律进行对比分析;然后,基于支持向量机算法对波形特征进行提取和分类识别,建立了一种空洞填充物的人工智能辨识方法。研究结果表明,采用傅里叶变换前的平均值、方差、平均绝对离差和傅里叶变换后的最大幅度值max(fft(X))四个统计量作为支持向量机的识别特征,可以有效区分出衬砌背后填充物的六种类型;当采取单一倾向数据时,识别准确率较好,六种物质二分类问题准确率均可以达到90%以上。     

树根桩在隧道基底岩溶软基处理中的应用

在岩溶发育地区的隧道施工过程中,对隧道基底溶洞软基处理是隧道施工中的一个比较困难且十分重要的环节。文章以布孟2号隧道基底溶洞软基处治施工为例,阐述了隧道施工过程中遇到了基底溶洞软基地质的复杂情况,并结合软基特点,介绍了采用树根桩对隧道基底溶洞软基进行处治的设计方案、施工工艺和取得的效果,为类似隧道基底溶洞的软基处理方案设计和施工提供了借鉴。     

基于突变理论的岩溶隧道与隐伏溶洞安全距离分析

在弹性力学基础上,应用突变理论建立了岩溶隧道开挖时掌子面与隐伏溶洞安全距离的非线性-尖点突变模型。将岩梁假设为固支单位宽度的弹性梁和周围固支的弹性圆板力学模型,给出了不同尺寸溶洞与掌子面斜交和正交(溶洞的跨度大于和小于隧道直径)空间状态下的突变理论安全距离计算公式,对隧道掌子面与不同空间状态溶洞安全距离的因素进行了分析研究,结合新建沪昆客专(贵州段)岩溶隧道的工程实例进行分析,分析结果表明:用尖点突变模型描述隧道与不同空间状态下隐伏溶洞安全距离的方法是合理的、有效的,对岩溶隧道的施工建设有指导作用。     

隐伏溶洞对隧道施工安全影响的风险评估体系

作为岩溶地区隧道建设重大安全隐患的隐伏溶洞,易造成突水涌泥、坍塌和沉陷等严重事故,但对相关的风险辨识预警理论尚缺乏系统的研究。文章通过案例统计与理论分析,将隐伏溶洞致险因子划分为地质因素与施工因素两类,其中,地质因素包括:隐伏溶洞相对隧道所处方位、充填物类型与状况、溶洞与隧道间距、围岩等级和溶洞规模等五项;施工因素包括:超前地质预报和施工监测两项。基于致险因子与岩溶隧道施工事故的关系,采用层次分析法计算各致险因子的常权重值,并考虑到不同岩溶隧道的差异,在常权重基础上提出了变权重算法。针对岩溶隧道安全事故系统演化规律,确定致险因子评估取值范围,并给出了隐伏溶洞风险评估等级划分标准。最后结合工程实例,验证了文章所建风险评估体系的可行性和合理性。     

岩溶发育地区隧道溶洞处治方法

岩溶发育地区隧道溶洞的处治方法影响隧道后期的运营寿命和安全。文章分析了溶洞的形成机理及其对隧道施工的影响,阐述了隧道溶洞的处治原则,并以广西河池至百色高速公路项目丘莫隧道和梁家隧道溶洞处治为例,介绍了隧道溶洞处治方法,为相似岩溶地质条件下的隧道施工提供参考。     

基于GprMax的道路空洞探地雷达正演模拟

三维探地雷达作为一种新兴检测技术,具有快速、高效、无损检测等特点,广泛应用于道路病害体检测中。为快速掌握道路内部空洞在探地雷达下的电磁响应特征,给准确查明道路的空洞检测提供技术指导,本文使用基于时域有限差分方法原理的GprMax软件,针对不同形状、不同大小及不同填充物的空洞进行正演模拟。通过正演模拟结果,得到不同类型的雷达数据体,并分析不同类型空洞病害的雷达波场响应特征。     

隧道工程中溶洞施工主要技术研究

文章分析了溶洞的结构特征及其对隧道施工的影响,介绍了常用的隧道溶洞施工技术,并以广西谢家峒隧道溶洞施工为例,阐述了该隧道溶洞的处理方案,为减少隧道溶洞施工事故提供参考。     

隧道岩溶填充物松散围岩压力计算方法

文章基于普氏平衡拱理论、经验统计公式以及公路行业对浅埋松散围岩压力的处理方法,结合广西岩溶地区公路隧道建设经验,提出了公路隧道岩溶填充物段松散围岩压力的计算方法,并在此基础上推导了隧道两侧为岩体、拱部为岩溶填充物时的深埋、浅埋松散围岩压力计算公式,便于分析处治岩溶不良地质,以供同行参考。     

