松散地层隧道防坍塌控制技术研究

松散砂卵石地层围岩自稳时间极短,开挖后若不支护会立即坍塌,危及施工安全。根据地层特征曲线支护阻力与围岩位移的关系,若围岩自稳时间比支护施工时间短,支护结构要承受较大松散围岩压力,在这种地层中适时的支护时间已没有意义,必须采用合理的隧道防坍塌控制。施工中须根据砂卵石地层工程地质特征、隧道施工方案特点和周围环境的限制要求,合理选择支护措施,有效加固砂体,抑制围岩变形,以解决砂卵石隧道超前支护措施的选取、初期支护参数的优化、变形速率比值判别标准、衬砌结构施工力学行为、砂卵石地层围岩压力分布特征及洞室收敛变形的控制技术难题。研究成果可更好地保障砂卵石地层公路隧道的施工安全。     

TSP与超前钻探地质预报技术在齐岳山隧道施工中的应用

在岩溶地区隧道施工过程中，经常遇到溶洞、暗河、断层及突水、突泥等无法预料的地质灾害。为了保证岩溶地区隧道施工安全，对岩溶的发育情况进行准确及时的超前预报，并在隧道修建过程中采用辅助工法穿越众多不良地质段，是岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题。基于TSP203plus系统与超前钻孔探水的方法对齐岳山隧道右洞岩溶裂隙进行了预报并指导超前帷幕注浆堵水施工，收到了良好的生产效果，对今后的类似工程具有一定的指导意义。     

综合探测技术在公路隧道泥涌灾害治理中的应用

以常吉高速公路小劈流隧道泥涌灾害为例,在综合分析隧道的工程地质情况和泥涌灾害特点基础上,详细探讨了综合探测技术在泥涌灾害治理灾害发生后的探测不良地质灾害超前探测、以及灾害治理后效果检测与评估中的应用。采用TSP 203系统探测的结果与在灾害发生后的地表塌陷处和地面开裂处充电探测结果具有良好的一致性,进而可以准确的圈定泥涌灾害的规模与成因;在该类隧道不良地质体的超前探测中,结合工程地质资料,TSP 203可以较为准确的探测掌子面前方的破碎带、断层、软弱夹层;同时,采用地质雷达方法可以对泥涌灾害处理后的效果进行监测与评价。工程实践表明,综合探测技术手段对于探测不良地质灾害体,指导泥涌灾害预报,检测与评价地质灾害工程处置效果,以及指导隧道施工都具有重要的工程应用价值和现实意义。     

高速公路连拱隧道开挖三维稳定性分析

通过对金丽温高速公路湾连拱隧道工程区的地质特征的详细分析和现场调查,系统研究了湾隧道开挖及加固全过程的围岩应力场、变形场的状况及变化特征。结果表明,湾连拱隧道围岩应变率较高,围岩衬砌后的位移值比未衬砌时减小了50%,采用目前的衬砌类型后,衬砌变形将较大幅度地变小,衬砌应变值基本满足要求;虽然围岩拉应力值随着隧道的开挖逐渐变大,除局部位置外,衬砌整体基本满足抗拉的要求。     

断层破碎带内隧道施工围岩稳定性分析

西藏自治区拉萨-林芝高等级公路松多隧道穿越松多F1主断裂和F2断层破碎带,是拉林公路的控制性工程之一。受断裂破碎带影响,隧道围岩较为破碎,隧道涌水量较大,施工及运营过程中容易发生隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。基于该地区详细地质勘察资料,利用数值仿真模拟了松多隧道在开挖以及连续降雨情况下的隧道围岩变形破碎过程。研究结果表明:隧道开挖过程中硐腰处易发生垮塌事故,进而影响到整个隧道稳定性;连续降雨情况下导致破碎带岩土力学性质软化,从而进一步降低隧道安全。建议松多隧道在设计阶段加强地质勘察,施工过程进行地质超前预报与现场监测,确保施工安全。     

冻土隧道超前支护适应性及施工控制技术

为明确冻土隧道超前支护适应性,主要进行了冻土段超前小导管和管棚的加固效果研究。结果表明:超前管棚和超前小导管应用于高温多年冻土段时,热扰动产生融化圈,在注浆加固范围以外形成热融弱化区,影响其加固效果。根据融化圈的影响深度,双层超前小导管对围岩温度场的扰动是管棚的3～4.5倍。管棚施工中,采用自进式跟管钻进工艺,可有效防止热融塌孔,显著提高孔效率。     

