细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳成因和处治措施

为避免细砂卵砾石互层隧道施工中发生隧道坍塌、砂涌、冒顶等安全事故,以在建的国道317线岗托隧道为工程依托,采用三维数值模拟计算和现场测试相结合的方法进行分析,探讨了施工过程中隧道围岩-支护的失稳机理,提出了相应的处治措施,最后通过对失稳前和处治后拱顶下沉、水平收敛的测试比较验证了处治效果。结果表明,细砂卵砾石互层隧道围岩-支护失稳的原因是围岩自稳能力差,超前支护适宜性差致使互层围岩不能有效固结,砂涌造成衬砌背后空洞,致使结构承载力降低,现场采用大管棚配合水平旋喷桩进行超前支护,实施效果明显。     

爆破荷载作用下隧道中隔岩稳定性研究

为研究爆破动力荷载作用下隧道中隔岩稳定性评价标准,以福州地铁2号线为工程背景,结合强度折减动力分析法和数值模拟,同时考虑中隔岩塑性区贯通、位移超过规范值、计算不收敛3种判据,综合对隧道中隔岩进行动力安全系数分析,研究隧道不同净距、不同开挖进尺后行洞隧道爆破开挖对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:中隔岩塑性区贯通时特征点位移和规范中位移限值较为接近,可共同作为评价中隔岩稳定性的最终评价标准;隧道净距越大、进尺越小,隧道整体安全系数越高;对围岩质量较差且净距小于1.6 m的双线隧道进行爆破开挖时,建议将爆破进尺控制在2 m以内。研究结果可为类似工程提供理论参考依据。     

基于强度折减与刚度退化小净距隧道围岩稳定性研究

运用刚度退化的基本原理和方法,将泊松比ν和弹性模量E进行调整,提出变刚度隧道围岩强度折减法。以某小净距隧道为例,在只调整ν或E、同时调整ν和E、保持ν和E不变4种情况下,探讨了刚度退化对小净距隧道围岩稳定性的影响。结果表明:ν对隧道拱顶下沉、拱底沉降、最大主应力的影响要强于E;隧道两拱脚向内位移随折减系数的增大而增大,内侧拱脚向内位移比外侧拱脚的要大,且在刚度调整时拱脚位移要比保持刚度不变时大;等效塑性应变随折减系数的增大而增大,刚度调整导致等效塑性应变区减小,考虑刚度退化推迟了中夹岩柱塑性区贯通;将变刚度隧道围岩强度折减法应用于小净距隧道工程围岩稳定性评价,可依据安全系数的大小来评判设计的合理性,为支护参数及施工技术的选用提供参考。     

软弱围岩隧道洞口浅埋段变形特征及控制措施研究*

为解决洞口浅埋段软弱围岩隧道大变形控制难、施工风险高的问题。依托在建隧道工程,对洞口浅埋段初支变形及破坏特征进行分析,提出适合该隧道的变形控制措施。结果表明:洞口浅埋段围岩松散破碎受开挖扰动和地表水影响显著,隧道破坏形式多样,围岩纵向变形不规律,随埋深增大,局部渗水严重段存在拱腰挤出现象;开挖初期围岩变形速率高,最高达到86.8 mm/d,累计变形量大,其中上、中台阶围岩变形量占比为80%~90%,变形主要分为“加速增长—缓慢增长—再次增长—趋于稳定”4个变化阶段,再增长阶段持续时间较短,约6~10 d。根据围岩预留变形量建立各施工阶段的变形控制基准及超限应对处置措施,并提出工法优化,通过数值模拟验证该优化工法有利于支护结构及时封闭,可控制前期围岩变形,保证施工安全和进度。     

超小净距近接交叉隧道施工安全性研究

为保证超小净距近接交叉隧道施工安全,以盘道岭隧道交叉施工段为研究对象,提出交叉隧道施工优化支护方案。基于超前地质预报方法和围岩地质评级系统,提出交叉隧道节理岩体的地质强度指标(GSI)。采用Hoek-Brown强度准则峰后应变软化模型及数值计算方法,研究下行隧道施工过程中围岩位移场的变化特性。结果表明:数值计算得到的下行隧道拱顶变形量与现场实测结果相吻合;根据现场实测数据分析下行隧道拱顶下沉量和支护压力的相互作用关系可知,用优化支护方案能够保证交叉隧道施工的安全稳定性,数值计算能反映现场的实际情况。     

