锦屏辅助洞岩爆特征及防治措施研究

岩爆是一个世界范围内的地质灾害,目前对其准确的预报和合理的防治仍是一个难题。锦屏辅助洞为超深埋交通隧洞,在施工过程中岩爆频繁发生,严重影响施工进度,极大地威胁着施工人员和设备的安全。在全面收集与岩爆相关的地质资料的基础上,对锦屏辅助洞岩爆的类型、特征及发生规律、产生的条件与危害进行了较深入的研究,并根据岩爆产生机理和施工要求提出了相应的处理原则和防治措施,通过工程实践检验,效果良好。     

大断面软岩隧道钻爆法开挖技术分

锦屏引水洞群由4条均长16.67 km、开挖洞径13.0～14.6 m的马蹄形大断面隧洞组成。其#1、#2引水洞西端工程轴线穿越的工程软岩长度分别为436 m和336 m,且埋深介于1 550～1 850 m,地应力40～50 MPa,施工前期发生了严重的大变形。结合《超深埋大断面特长隧洞群施工关键技术研究》课题的研究成果的应用,在极高地应力条件下,对软岩隧道（洞）大断面,采用钻爆法开挖技术,取得良好效果。     

引水隧洞逆坡施工大流量地下水抽排技术

为了实现对锦屏引水隧洞群西端施工过程中大流量地下水的有效预测和处治,针对隧洞群埋深大、洞线长、洞径大、水头高、逆坡施工等工程特点,将地下水的导排分为2个阶段:第一阶段设置固定的泵站,采取大直径水管直接抽至支洞口;第二阶段通过竖井将地下水抽至锦屏山隧道后自然排出。结果表明:引进煤矿的抽排水理念,配置大功率设备,设置大积水仓,能够在最短的时间内完成地下水抽排并恢复施工。     

复杂地质条件下跨流域调水超长深埋隧洞建设需研究的关键技术问题

我国兴建或拟建的若干长距离调水工程中的调水输水隧洞受选线制约,多要穿越地质构造背景复杂的山岭地区,面临自然环境恶劣、地震烈度高、地形地质条件复杂等诸多不利因素,工程建设难度及运营风险大。总结复杂地质条件下跨流域调水超长深埋隧洞建设需研究的关键技术问题,包括深埋隧洞工程的勘探、试验及测试技术,深埋隧洞围岩大变形及岩爆预测与防控技术,隧洞穿越活断层围岩-衬砌灾变机制与抗断技术,深埋隧洞围岩-支护体系协同承载机制与全寿命设计理论及方法,高压水害等不良地质条件下深埋长隧洞施工灾害处治技术5个方面,指出需要解决的工程科学技术问题及发展方向,为超长深埋隧洞工程建设提供一些参考。     

高埋深软硬岩互层地质条件下敞开式TBM岩爆段施工方法研究

基于喜马拉雅山区域某软硬岩性互层地质条件下的深埋隧洞工程,为解决该区域TBM施工过程中的岩爆问题,统计分析了TBM施工过程中的岩爆特征;在施工过程中开展了多种岩爆规避试验,形成了一套较完整的有针对性的施工方法： 1）岩爆风险巡查常态化; 2）超前地质预报和超前处理措施相结合; 3）支护材料和支护方式合理化; 4）掘进参数动态调整。在后续的施工中加以应用,取得了较好的效果,可以为类似地质条件下的安全施工提供参考。     

深埋水电站洞室群围岩受力特性研究

结合锦屏二级水电站超深埋四孔引水隧洞工程,研究不同支护时机下洞周关键点位移、不同路径力学响应、能量密度分布规律。结果表明:典型断面隧道在毛洞状态不能稳定,最大水平位移发生在外侧隧道,且两侧极不对称,而中间隧道两侧位移基本对称;当应力释放80%时对应毛洞必须支护;拱顶深部围岩(2～3m)出现最大主应力、最大剪应力、能量密度增高带,外侧隧道拱顶深部围岩(2～3m)力学状态对洞室群稳定性起着关键作用。     

