漫谈矿山法隧道技术第十五讲——隧道涌水控制技术

涌水控制对策大体上分为"排水"对策和"堵水"对策2大类,经验表明"排"与"堵"相结合的方法是控制地下水最有效的方法。在处理"排"与"堵"的关系上,关键是弄清何种情况下需要采取"堵"的方法。适用堵水方法的条件:1)在地下水量大、围岩渗透系数大于10~(-6)~10~(-5)cm/s时,为了确保施工可接受的渗漏水条件;2)在地下水位降低对周边环境产生有害影响,为了确保周边环境"可接受干扰"的条件;3)为了避免二次衬砌直接承受水压,或减小作用在二次衬砌上的水荷载,不仅需要注浆,而且注浆必须形成防渗体来承受水压的场合。目前基本上都是采用注浆的方法堵水,挪威通过预注浆来控制海底隧道和城市隧道涌水,注浆围岩的平均渗透系数大致是非注浆围岩的1/100~1/25,采用高注浆压力(3~4 MPa)可以减少注浆孔、提高围岩注浆的"预应力"效应;日本青函隧道注浆实践表明,隧道围岩的综合渗透系数大于10~(-6)~10~(-5)cm/s时需采取注浆堵水对策,改善围岩渗透系数小于10~(-6)cm/s时能够正常安全开挖。通过一定范围的注浆,把围岩的渗透系数降低2个数量级,达到10~(-6)cm/s,就完全可以不考虑水压的作用。最后,用5个事例说明解决大量、集中、异常涌水的方法,多是放在形成有效的注浆域(防渗层)上。实际上,我们也是这样做的,但在明确的目标准则和注浆工艺上尚需努力。     

南昆铁路泥石流的形成及防治措施

为避免或减轻泥石流灾害对铁路行车的影响,确保南昆铁路运营安全,分析了泥石流灾害的成因,并结合南昆线特点,提出了适时监控雨情与泥石流灾害、恢复植被、修筑拦石坝与SNS柔性网、修建导流渠等预防和整治的措施。经实施,取得了较好的效果。     

地铁隧道矿山法施工安全风险评估

采用矿山法进行地下工程的开挖被广泛应用,然而矿山法施工发生坍塌、冒顶等事故较多。因此,对矿山法施工采用科学、系统、动态的安全风险辨识与评估,对降低矿山法施工风险具有重要的意义。文章以长春地铁某工程为实例,对矿山法隧道施工准备期间的安全风险评估及施工期间的动态安全风险评估的一般流程和常用方法进行阐述,以期为矿山法隧道施工的风险管理提供参考。     

大水矿山地下水水害致灾预测研究

从系统工程学理论角度出发,通过对采掘-排水-地下水系统致灾机制进行分析,确定了大水矿山地下水水害致灾主要是由系统中关键参量特性决定的,即由相邻水文地质单元径流补给、大气降水补给及排水系统排水量的不确定性导致;通过对3个主要影响因素的随机特征分布进行研究,得出系统灾害发生概率计算方法,为预测系统的灾害概率提供依据;将失效模型与矿山地下水模型结合,得到了地下水灾害强度及分布特征。该研究量化了矿山灾害,为制定水害防治方案提供一定的科学依据。     

盾构通过矿山法隧道上浮问题分析研究

采用盾构通过矿山法施工软硬不均地层的隧道,能达到快速安全经济效果。管片脱出盾尾后盾构隧道上浮问题是该工法技术难题之一。本文以深圳地铁2号线东港路站—招商东路站区间盾构通过矿山法隧道段为背景,运用有限元法,分析了回填材料属性、回填层厚度等因素对管片上浮的影响规律。提出了施工、设计过程控制管片上浮的对策和措施,可为同类工程施工和设计提供参考。     

隧道泥石流的成因及防治措施研究

山区道路泥石流、滑坡减灾已成为保障道路工程和交通安全的重要问题。隧道泥石流的发生过程一般可分为孕育、潜伏和发生3个阶段。本文以兰渝铁路为工程背景,通过对勘察时所遇泥石流区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质特征、人类活动与植被条件等泥石流形成条件的研究,分析了其发生条件和一般特征,据此提出预防隧道泥石流的关键是使其不能同时具备3个形成条件,有针对性地提出防治措施及建议。     

小净距平行叠落矿山法隧道设计与施工技术研究

查阅近接隧道施工影响区及相应工程对策的研究成果,调研国内部分叠落矿山法隧道工程的相关设计、施工经验。针对用矿山法施工的北京地铁19号线金融街站—平安里站区间与3号线阜成门站—平安里站区间上下叠落4孔隧道工程,分析后行下洞隧道开挖对既有上洞隧道结构及周边环境的影响,提出结合工程实际情况的设计、施工技术措施。利用MIDAS-GTS进行施工过程数值模拟,得到各施工阶段对既有区间结构、地表沉降的影响及其变化过程。研究结果表明:在北京地区采用上下叠落4孔隧道进行设计施工是可行的,通过采取先行隧道超前注浆、加强隧道初期支护及二衬刚度、加固夹层岩体等措施,能满足隧道设计要求。可为类似工程的设计和施工提供一些指导。     

地铁区间下穿成绵乐高铁设计方案研究

通过对地铁区间下穿高铁无砟轨道方案的研究,分析了地铁区间下穿未运营的高铁无砟轨道线路的可行性。以成都地铁4号线二期东延线万年场站—东三环站矿山法施工区间下穿即将运营的成绵乐城际高速铁路(无砟轨道)为例,通过与同类工程进行类比,并结合理论计算分析,综合评估了地铁下穿施工对高铁的影响。经与实际监测结果比较,证明设计方案是合理的,计算具有较高的可靠度。提出了对高铁的具体保护措施及沉降控制标准,为今后类似工程设计提供借鉴及参考。     

某水电站弃渣场稳定性计算及对泥石流的影响分析

沟口堆渣体占据大面积沟道而束窄泥石流流通渠道,将会改变泥石流运动特征,导致泥石流对右岸的冲刷作用增强,进而产生较严重的泥石流灾害。若较大规模泥石流可能会引起堆渣体局部失稳,甚至堵塞沟道进而形成更大规模泥石流。通过对某水电站弃渣场工程区域环境地质的研究,在调查干河沟地形地貌、沟谷形态及物源分布等特征的基础上,对渣体进行稳定性计算,并对泥石流的影响做了较为科学的评价。通过对上述问题的研究,针对堆渣体和右岸边坡可能的失稳破坏方式、规模及工程影响,提出简要的防治处理措施建议。     

地铁盾构隧道与矿山法隧道接口段抗震计算研究

为确保地裂缝条件下地铁盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口抗震设计满足要求,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,针对西安地铁5号线某区间盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口部位进行横向地震作用时程分析,并与横向地震作用的反应位移法结果进行对比,结合现有理论及规范,分析地铁隧道接口处的抗震性能及合理的计算方法,发现对于结构断面形式突变的地下结构,宜采用反应位移法进行强度及变形计算,同时采用时程分析法进行校核,明确了不同断面接口两侧隧道横向剪切刚度的差异是导致位移与变形差异的主要原因,同时提出减震层、管片柔性结构与弹性垫圈、变形缝以及加强钢筋与后浇环梁等抗震措施,在高烈度地区还可考虑将矿山法隧道设计为圆形或类圆形断面以提高整体抗震能力,研究结论可为类似工程提供参考。