胶州湾海底隧道钻爆法施工关键技术创新

研究目的:海底隧道施工安全风险大,如果施工措施不当,可能导致灾难性后果,甚至威胁工程建设的成败。结合胶州湾海底隧道建设开展钻爆法施工关键技术研究,确保隧道施工安全。研究结论:采用理论分析、数值模拟、现场试验、监控量测、超前地质预报等手段,对海底隧道施工风险管理、断层破碎带施工、浅埋交汇大跨及小净距洞室施工、交叉群洞施工、钻爆法快速施工等关键技术进行了深入研究。构建了施工风险管理信息系统,开发了双通道注浆器和破碎岩体(断层破碎带)无止浆墙快速帷幕注浆新工艺,优化了平面交汇洞室及立体交叉群洞施工方法,总结形成了钻爆法快速施工成套技术,推动了我国海域隧道施工技术进步。     

青岛胶州湾海底隧道TSP203~+超前预报应用探讨

青岛胶州湾海底隧道工程,地质条件复杂,构造发育,洞身共穿越18条断层,岩体较为破碎,为避免工程措施不当引发的塌方和海水倒灌灾害,施工期间开展超前地质预报工作尤为必要。本隧道海底全程应用TSP203+技术,并利用专门的TSPwin物探分析软件对TSP203+成果进行解译、分析,对前端地质做出超前预报,经施工验证比较,预报结果符合现场实际情况。地下工程合理利用TSP203+技术,可以针对围岩的完整、风化、破碎情况和断层破碎带分布等做出超前预报。它是地勘工作在施工阶段的重要补充和延续,也是设计变更的重要依据。可靠的预报结果,可以为快速、及时、有效地规避隧道施工风险提供可靠的保障。     

胶州湾海底隧道综合超前地质预报与注浆方案选择

研究目的:胶州湾海底隧道为我国在建的第二条海底隧道,隧道围岩复杂多变,地下水与海水有水力联系,其中海域段穿越10条断层破碎带,断层破碎带及其影响带内围岩破碎、裂隙水发育,如何准确探测不良地质体及对其进行有效处理,是保证隧道安全如期建成的关键,因此,对不同地质体应采取有针对的地质预报和处理措施.研究结论:(1) 根据地质风险分析结果,采取了针对性的综合超前地质预报技术,保证了探测方法的合理性和结果的可靠性;(2) 为了准确探测不良地质体,建立了完善的超前探测程序和管理方式;(3) 根据超前探测结果结合水量和水压大小,提出了注浆堵水方案选择标准及效果评价方法,保证了安全经济地处理不良地质体.     

胶州湾隧道穿越海底断层破碎带施工方案探讨

研究目的:胶州湾隧道需穿越海底断层破碎带,因工程地质勘察手段的局限性,决定了勘测阶段的地质资料不足.海底隧道施工又具备无限的水源,涌水的通道(断层裂隙),水压和施工扰动4大突水条件,施工中稍有不慎很可能导致沉陷坍塌、涌突水事故发生,产生灾难性后果,因此,制定切实可行的施工方案是关键.研究结论: (1) 采用超前地质预报摸清断层破碎带的位置、性质、规模及其海水连通性,为隧道施工提供预报信息.(2) 采用帷幕注浆加固是海底隧道施工的灵魂性技术,是工程成败的关键.(3) 设置防水闸门作为最后对水的防线,是海底隧道施工最重要的安全设施.(4)制定施工紧急预案,遇到问题即可迅速采取相应对策,以使海底隧道的施工做到万无一失.     

用TSP预报数据划分铁路隧道围岩级别

研究目的:在铁路隧道施工过程中,当隧道围岩地质情况与设计不符时,经常会对隧道围岩分级进行变更。实践中,应用地震纵波速度对隧道围岩进行分级存在许多问题。目前隧道围岩分级仍然以定性为主。由于隧道围岩分级涉及隧道施工参建各方的切身经济利益,以及隧道施工进度和安全,因此参建各方都高度关注隧道围岩分级变更。当前,使用地震波反射法进行隧道超前地质预报(TSP)已是标配方法,TSP预报数据包含隧道围岩的各项物理力学参数及其空间变化。通过分析总结,本文据此对隧道围岩进行定量分级,可以解决由定性围岩分级造成的矛盾。研究结论:(1)使用TSP预报数据,以岩性、动态杨氏模量为隧道围岩基本分级指标,以泊松比及其变化为隧道围岩分级修正指标,结合反射界面密集程度,通过本文的表1及其使用说明,可以定量划分铁路隧道围岩分级;(2)理论上,这一分级与铁路隧道围岩分级体系是一致的;(3)本文提出的铁路隧道围岩分级定量指标还需在实践中不断统计修正。     