隧道施工中悬浮物分布和排出的探讨

目前国内隧道施工中,通风布置不合理的现象普遍存在,大多数施工隧道中风管送风口距工作面的距离超过施工规范的要求。本文对这种情况下隧道内的悬浮物分布进行了观测,为隧道通风效果评价提供依据. 施工隧道为双线电气化隧道,全断面开挖,开挖高度约10.5m,宽度约10.6m。钻眼、装药、运碴各工序约16小时循环一次。燧道出口段掘进长度为1250m,进口段掘进长度为1050m,均采用压入式通风,由隧道外引风入洞。进风管铺设长度为870m,距掘进工作面180m;送风管位于衬砌工作台之后,铺设长度为1000m,距掘进工作面250m,随着衬砌台向洞内深处移动。由于     

Y型通风沿空留巷巷道围岩活动规律研究

为掌握沿空留巷围岩活动规律,以谢桥矿12418工作面轨道顺槽为工程背景,采用多点位移计及钻孔窥视仪等设备进行实测研究,并结合数值模拟对其进行分析.结果表明:沿空留巷巷道表面围岩变形具有典型的近场效应,留巷前距工作面60 m以外的巷道基本无表面位移,随工作面的推进,巷道表面位移逐渐增大,距工作面10～15m范围内,表面位移变化速率显著增加,留巷后巷道表面位移与留巷前变形趋势类似,但表面位移量较留巷前有明显增加;从顶板钻孔窥视结果可以看出,留巷前仅在孔深2 m处发育单一离层裂隙,留巷后在孔深1.2m、2.4 m、3.8m和5.3m处发育多层离层裂隙,且随滞后工作面距离增加裂隙逐渐增大;尾巷充填体应力在充填材料固结后逐渐升高,并一直维持较高应力状态,因此,巷旁充填体既要确保有一定的强度和刚度,又要有一定的适应变形能力.     

长大隧道突发性地质灾害预警信息系统研究

针对国内外长大隧道施工过程中频繁遇到的突发性地质灾害(涌水、突泥,以下同)对工程造成重大损失和人员伤亡,调研国内外长大隧道突发性地质灾害发生现状和危害,首次提出隧道突发性地质灾害预测预报方法为灾害发生前兆的现象预报法和S-t曲线变化趋势判断法;并对主要风险源水压和水量、水质、初期支护内力及围岩位移进行监控,给出相应的预警标准。笔者研究并开发了隧道灾害预警系统,在浏阳河隧道过河段现场使用;结果表明,该系统能较好地适应隧道复杂环境,稳定性好,能对采集到的数据分析判别,对长大隧道安全施工具有一定的指导意义。     

隧道掘进爆破振动对围岩影响的HHT分析

为了探究隧道掘进爆破振动信号在围岩等级改变处的传播衰减特性,以新建铁路北京至沈阳客运专线（辽宁段）TJ-1标三棱山隧道为工程背景,采用理论分析与现场试验相结合的方法,基于TC-4850监测试验数据,对爆破质点振速时程曲线进行EMD分解和Hilbert变换。依据测点3个方向的边际谱和瞬时能量谱,分析爆破振动能量在时域和频域的分布规律,进而可以得出各频带的能量百分比以及总能量与距离的关系曲线。通过分析地震波信号沿隧道围岩传播衰减性质可以得出:爆破振动能量在频域上分布具有各向异性,而且在垂直方向上具有数量比例高、所占频带低的特点;隧道掘进爆破振动总能量在围岩等级改变处出现“断崖式”衰减,且在Ⅳ级围岩中相对衰减率更高,衰减更为迅速。     

小导管预支护作用机理与效果分析

小导管预支护是隧道施工中常用的一种超前支护技术。对小导管预支护加固机理和作用效应进行分析,通过建立预支护系统的串、并联模型,明确了小导管预支护各单元间的相互关系,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管预支护效果进行分析,通过比较不同工况对拱顶竖向位移的影响,表明小导管注浆预支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上发挥了重要作用。     