高地应力大断面软弱围岩隧洞开挖变形控制技术

在锦屏二级水电站C2标引水隧洞绿泥石软岩洞段施工中,针对软弱围岩隧道在开挖后支护未完成前即发生较大变形,侵入混凝土衬砌断面,导致二次扩挖的情况,分析其变形的原因,通过优化支护措施,预留合理变形量,采用锚索、锚筋桩等柔性支护体系,有效控制了软岩变形,确保了施工安全和工期目标。     

蒙华铁路中条山隧道高地应力F7断层软岩破碎段施工技术

为解决中条山隧道在施工至高地应力F7主干断层段时,左右线已施工完成的247 m初期支护发生严重变形开裂的问题,选取不同段落对“刚性支护一次到位”和“柔性支护释放应力后进行二次支护”2种方案进行试验,通过对监控量测数据分析和初期支护表面观察,得出以下结果： 1）软岩大变形段落采取“刚性支护一次到位”相比“柔性支护释放应力后进行二次支护”变形速率明显下降,最大收敛速率由28 mm/d下降至18 mm/d,最大沉降速率由24 mm/d下降至12.8 mm/d,释放应力时发生变形的“度”更易掌控; 2）在采取“刚性支护一次到位”的基础上,辅以优化“隧道边墙曲率”和“施工工法”等措施,能够有效控制隧道初期支护变形开裂,确保隧道结构的质量,顺利通过F7主干断层。     

深埋高地应力水工隧洞地应力特征及岩爆脆性破坏深度预测研究

为解决高地应力情况下水工隧洞开挖时产生的岩爆问题,以新疆某高埋深水工隧洞为依托,并结合现场水压致裂法和钻孔套芯解除法测试获得的地应力数据。研究深埋引水隧洞区域地应力场分布规律,通过强度理论判断岩爆发生的可能性;在考虑高地应力与围岩开挖二次应力状态作用前提下,通过岩爆破坏区深度理论公式,结合现场数据计算出岩爆破坏深度。结果表明： 1）隧洞处平均初始地应力应力基本在23 MPa左右,最大水平主应力为28.6 MPa,属于高地应力隧洞; 2）三向主应力间的总体关系为σH（最大水平应力）>σZ（自重应力）>σh（最小水平应力）,属于σHZ（走滑型）初始地应力场,以水平构造应力为主导; 3）隧洞最大主应力与最小主应力之间差值较大,依据摩尔-库仑准则,表明该隧洞开挖的临空面会存在较大的剪应力,易引起隧洞发生岩爆; 4）在隧洞开挖过程中,隧洞将会发生中—强等级的岩爆,发生岩爆脆性破坏最大深度为0.68 m。     

亚洲铁路第一长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道

大瑞铁路高黎贡山隧道全长34 538 m,为亚洲铁路第一长隧。隧道区域地质构造发育,沿线工程地质条件差,具有“三高”（高地热、高地应力和高地震烈度）、“四活跃”（活跃的新构造运动、活跃的地热水环境、活跃的外动力地质条件和活跃的岸坡浅表改造过程）的特征。工程主要不良地质有高烈度地震、 活动断裂、高地温、岩爆、软质岩变形、放射性地层、有害气体等。工程重难点为高温热害问题突出,软岩大变形,隧道涌水量大,软弱破碎围岩地段TBM施工易卡机,安全风险极高、组织管理管控要求严 ,通风效果要求高等。围绕高地热,活动断裂地层,深竖井、复杂地质条件下TBM研制等问题,已立项并实施隧道高地热环境施工关键技术、复杂地质条件新型TBM研制及应用、铁路隧道超深竖井施工关键技术和深埋特长隧道高地温地段混凝土技术。     