三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究

研究目的:新建贵(阳)广(州)铁路客运专线三都～五通间属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山区,沿线地质构造复杂多变,隧道洞身地质中Ⅳ、Ⅴ级围岩等级所占比重大,施工安全风险高。针对开挖断面为138 m2～146 m2的特大开挖断面的软弱地质围岩铁路隧道,必须采取可靠的施工工法,才能确保隧道施工安全。研究结论:以贵广铁路大断面Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地质隧道施工为背景,在总结了传统三台阶施工工法的经验基础上,施工采用三台阶六部短距开挖工法,将隧道整个开挖断面分为三个台阶六个作业面,上、中、下各台阶施工同步推进,弥补了CRD法或双侧壁导坑法等方法工序多、工期长、对围岩扰动次数多的不足,便于现场施工组织管理,且机械化程度高,缩短了工期。根据现场工程实践,该工法既保障了隧道施工安全,又提高了施工进度。     

贵广铁路坪山隧道岩溶发育情况分析

研究目的:通过对贵广铁路坪山隧道勘察与施工期间揭示的岩溶现象,分析该隧道岩溶发育情况及特点,提出地质勘察使用的勘察方法及施工阶段的工程措施意见,对类似地质条件的工程的勘察与施工提供一定的参考。研究结论:(1)线路尽量绕避岩溶强烈发育区,若无法绕避,线路应尽量远离典型岩溶微地貌单元区;(2)勘察时须充分利用区域地质资料开展大范围地质测绘,采用综合勘察手段进行隧道工程地质勘察,基本查清地表各种岩溶形态发育位置、高程、与线路关系等,有针对性布置勘探点及物探段落核实岩溶发育情况;(3)对于地下暗河附近的岩溶隧道,应充分调查研究暗河空间位置形态,分析暗河成因及特点,类比推测暗河对隧道洞身围岩稳定性的影响;(4)施工时可采取洞周超前预报、基底地质雷达探测及洞底地质钻孔相结合的方式进行。     

采用钻爆法修建海底隧道施工技术

青岛胶州湾隧道是我国自建的第二条大型海底隧道，因其风险大、标准高、断面大、地质条件差、工艺复杂，受到国内外广泛关注。笔者根据钻爆法修建胶州湾海底隧道的施工实践，进行总结，为相类似工程提供参考。     

海底隧道三洞并行施工通风方案优化研究

研究目的:针对钻爆法施工有害气体扩散规律的研究,目前对单洞独头掘进研究较多,对“三洞并行”施工通风研究较少。为探究海底隧道三洞并行施工较优的通风方案并优化风机布置,以青岛胶州湾第二海底隧道工程为依托,重点对海域钻爆段“三洞并行”施工污染物运移规律进行研究。通过建立“双孔大断面正洞+小断面服务隧道”的“三洞并行”三维模型,使用FLUENT软件三维紊态RNG k-ε模型和组分输运模型模拟隧道爆破后CO浓度分布,分析三种通风方案下CO浓度场变化规律,在此基础上对横通道射流风机布置进行优化。研究结论:(1)三洞并行工况下,利用中间服务隧道可以有效排出多个工作面钻爆施工产生的污染物,但在横通道区域会有污染物滞留现象;(2)在服务隧道内加入射流风机后,全程无明显CO滞留现象,并且可以明显降低浓度峰值,加快CO排出浓度速率;(3)距离横通道中心10 m处为横通道射流风机最佳放置位置;(4)本研究成果可为相关海底隧道施工通风的设计与施工提供参考和借鉴。     

第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究

研究目的:富水条件下砂岩地层隧道开挖极易产生大变形。本文以蒙华铁路阳城隧道第四系富水红砂岩地层围岩大变形段为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,对围岩变形特征进行研究,从而提出围岩大变形的整治措施。研究结论:(1)对地层围岩认识有限、支护与降水措施不到位,导致围岩背后脱空溜砂,是产生大变形的主要原因;(2)工法变更辅以加密降水能有效控制围岩变形,拱顶沉降、水平收敛降低60%～65%,掌子面挤出降低50%;(3)现场试验监测结果显示,大变形整治措施、工法变更辅以加密降水行之有效,围岩变形量皆在规范允许范围内,后续施工段拱顶沉降监测值与数值模拟值相差18%,拟合较好,数值模拟有一定可靠度;(4)本文提出的围岩大变形相关整治措施,可为类似地层隧道围岩大变形整治、控制围岩变形及隧道安全施工提供借鉴。     