岩溶位置及组合效应对隧道的地震响应分析∗

为研究岩溶地区隐伏溶洞对隧道结构的地震动响应特性,基于粘弹性人工边界理论,编写了等效荷载时程施加程序,计算并分析了隧道结构环向五种岩溶位置(0°~180°)及其八种位置组合效应对隧道结构地震响应特性的影响。结果表明：结构的节点加速度响应随其距围岩顶部距离的增大而增大。两个单独溶洞(90°、180°)作用与其组合效应相比,180°位置的溶洞对拱底的加速度响应具有一定的减弱作用。位置组合效应条件下,结构应力变化较大的范围为结构环向的 1/4;由于溶洞的相互作用,结构的应力包络图略小于两个单个溶洞作用下包络图的最外缘。无论单个溶洞还是位置组合效应下,结构应力受影响较大的范围均在拱肩及拱脚附近。研究结果对隧道结构设计、建设及监测具有指导意义。     

某地下洞室开挖围岩稳定性数值模拟分析

结合某电站的工程建设实际，在场区地勘资料分析的基础上，深入分析了工程区的地质力学环境条件，建立了能够反映工程区地貌、岩体结构和地应力环境条件的力学模型。以地应力实测结果为参照依据，采用线性有限元法反演分析了初始地应力场，采用非线性有限元方法模拟了地下厂房等主要洞室开挖施工与支护过程中的围岩应力和稳定性状况，论证了地下洞室开挖方案的可行性，揭示了大型地下洞室不同开挖阶段应力的集中部位和围岩的潜在破坏部位。     

基于流固耦合的坡度对TBM斜井围岩的影响研究

以内蒙古新街台格庙矿区的TBM斜井工程为背景,运用FLAC3D软件建立TBM斜井施工的三维模型,基于流固耦合理论,从孔隙水压力、应力及变形3个方面对TBM隧道和TBM斜井进行对比分析,并研究了坡度对TBM斜井围岩力学特性的影响。研究结果表明:流固耦合条件下,随着施工进度的发展,TBM斜井在拱腰和拱底处的应力和变形值要大于TBM隧道的值。坡度对富水条件下的TBM隧道围岩变形和应力的影响较明显,坡度越大,围岩越易失稳,拱腰处的应力、变形及孔隙水压力变化较大,大坡度TBM斜井施工应重点注意拱腰部位的支护及防排水。研究结果可为富水大坡度的TBM斜井工程设计施工提供理论参考。     

大跨度黄土隧道CRD法优化研究

针对大跨度隧道通常采用的交叉中壁(CRD)法的工法特点,以V级围岩条件下的某大跨度黄土隧道为研究对象,采用有限元数值模拟手段,对CRD工法中各个分部的开挖形状、开挖顺序以及支护形式进行了优化研究。研究结果表明,将传统CRD法的开挖顺序调整为CRD1-CRD3-CRD2-CRD4时,隧道各步位移及初期支护内力均较原CRD法要小;当采用直线型临时支护代替曲线型临时支护时,隧道初期支护内力会有一定幅度增大,但变化幅度小于10%。优化后的CRD法可以减少工序,加快大跨度黄土隧道的施工进度,提高经济效益。     

进尺对浅埋隧道掌子面稳定性及变形受力影响

基于强度折减有限元法分析不同进尺对隧道掌子面稳定性和破坏形态的影响,研究不同进尺下掌子面变形形态、拱顶沉降特性、地表沉降槽形状,并揭示不同进尺下掌子面前方、进尺开挖段、支护段的应力传递路径、拱效应特征及应力演化过程。结果表明:进尺对稳定性的影响呈现非线性特征,整体上随着进尺的增大,稳定安全系数降低,塑性分布范围增大,位移影响范围增大,且从掌子面附近逐渐扩展到开挖段,位移矢量角呈现非线性增大,即竖向位移所占比重增加。掌子面前方及进尺开挖段均存在拱效应,竖向拱效应大于横向拱效应,水平拱效应最弱,应加强掌子面底部围岩的稳定和已支护段的强度;根据竖向应力距掌子面距离的不同,可以将其分为三个区段:掌子面附近为应力降低区,即卸荷区;掌子面前方一段距离为应力升高区,即应力承载区;掌子面较远处,为原岩应力区。     