中间风井内盾构隧道管片局部拆除方案研究

为解决苏州地铁盾构隧道直接掘进通过围护结构为玻璃纤维筋连续墙、内部充填土体的明挖风井后, 位于地下空间下方的 深埋盾构隧道与区间风井间封堵困难、整环管片拆除风险过大的问题, 创新性地提出规避风险的管片局部拆除方案, 即盾构隧道 上部管片拆除后增加梁板形成倒“Ω”结构。 对该方案施工中涉及的影响因素进行分析研究, 重点探讨管片局部拆除方案及倒“Ω” 结构的可行性, 并提出多方面的控制措施, 最后对倒“Ω”结构进行理论计算分析。 结果表明: 在地铁区间风井内盾构隧道管片全 环拆除施工风险过大的情况下, 可以通过拆除盾构隧道上部管片并增加梁板形成倒“Ω”结构的方案解决风险过大问题。 此外, 结 合现场施工验证该创新方案的可靠性。     

敞开式TBM安全快速通过隧洞强岩爆地层施工技术——以引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM施工段为例

岩爆为深埋隧洞施工的主要灾害之一,为有效解决敞开式TBM在强岩爆地层施工中安全风险高、效率低这一核心问题,依托引汉济渭工程秦岭隧洞岭南TBM段在岩爆防治措施上的多年实践与研究,形成具有针对性的强岩爆防治技术体系。研究结果表明： 1）引进微震监测岩爆超前预测系统后,通过监测实施过程中数据的不断分析与修正,能大致推断出掌子面前方约15 m范围内围岩可能出现的岩爆等级; 2）采取合理的超前钻孔应力释放预处理措施,可以降低围岩出露TBM护盾后岩爆发生的规模与频率; 3）通过对治理工艺进行优化,可实现高岩爆风险区围岩的快速封闭; 4）采用合理的支护材料,能有效防止滞后性强岩爆对初期支护体系的破坏。系统的防治体系有助于强岩爆地层的施工安全管控,也可达到加快施工进度的目的,对类似工程具有一定借鉴意义。     

岩溶山区隧道地下水漏失对植物生长的影响分析及对策

为研究隧道建设引起的地下水漏失对周围生态环境的影响,依托穿越中梁山山脉通向重庆市区西部的3条重叠相交岩溶隧道（襄渝铁路中梁山隧道、渝遂高速公路大学城隧道和成渝客专铁路歌乐山隧道）的地下水漏失情况,对其影响区内的生态环境及植被生长进行长期监测与综合分析,利用树轮宽度均值探讨地下水漏失对隧址区优势植物（马尾松、杉木）的生长影响,提出基于生态环境保护的隧道地下水“以堵为主、限量排放”的建设思路。研究结果表明: “以排为主”的襄渝铁路中梁山隧道,造成马尾松生物量明显降低（衰退幅度达71.4%）,而“以堵为主、限量排放”的其他2条隧道对马尾松的影响则相对小; 3条隧道的建设对杉木的生长都产生了不利影响,影响范围在隧道轴线两侧1 km左右; 基于马尾松出现生长恢复的时期（1992-1997年）,建议将此阶段的最低地下水位作为隧址区地下水生态平衡埋深下限值,进而确定中梁山地区隧道的“以堵为主、限量排放”中限量排放的生态地下水位值,为岩溶山区隧道限量排放的地下水位控制提供参考。     

黄金坪水电站大断面尾水隧洞结构安全性研究

依托黄金坪水电站尾水隧洞工程,采用数值模拟、现场监测的手段进行了深埋大断面尾水隧洞开挖结构安全研究。研究结果表明:将隧洞断面划分为4层开挖,顶层采用导坑扩挖法,先开挖中部导坑,再向两侧进行刷扩处理,因刷掉的是围岩松动圈外圈的低应力松散带,避免了扰动深部围岩,有利于结构安全;大断面尾水隧洞在分层开挖、支护过程中,围岩最大拉应力为0.86 MPa、最大压应力为6.9 MPa,支护结构最大拉应力为0.6 MPa、最大压应力为5.0 MPa,均远小于允许应力而且不会发生岩爆,围岩和隧洞支护体系在开挖、支护完成后逐步达到稳定状态;围岩多点位移计的现场监控量测结果验证了数值计算结果的正确性,研究方法可为类似工程提供参考。     