侧面溶洞对双连拱隧道初期支护的影响研究

在石人山岩溶双连拱隧道施工期间,曾预报并揭露侧面溶洞,隧道修建存在一定的困难。本文利用FLAC3D设计并实施二维数值试验,模拟双连拱隧道在侧面溶洞的影响下的开挖过程,对初期支护的结构内力(弯矩、轴力)进行了分析,结果表明:侧面溶洞的存在使得初期支护的弯矩和轴力普遍减小,对于双连拱隧道的右洞拱顶、拱脚、左洞内拱腰、拱脚处初支的弯矩产生较大的增幅,这4个位置应当注意监测、谨慎设计。     

岩溶隧道施工中溶洞跨越技术方案研究

喀斯特地貌在我国西南地区较为常见。当隧址处于喀斯特地貌较发育地区时,隧道施工难度大,且安全性也难以得到保障。文章介绍了溶洞的基本知识和溶洞隧道处理的原则、方法和依据,并依托崇左至水口高速公路上金隧道(左幅)穿越溶洞施工项目,对比研究了不同的隧道穿越溶洞方案,得出隧道跨越溶洞的最佳选择,同时对方案进行分析和计算,验证了其安全性,可为类似工程提供参考和指导。     

公路隧道溶洞冒顶处理方案

文章根据红岩山隧道水文地质情况及冒顶塌方现场具体状况,从排水及加固角度提出了针对性的隧道溶洞坍塌冒顶处理方案,并对方案的加固处理效果进行了监控量测。监测结果证明,该方案能有效处理隧道溶洞坍塌冒顶问题。     

岩溶隧道施工过程中大型溶洞的综合预报及治理方案研究

根据尚家湾隧道隧址区地表水文点观察情况,并结合地形地貌特征、岩性和构造条件,判断尚家湾隧道在施工过程中可能揭露大型溶洞,出现突水突泥等工程灾害。文章针对前期隧道施工风险评价结果,采用综合地质预报方法对隧道前方不良地质体进行探测:采用TSP(隧道地震预测)法对ZK67+835处溶洞位置进行了准确预报;采用地质雷达法准确预报了YK67+805处的溶洞;采用超前钻探探明了溶洞在隧道底板下方的具体位置、走向及规模。探测结果表明,左右线隧道溶洞相互连通,为特大下伏无充填型溶洞。针对揭露的溶洞特点,分别采取填堵法和跨越法进行治理。左线在雨季期间无水流通过,采取填堵法;右线采取跨越法,梁板分离,分别承担隧道结构荷载和路面车辆荷载。通过对治理后围岩的变形监测,验证了治理方案的有效性,为后期类似溶洞治理提供了借鉴。     

立体多洞群隧道的设计及力学分析

南京红山南路下穿红山动物园段为浅埋立体多洞群隧道,隧道全长150m,包括双向四车道的机动车隧道、管廊隧道和非机动车隧道,形成了连拱隧道、小净距隧道和上下重叠隧道的立体多洞群关系.隧道所处地层的岩性强度差异较大,局部见溶洞,地质条件较为复杂文章主要介绍了立体洞群隧道的衬砌结构设计、施工方法,以及相关的数值模拟分析.     

中铁科研院西南院一科研成果获评国际先进水平

正2020年5月8日,中铁科研院西南院参与的"穿越高速公路、居民聚居区及大型溶洞的隧道综合施工技术研究"科研成果获评国际先进水平。该项目以成贵铁路大方隧道为工程依托,针对隧道下穿高速公路、居民聚居区及大型溶洞等复杂地质条件,提出了在隧道开挖轮廓线外采用袖阀管+隧周注浆的环状加固拱结构和双层超长管棚支护下穿高速公路的方案,解决了大断面隧道下穿高     

大塘隧道岩溶特征及处治方案探讨

文章介绍了广西壮族自治区三江至柳州高速公路NO11标段大塘隧道溶洞发育规模、形态特征,总结了溶洞处治原则及思路,针对典型溶洞提出了相应的处治方案,并介绍方案实施的具体步骤。该隧道已顺利实现贯通,可为以后类似溶洞处治提供借鉴。     

羊桥坝隧道大型干溶洞处理方案研究

受勘察手段限制,岩溶地区隧道建设过程中可能遭遇大型溶洞,带来施工、运营风险。文章以重庆奉节至巫溪高速公路羊桥坝隧道施工过程中发现的巨型溶洞为例,根据溶洞现状及补充勘察资料,提出了桥梁跨越方案、路基+明洞方案、回填暗挖方案和5种改线方案;通过在地质条件、施工风险、工程造价、工期等方面对诸方案进行综合比较,最终推荐采用新增费用最少、工期最短的左线左偏绕避溶洞方案。由于采用了该方案,在施工中未再遇大型溶洞,达到了规避地质风险、确保施工安全、节约造价、工期可控的效果。     

隧道涌水溶洞施工处治研究及应用

文章对隧道工程实例的涌水溶洞现场状况进行了研究,分析其溶洞构造及风险,制定了相应的处治对策。通过对溶洞处治段排水效果及监控量测进行跟踪观察可知,当降雨量较大时,该溶洞处治段及附近区域二衬无渗水现象,沉砂池内有部分淤泥,主要以清水为主,总体排水效果较好。