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。     

侧部高压富水溶腔与隧道间岩柱安全厚度的研究

岩溶区隧道周围不可避免地存在一些中小规模的隐伏溶洞,由于隧道的开挖、卸荷改变了隧道与溶洞间岩柱的应力状态,溶洞中的高压岩溶水进一步恶化了其稳定性,造成隧道突水、突泥等岩溶灾害的发生,带来了重大安全危害和经济损失.成为岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题.除施工扰动、高水压作用外,隧道与溶洞间岩柱厚度不足是引起这一工程问题的主要因素,建立隧道与溶洞间岩柱安全厚度预测模型具有重要的理论意义和重大的工程实用价值.针对常见的中、小尺度的侧部高压富水溶腔,综合考虑安全厚度的影响因素,以隧道周围的塑性区和溶洞周围的高渗透带的贯通与否作为中间岩柱稳定的判断标准,建立了中间岩柱安全厚度力学预测模型,在此基础上分析了各因素对最小安全厚度的影响规律.以忠垫高速公路岩溶隧道为例,利用最小安全厚度预测公式判断中间岩柱的稳定性,其结果同基于现场量测判断的结果一致,从而说明上述方法具有一定的可行性.     

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。     

城市地铁穿越岩溶地段盾构掘进技术

岩溶专项勘察报告揭示岩溶发育区溶洞形状复杂且不规则,为确保盾构机通过岩溶区的施工安全及盾构隧道以后的安全运营,研究岩溶发育区轨道交通工程隧道建造技术具有较重要的理论价值和工程意义。岩溶探测方法采用孔间层析成像(CT)和高密度电阻率法,勘察钻探揭示本场地溶洞情况;建立隧道三维有限元模型模拟盾构地铁掘进施工过程,研究不同埋深处溶洞对隧道稳定性的影响;施工前对溶洞做注浆加固预处理,盾构掘进中重点监测排泥量,同时加强同步注浆工作。岩溶注浆加固效果显著,盾构隧道施工中未出现塌陷、坍塌等情况。研究结果表明：(1)随着埋深的增加,隧道在竖直方向的沉降位移逐渐变大,施工初期应该密切监测隧道的变形量。(2)对岩溶区实施合理的加固处理措施,满足盾构掘进安全及隧道结构稳定。(3)盾构机选型充分研究分析地质、水文和周围环境情况,考虑掘进地层有黏土和风化岩,选用土压平衡盾构机进行施工。(4)盾构顺利通过岩溶区,盾构姿态控制良好,根据监测数据显示,地表沉降控制到位,地表最大沉降量满足规范及设计要求。(5)根据隧道三维有限元模型数值分析结果,结合盾构施工实际控制值比较,隧道拱顶沉降变化受埋深影响较大,预加固后的岩溶...     

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。     

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。     

洋流作用下水中悬浮隧道失稳判据的研究

根据水下悬浮隧道的主要特征,将水下悬浮隧道管段简化为两端简支梁力学模型.从水中悬浮隧道受力状态分析,推导了圆形截面形式悬浮隧道在涡激力作用下,做垂直于来流方向振动的微分方程.采用平均法对振动微分方程求解,得到了悬浮隧道在定常流状态下的幅频关系.建立定常振幅失稳的双尖点突变模型,导出了其失稳判据.根据失稳判据确定了在其他条件不变的情况下洋流的临界流速.研究结果表明,水下悬浮隧道的失稳不仅取决于洋流速度和涡泄频率,而且还与悬浮隧道结构尺寸、材料性质等有关.     