青岛海底隧道帷幕注浆施工技术研究

青岛海底隧道是我国在建的第二条海底隧道,隧道围岩复杂,地下水十分丰富,并穿越多条断层破碎带,其中帷幕注浆施工技术是海底隧道施工的灵魂性技术,直接决定了工程的成败。立足于青岛海底隧道施工实际,从注浆方式选择、帷幕注浆试验、地质分析、机械设备配备、注浆参数确定、注浆工艺、注浆结束标准及注浆检查等多方面进行介绍,提出适用于青岛海底隧道地质情况的注浆方案,加快了每循环注浆速度,每循环注浆周期缩短为13 d。     

五尖大山长大隧道快速施工方法

正1工程特点及难点分析五尖大山隧道为武广高速铁路重点隧道工程SDⅠ标段,全长6857m,断面净空有效面积为100m2;且隧道软弱围岩地段长,不良地质发育。其中:Ⅲ级围岩3760m,占全隧54.8%;Ⅳ级围岩2459m,占全隧35.9%;V级围岩638m,占全隧9.3%。隧道洞身岩层     

乌鞘岭隧道越岭攻关措施

乌鞘岭隧道岭脊地段是一个由四条区域性大断层组成的挤压构造带,由于强烈的多期构造挤压作用,围岩破碎,地质条件复杂.施工进入该地段,7,8,9号斜井施工出现困难,F7断层初期支护变形,施工受阻.多次进行动态施工组织调整,优化设计方案,完善内控标准,加强质量控制,坚持科技为先导,指导设计与施工,用11个月的时间进行越岭攻关,使Ⅰ线顺利贯通,确保预期的工期.     

青岛胶州湾隧道海域段注浆施工风险分析与控制措施研究

国外已成功修建多条海底隧道,发展了很多成熟的施工技术,其中注浆技术也得到了广泛应用,但是在特殊复杂地质条件下修建隧道则面临诸多困难。国内钻爆法修建山岭隧道施工技术成熟,采用注浆法处理复杂地质条件方面,隧道工程界已经积累了不少的经验。但国内采用钻爆法修建海底隧道的例子相对较少,高水压海水环境下注浆技术的研究及相关施工经验相对匮乏。胶州湾隧道,处于高压海水环境下,且穿越数条断层破碎带,地质条件复杂,在施工过程中极易发生坍塌、突水突泥等事故,给安全施工带来很大的困难,甚至影响到施工人员的生命安全。因此,结合胶州湾隧道工程,对海域段注浆施工风险进行分析,并提出风险应对措施,可为以后类似工程提供借鉴和参考。     

隧道施工进度及成本动态预测与控制研究

研究目的:隧道地质及施工的随机、模糊、不确定性,导致在施工过程中实际施工进度及成本动态可变,加大其控制难度。如何综合其影响因素动态预测与控制隧道施工进度及成本仍需进一步研究。研究结论:(1)以隧道正洞里程为主轴线,选取各围岩级别下的月进尺及对应单延米成本、围岩级别变更概率、各风险事故统计参数(不同风险等级下的发生概率、处理时间及成本)等为随机变量,蒙特卡洛模拟构建隧道施工进度及成本的函数关系模型;(2)在此基础上,建立隧道动态控制评价指标及评价标准,为工程管理人员全面、及时掌握实际施工状态,快速、准确调整隧道施工进度及成本计划,提供一种更科学的决策手段;(3)通过对某双线隧道进行实证研究,验证该模型的实用性与可行性,其理论方法可供同类工程借鉴。关键词:蒙特卡洛模拟;进度;成本;动态预测;动态控制     

壁板坡隧道富水逆断层综合超前地质预报实践

壁板坡隧道为沪昆客运专线最长隧道,洞身被3条逆断层带切割,围岩破碎,地下水发育,工程地质条件复杂,针对壁板坡隧道富水逆断层带,建立超前地质预报体系。在分析总结已有超前地质预报成功经验的基础上,从短距离预报和中、长距离预报的角度,建立适用于壁板坡隧道复杂地质条件的超前地质预报体系。在隧道大角度穿越杨梅山-小达村逆断层中,以TSP长距离预测、红外探水短距离预测、超前地质钻探复核预测的方式,准确探知施工中可能出现的富水破碎带的位置和富水程度,为防范施工风险,确保施工安全提供了可靠依据,验证了该超前地质预报体系的可靠性及其效果。     