初期支护组合形式有效性现场试验研究

初期支护组合形式的有效性一直存在较多争议。依托蒙华铁路在建隧道,针对初期支护不同组合形式有效性问题开展大量现场试验,量测内容包括拱顶沉降、水平收敛、系统锚杆轴力、喷射混凝土应力及钢架应力。通过对花岗岩、板岩、砂泥岩、黄土4种地层进行试验,分析具有代表性的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级花岗岩和Ⅴ级黄土试验段数据,研究深埋岩质和土质隧道初期支护中钢筋网喷射混凝土、钢架及系统锚杆不同组合形式的有效性。结果表明： 1）现阶段“网喷+钢架+系统锚杆”的初期支护组合形式未充分发挥其作用效果,有效性差,措施过于保守,存在很大优化空间; 2）在土质或浅埋破碎岩质隧道初期支护中,系统锚杆无明显作用,可以取消,而只采用“网喷+钢架”组合形式; 3）在深埋岩质隧道初期支护中,采用“网喷+钢架”或“网喷+系统锚杆”2类组合形式之一即可。考虑到目前现场系统锚杆施作机具和施工质量,采用“网喷+钢架”的组合形式是合理和可行的。     

山西大水网隧洞施工危险源及事故防治

为了防控隧洞施工事故,通过较系统地总结和探讨山西大水网小浪底引黄工程长距离隧洞钻爆法施工安全管理的理论和实践活动,提出了“6因素”预防的新概念和做法,克服10个不良思想和正确处理3个关系等,并提出了安全资金管理建议。“6因素”即人、机、料、工序、部位、时段,“10思想”为盲目、粗心、麻痹、侥幸、懈怠、急躁、好奇、逞强、赌气、自满,“3关系”指安全与施工进度、安全与资金、安全与施工质量的关系。建议在招投标阶段施工安全措施列项贴近实际、暂定工程量、采用竞争性单价与合价;在施工阶段,可根据实际需要调整安全措施列项、工程量。建议配置自动监测仪器,强化隧洞施工重点部位的监控、预警。     

锦屏一级水电站尾水调压室穹顶施工技术

锦屏一级水电站尾调室洞径大、地应力高、地质条件复杂,穹顶施工中的质量控制及施工期围岩稳定是施工中的重点和难点。针对这些特点进行研究,确定了穹顶开挖的质量控制方法、及时支护的施工方案以及不良地段和岩爆部位的支护措施。施工质量得到了良好的控制,施工期工程安全得到了保证,并取得了一定的经验。     

襄渝铁路二线瓦房店隧道地应力测试及分析

地应力测试是深埋铁路隧道地质勘察的一种重要技术手段,文中以襄渝铁路增建的第二线瓦房店隧道DZ-瓦-1号深孔地应力测试为例,对该项技术及成果应用进行分析,明确了隧道可能发生岩爆、大变形的地段,并对设计提出了相应处理措施的建议。     

巴朗山隧道岩爆预测探讨

深埋(特)长隧道往往是道路工程建设中的瓶颈,其硬质岩的岩爆预测问题则往往是隧道勘察设计阶段的重点之一。岩爆的发生与否与隧道地应力量级及岩性有关,与地下水状况、隧道所处的构造部分、隧道轴线与最大主应力的关系﹑围岩的岩体结构等多种因素有关。因此,岩爆的预测既很有必要同时又相当困难。从多个方面采用多种方法对省道303线的控制性工程巴朗山隧道的岩爆问题进行了分析预测与探讨,为设计及施工提供指导。     

两类地层岩爆的机理及防治

岩爆是隧道施工过程中必须面对的主要地质灾害之一,目前基于岩爆发生机理和治理方式多种多样,针对处于高原过渡带的锦屏辅助洞工程以及海滨地区高盖山隧道和金瓜山隧道工程两处截然不同地质条件下的岩爆问题,对两类地层岩爆特点以及处理措施进行了归纳总结,对岩爆的机理以及防止措施进行了探讨。