岩溶地区公路隧道穿越大型溶洞处治技术研究

文章以大新至凭祥高速公路某隧道为例,研究岩溶地区公路隧道穿越大型溶洞的处治方案。根据超前地质预报和现场调查结果,提出“洞中洞”方案：在掌子面附近2 m内的初支增设背拱,支护形式调整为S5a,待初支稳定后泵送混凝土形成护拱,增强初支强度,减小危石掉落对隧道结构的影响,同时加强施工监控。通过对监控量测数据进行分析,此溶洞段隧道施工过程中,溶洞围岩稳定,隧道的拱顶沉降和周边收敛变化均在合理范围,验证了“洞中洞”方案的合理性,为类似隧道溶洞处理提供了参考。     

隧道拱顶半填充大溶洞处治施工技术

文章依托广西武宣至忻城高速公路(来宾至忻城段)岩溶区内来宾三号隧道拱顶大溶洞的处治实例,从衬砌结构、溶洞内排水、施工方法等方面对护拱法穿越隧道拱顶大溶洞的具体处治方案及关键要点进行分析阐述。该处治方案操作简单,能有效地保障施工过程与运营期隧道的安全与质量,对隧道穿越岩溶地区溶洞的处治具有一定的通用性,可为解决类似恶劣地质条件的隧道问题提供参考。     

铁路隧道穿越岩溶群区施工控制技术研究

文章以渝(重庆)怀(怀化)铁路板桃隧道为工程背景,阐述了该隧道穿越DK215+650～DK216+105段岩溶群区的施工技术.为确保施工工期,施工中采取了"先绕行后处理"的原则,设置施工迂回导洞绕行岩溶区,并通过横通道与正线相连.针对岩溶区内不同的溶洞类型分别采取跨越、支顶、锚喷支护、浆砌片石回填等技术措施,同时根据暗河与溶洞内的水流大小及流向采取了诸如涵洞、小桥等设施或开凿泄水洞将水排出洞外,安全稳妥地通过了455 m岩溶群区.本工程取得的经验可供类似工程施工中借鉴.     

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。     

隧道超前预报中不同性质充填溶洞地质雷达正演实验研究

隧道掘进过程中常遇到溶洞等不良地质体,根据溶洞填充物不同,将其划分为空气溶洞、充水溶洞、淤泥溶洞和干砂溶洞。文章基于时域有限差分法(FDTD)原理,对这些常见岩溶病害进行了正演模拟,并结合工程实例验证了理论模拟的效果。结果表明:溶洞雷达正演图像基本特征是一条双曲线同相轴。通过分析双曲线同相轴的运动学和动力学特征,可以推测出溶洞的几何位置,以及定性判断溶洞填充物的类型,且理论模拟效果与实测隧道剖面吻合良好。     

基于双剪强度理论的岩溶隧道掌子面防突厚度分析

为了解决岩溶隧道在富水溶腔压力作用下的掌子面的防突厚度问题,文章采用双剪强度理论与极限分析上限法,考虑中主应力对掌子面防突厚度的影响,建立了掌子面受力屈服破坏的理论分析模型,对隧道掌子面的极限承载力和防突厚度进行了理论计算,并结合工程实例验证了该理论分析方法的合理性与适用性。     

岩溶隧道溶洞顶板安全厚度预测探讨

文章以某岩溶隧道为背景,采用二维弹塑性有限元方法对隧道开挖进行数值模拟计算,分析了隧道底部溶洞顶板安全厚度的影响因素,研究了各影响因素与安全厚度的相关变化规律,并用多元线性回归的方法得出了一个能综合体现各影响因素的溶洞顶板安全厚度预测模型,以此确定顶板的最小安全厚度,从而为岩溶隧道设计施工提供一定的科学依据和指导.     

隧道掌子面地震动力响应特性及加固方法

文章以雅沪高速公路石棉隧道为工程背景,研究分析了地震动力作用对隧道掌子面稳定性能的影响及加固措施。首先,阐述了隧道震害的主要形式及隧道掌子面的力学平衡机理,并采用FLAC3D有限差分软件,针对不同地层中的隧道掌子面进行了地震动力响应分析;其次,通过对比静力和动力下掌子面的稳定状况,分析地震对不同地层中隧道掌子面稳定性的影响,总结出了掌子面挤出变形和约束压力随地震时程的变换规律,并通过掌子面平均塑性剪切应变、掌子面挤出变形、掌子面约束压力等参数评估了加固效果。分析结果表明,与隧道衬砌相比,隧道掌子面更容易受到地震的破坏;地震动力作用对不同地层条件中隧道掌子面的影响程度是截然不同的,岩质地层中隧道掌子面受到的影响较小,而土质地层中隧道掌子面所受影响则很大;锚杆的加固作用能显著提高隧道掌子面的抗震性能。     