海底隧道施工过程中围岩稳定性的流固耦合分析

以厦门翔安海底隧道为工程背景,基于流固耦合理论,对穿越海域风化槽段施工过程中的围岩稳定性进行数值计算,研究不同施工阶段隧道围岩位移场和渗流场分布规律及支护结构的受力特征。研究结果表明:地下水的渗流作用对海底隧道的围岩变形影响很大,引起较大范围的海床沉降;超前导洞开挖对围岩渗流场的影响作用最为直接和明显,且由渗流引起的海底隧道围岩变形在向上传递过程中折减较小;海底隧道洞周变形和海床沉降主要集中在两侧导洞下部和中部核心土上部开挖过程中;海水水位变化对海床沉降、拱顶沉降、拱底回弹量及围岩塑性区分布范围均有一定影响;注浆圈加固效果直接影响海底隧道开挖后围岩位移场和渗流场的分布,且注浆加固区厚度及渗透系数存在1个经济合理值;海底隧道拱腰横向支撑节点的应力集中较大,出现较大的塑性破坏区;海底隧道支护结构受力分为3个阶段,且拱脚、横支撑支点处受力较大。     

新城子隧道小间距段导洞作用效果计算分析

研究目的:小间距隧道的工程难点主要是群洞效应以及中间岩柱的稳定性问题,国内目前研究主要集中在浅埋、城市环境以及一般围岩环境,针对挤压性围岩中的小间距问题研究甚少。基于此,本文以兰渝铁路新城子隧道为工程背景,通过数值计算及数据统计分析的方法,研究挤压性围岩中小间距隧道导洞的作用效果,以期为相关工程提供参考。研究结论:(1)挤压性围岩小间距隧道,邻洞的存在对主洞开挖的影响包括中间岩柱的塑性变形和邻洞的变形释放,两种变形效应叠加产生相互影响;(2)先行洞室开挖的影响范围为掌子面前方1.5B,掌子面后方2B;(3)先行导洞的作用,可以明显减小后行洞室扩挖时对先行洞室的影响,同时本线的位移减小至无导洞的10%～20%,影响范围降至1.5B之内;(4)新城子隧道变形统计分析显示,后行左线变形小于右线11.6%～20.4%,当采用导洞应力释放后,左、右线平均值及最大值减小7%～20%;(5)该研究成果可为类似挤压性围岩隧道的设计与施工提供参考。     

挤压性围岩隧道变形控制技术研究

高地应力软岩地质环境引起的挤压大变形破坏是一种严重的工程地质灾害,针对川藏铁路隧道可能发生的挤压大变形问题,本文结合兰渝铁路大变形隧道的施工经验,在分析和总结挤压性围岩隧道变形破坏特征基础上,分析了设计阶段和施工阶段的变形分级标准,并根据"抗放结合,前期控制性释放为主"的大变形处治原则,从支护、围岩、应力及施工等方面总结了变形控制技术措施,主要包括:(1)采用排架式和桁架式结构加强支护;(2)采用超前小导管、管棚、锚杆或锚索等加强围岩;(3)采用超前导洞、微台阶、增设缓冲层、分阶段张拉锚索、分层施作多层支护等方式进行应力释放;(4)采用弱爆破或非爆破方式;(5)采用加强资源配置、优化工法等方式实现支护快速成环。     

某高铁隧道岩溶水文地质特征及施工病害分析

研究目的:贵南高铁朝阳隧道穿过区域性的水利背斜构造,可溶岩分布于背斜两翼,洞身位于岩溶水水平循环带。隧道施工过程中,可溶岩段发生较大规模的涌水涌泥现象,并伴随出现泉水漏失、地面塌陷等环境地质问题。隧道掘进的风险评估、岩溶水及泥砂的引排工程设计、环境保护设计,都需要在分析涌水涌泥、泉水漏失及地面塌陷的相关性的基础上进行岩溶水文地质条件综合评价。研究结论:(1)隧道内的涌水涌泥均发生于岩溶水主通道附近,涌水涌泥规模与降雨量密切相关;(2)隧道施工排水完全截断了隧道进口端立新水库和出口端鱼胆水库的补给水源,造成水库干涸;(3)隧道施工排水部分截断了进口端鱼村大泉补给水源,造成泉水减流;(4)岩溶地面塌陷发生于隧道涌水水源补给区(洞丢村)岩溶谷地内,洞身开挖排水降低地下水位导致地面塌陷集中产生;(5)本研究成果对岩溶发育区隧道工程勘察具有指导意义。