基于熵权物元可拓理论的隧道塌方风险评估

为了准确评价隧道塌方风险等级,降低隧道施工过程中塌方事故的风险,基于熵权物元可拓理论建立了隧道塌方风险分级的评估模型。在统计及综合分析隧道塌方影响因素的基础上,选取围岩级别、跨度、偏压角度、埋深、地下水影响、断层破碎带、施工管理与技术水平7个主要因素作为隧道塌方等级评价指标。借鉴可拓学原理,将熵权法引入可拓学理论中,建立了熵权物元可拓评估模型,对隧道塌方风险进行评估。在熵权物元可拓评估模型中,对定性的指标进行量化,并对各指标进行归一化处理,构建隧道塌方等级评估的经典域、节域和待评物元;为客观、合理地确定指标权重,提出用熵权法计算指标权重;对隧道塌方风险进行关联函数值和关联度分析,确定隧道塌方风险等级及其变量特征值。在工程应用中,对某隧道1#横洞的数据进行统计分析,通过构建的熵权物元可拓评估模型得到某隧道1#横洞的待评物元,从而应用熵权物元可拓理论对某隧道1#横洞进行隧道塌方风险评估,评估结果与实际开挖中毛开挖面围岩不稳定、且时有掉块现象发生的情况一致。研究表明,将熵权物元可拓理论应用于山岭隧道塌方风险评估是可行的,应用该模型得到的隧道塌方等级与实际开挖情况相吻合,很好地预测了隧道施工的安全状态。     

基于能量理论的煤与瓦斯突出机理探讨

为研究煤与瓦斯突出的力学机理和能量来源,根据理想气体状态方程,推导了采场围岩瓦斯突出过程中的瓦斯压力、瓦斯含量与对外做功的关系,基于弹塑性力学,阐明了岩体弹塑性状态转化前后应变能释放机理。研究结果表明:煤与瓦斯突出是瓦斯势能与煤岩体弹性能共同作用并转化为煤岩体动能的结果;瓦斯势能释放值与释放路径无关,而与瓦斯压力和瓦斯含量相关,与煤壁前方塑性区扩展规模相关;将其应用至1次特大型煤与瓦斯突出事故中,核算的突出煤量、瓦斯含量和煤体抛出速度基本吻合于实际结果;基于理论分析提出了煤与瓦斯突出的3项防治措施,一是通过钻孔卸压或瓦斯抽放减小瓦斯压力,二是增加极限平衡区距离或减小截深,三是避免高瓦斯巷道或工作面出现蝶形塑性破坏。     

基于AHP-CRITIC与TOPSIS的路基下穿高铁桥梁施工工法评价

针对赣南大道下穿赣深高铁桥梁近接桥墩段路基施工优化比选问题，提出了一种基于层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)-指标相关性权重确定法(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation, CRITIC)和逼近理想解排序法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution, TOPSIS)的多因子多方案综合评价方法。首先，基于结构变形、内力变化和经济指标构建了客观可量化的下穿工程综合评价指标体系；其次，基于各评价指标的价值差异问题，提出了AHP-CRITIC综合赋权法，利用最小鉴别信息原理将主、客观权重相结合，充分考虑了下穿工程评价中主观判断的重要作用及评价指标间信息量的对比强度和冲突性；最后，利用TOPSIS法求得多维空间中样本点到理想样本的正、负理想距离，通过计算相对贴进度对下穿施工工法进行定量排序。研究表明，该方法对下穿工程评价的影响因素复杂性和评价标准模糊性具有良好的处理效果，为方案评估优化提供了一条有效途径。     

极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”发育规律研究*

为深入研究极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”的动态发育规律,采用理论推导、数值模拟和现场实测相结合的方法,分析袁店一矿824工作面覆岩“两带”的裂隙演化特征。结果表明:从岩层层向拉伸率角度,研究上覆岩层垮落带和导水裂隙带的垮落程度,考虑角度影响推导出岩层弯曲下沉边缘段变形前后的长度计算公式,根据覆岩的碎胀特征计算各岩层的最大下沉量,预测垮落带和裂隙带的范围分别为30.2~41.2 m和70.7~78.2 m;采用3DEC数值模拟分析该矿824工作面开挖后上覆岩层垮落的基本形态和裂隙分布规律,结合其应力、位移云图和监测线位移曲线的分布特征,得出垮落带和裂隙带的高度分别为32.50 m和77.25 m;采用分布式光纤应变监测系统,监测工作面前方80 m处上部顶板的受力情况,得出受采动影响的光纤应变呈起伏变化,且应变分布与地层岩性存在对应关系,得出垮落带高度约30.4 m,裂隙带高度约74.8 m,验证采用层向拉伸率和覆岩碎胀性2个方面来预测工作面覆岩“两带”高度的合理性,可为类似方面的研究与施工提供相应的技术依据。