基于强度折减法的浅埋软弱围岩隧道掌子面稳定性研究

隧道掌子面稳定是隧道安全顺利施工的前提,文章以浅埋软弱围岩隧道为研究对象,首先,基于强度折减理论,建立了掌子面稳定性判别流程,可求解掌子面稳定安全系数;其次,分析了隧道掌子面失稳判据,认为掌子面稳定性判别时可采取位移突变判据或塑性应变能判据;最后,结合嘉禾园地下通道工程,研究了掌子面稳定性控制对策,运用掌子面稳定安全系数对单一方式和组合方式预加固措施的加固效果进行了预评价,确定了掌子面预加固方式,指导了现场施工。研究成果可为浅埋软弱围岩隧道掌子面稳定性分析及控制对策确定提供借鉴。     

基于圆形薄板力学模型的隧道隔水岩墙弯曲破坏涌水机制分析

隧道施工突水灾害严重威胁着隧道施工的安全。隧道施工掌子面前方存在突水致灾构造时,留足一定厚度的隔水岩盘——最小安全隔水岩盘,对确保突水致灾构造中水不至突出以及加固隔水岩盘和处理突水致灾构造至关重要。文章以沪蓉高速公路垫邻段明月山隧道K5+398处突水事件为例,基于隧道断面形式和隔水岩层为近直立泥岩层实际情况,将掌子面隔水岩墙简化为圆形薄板,以弹性力学薄板理论为基础,通过隔水岩墙受力分析,推导出临界隔水岩墙(盘)厚度——最小安全隔水岩盘厚度计算公式,并计算得出明月山隧道K5+398处突水位置最小安全隔水岩盘厚度。通过数值模拟分析验证,明月山隧道K5+398处掌子面隔水岩墙临界厚度为1.4~1.55 m,与实际涌突水情况总体吻合。     

多尺度综合探测技术在岩溶隧道突水成因判定中的应用

隧道穿越岩溶富水区时易发生突水事故,给施工安全带来威胁,如何准确、快速地分析突水成因,是治理突水事故的前提和关键。文章结合渝广高速华蓥山隧道突水实例,基于时空多尺度的概念,提出了"多尺度综合探测"岩溶隧道突水成因的判定方法,以时间尺度上突水前后的水文长观数据为依据,进行空间尺度上从点(掌子面)到面(区域)的综合分析。通过该方法,准确查明了突水成因为掌子面前方3.0~7.6 m处层间裂隙导通+180~+420 m标高范围的中深层水平循环岩溶水,且水源补给条件一般,此结论为后期采取开挖后径向注浆的治理措施提供了依据。     

连拱隧道掌子面纵向间距数值分析

文章采用三维有限元数值模拟,对不同掌子面纵向间距条件下连拱隧道地表沉降、洞周收敛变形与应力、中隔墙变形与应力及初期支护变形与应力分别进行数值分析,得到连拱隧道开挖掌子面距离应保持在2.5倍单洞宽度以上的结论。     

隧道锚开挖及承载对既有隧道的变形影响分析

为评估隧道锚开挖及承载对下方既有隧道安全性的影响，采用弹性地基梁理论建立既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形计算模型，基于Mindlin公式分别给出隧道锚开挖及承载影响下的附加荷载计算方法，提出既有隧道竖向隆起变形安全性控制标准为12 mm。以四川沿江高速宁巧隧道-隧道锚体系为例，分析既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形特征，研究表明：既有隧道变形呈“凸”形，最大变形量位于锚塞体正下方附近，且随着与锚塞体距离的增大，隧道变形逐渐减小，最终收敛；既有隧道变形量随着围岩等级的降低及隧道-隧道锚间距的减小而增大；Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下，隧道整体处于安全状态；Ⅴ级围岩条件下，隧道变形量在隧道锚开挖过程中已超过控制值，需要采取围岩加固、结构加强等工程措施。