岩溶隧道突涌水预警体系的建立

为加强岩溶隧道突涌水预警的准确性,基于理论分析方法及岩溶隧道实际特点,提出溶洞侵入及未侵入隧道两类情况下的岩溶隧道突涌水预警体系的建立方法.通过理论分析,确定了突涌水的主要影响因素及其发生过程中变化显著的监测项目.选择溶洞特质、水的变化、岩盘破损程度、节理裂隙形态为预警体系的主要评价指标.根据溶洞与隧道相对位置关系,建...     

模糊聚类在不良地质洞段红外探水中的应用

在玉昆铁路柿花树隧道不良地质发育的洞段进行红外探水工作期间,常用的分析方法有时无法预判掌子面前方是否存在隐伏水体或含水构造。为了提高红外探水短距离预报的准确率,用模糊聚类法将掌子面测点场强的数据分类,根据开挖传递的地质信息,研究模糊聚类结果的变化规律、突水风险与岩体破碎程度之间的关系。实践证明,模糊聚类法和常用分析方法的结合,使红外探水取得了较好的预判效果。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

基于三铰拱突变模型的岩溶区嵌岩桩溶洞顶板稳定性分析∗

根据岩溶区嵌岩桩的工程特点,对现有的梁板结构进行优化,将岩溶区嵌岩桩溶洞顶板简化为边界是弹性支承的三铰拱模型;基于尖点突变理论导出了能量势函数和分叉集方程,建立岩溶区嵌岩桩尖点突变模型平衡曲面;根据岩溶区嵌岩桩溶洞顶板突变失稳的条件,提出岩溶区嵌岩桩极限承载力及溶洞顶板安全厚度的确定方法;从拱杆的线刚度与支承弹簧刚度比、溶洞顶板跨径及顶板厚度三个方面对溶洞顶板的稳定性进行参数分析,结果表明:溶洞顶板稳定性随拱杆的线刚度与支承弹簧刚度比的增加而降低;当溶洞顶板跨径小于4倍桩径时,溶洞顶板处于稳定状态;当顶板厚度大于2倍桩径时,溶洞顶板不易发生突变失稳。最后结合工程算例验证本文方法的可行性和合理性。     

刷方减重下隧道-滑坡平行体系变形演化试验研究

刷方减重工艺在大型复杂滑坡治理中发挥越来越重要的角色。通过室外模型试验,以加载诱发滑坡滑动变形,造成对隧道的破坏影响,以减载的方式模拟刷方减载工艺对隧道的受力变形影响进行研究。结果表明：（1）隧道-滑坡平行体系单滑面情况下滑坡推力在滑体内产生应力效应有一个时间传递变化的过程,即时间效应;（2）滑坡推力对隧道作用沿纵向变形差异大,初步的试验反映出拉压过渡段的位置与滑坡推力的大小相关,滑带位置附近的土体最先达到应力幅值,引起隧道的拉压变形过渡,距离滑带较远位置滑体逐渐达应力幅值过渡;（3）隧道横断面环向应力都是拱顶应力较拱底应力大;（4）隧道环向断面应力呈对称分布,隧道底部受压侧,顶部为受拉侧,底部应变量级小于拱顶,且隧道的变形是不可恢复的;（5）刷方减荷在不同工况下对抑制滑坡变形有不同程度的效用,使隧道应变减小,尤其是滑带附近效果更加显著,这都印证了刷方减重对隧道-滑坡治理的突出效果。     

水库堤坝渗漏的探地雷达探测研究

以甘肃省民乐山丹地震时受到一定破坏的李桥水库为对象,用探地雷达对水库大坝填土不密实引起的渗漏病害进行了探测研究。探测表明壤土心墙填土总体密实性差,松散、不均匀、裂隙较多,坝身长期渗漏已在部分区域形成洞穴。利用探地雷达技术对该水库东、西段坝顶下和坝后道路下心墙内的渗漏通道进行了诊断,进而提出了水库堤坝渗漏破坏经历3个发展时期及其对应的雷达图像特征。