考虑压力溶腔影响的岩溶隧道围岩稳定性分析

岩溶地区的富水压力溶腔常常对隧道施工安全造成不利影响。为研究岩溶溶腔对隧道施工过程围岩及支护受力的影响,依托某岩溶隧道,采用Flac3D有限元方法系统开展了不同工况的数值试验研究,主要考虑溶腔大小、溶腔位置及溶腔压力3因素影响,分析了不同工况下围岩受力变形、围岩应力及支护受力情况。结果表明:岩溶隧道溶腔会引起隧道施工过程围岩收敛变形和应力增大,溶腔大小、溶腔位置及溶腔压力均会对收敛变形和应力产生影响,溶腔越大、溶腔存在压力会造成靠近溶腔测点的收敛变形和应力值明显增加,溶腔位于拱顶时对隧道整体受力影响最大,溶腔位于边墙时对隧道影响次之,溶腔位于仰拱时对隧道影响最小;溶腔的存在会对初支受力造成不利影响,引起溶腔近侧初支应力重分布,建议加强溶腔施工段初支整体强度。     

释能降压工法在深埋岩溶富水隧道中的应用

云雾山隧道是宜万铁路八座一级风险隧道之一,岩溶发育强烈,溶洞、暗河、漏斗及岩溶洼地等 岩溶现象多见,施工风险极高。采用释能降压工法释放溶腔所存储的能量,降低水压力对隧道的稳定性 影响,大大减小了施工风险。针对云雾山隧道的特点,利用地质预报技术锁定溶腔边界,制定专项精确 爆破揭示方案,通过水量水压监测分析发现,溶腔介质的高压风险得到解除,达到了预期效果。     

盾构隧道下穿既有隧道施工影响的数值模拟

为了研究在盾构下穿对既有隧道结构以及地表产生的影响,以南大干线电力隧道下穿广州地 铁２号线工程为研究对象。基于ＡＢＡＱＵＳ有限元软件建立了隧道下穿地铁线路的三维模型,考虑在盾 构支护力以及注浆压力的影响下,探究了新建隧道施工对地表沉降以及既有地铁线路的位移、应力的影 响。结果表明:正交下穿施工过程中既有地铁线路位移主要以纵向沉降为主,对隧道管片轴向应力影响 较大;地表沉降槽并没有因既有结构的存在而发生变化,沉降曲线基本符合正态分布;随着支护应力以 及注浆的增大,既有线路的沉降量会减小,但是地表沉降量并不是单一递减。因此,在盾构施工过程中, 设置合理的掌子面支护力以及注浆压力是保证施工开挖以及既有线路安全的关键,要引起最够的重视。     

地质雷达在岩溶隧道施工中的应用

地质雷达作为一种无损探测技术,由于其探测剖面能较好的揭示地下浅表层岩土体的性质与结构,在隧道施工中广泛应用。已有文献中地质雷达多用于掌子面前方地质情况的探测,但对于隧道,特别是岩溶隧道底板下方的地质情况的清晰认识对指导施工及隧道在后期运营过程中的安全有着重要意义。以大村隧道为例,利用SIR-3000地质雷达对大村隧道出口段底板下的岩溶发育及分布情况进行探测分析,为隧道施工提供科学的地质依据。     

裂隙溶洞对隧道围岩稳定性的数值分析

为探究不同充水条件下裂隙溶洞对隧道开挖过程中围岩稳定性的影响,利用RFPA渗流版数值软件对不同裂隙溶洞充水条件下隧道开挖过程进行数值分析.研究表明:裂隙溶洞中水压的存在对围岩稳定性的影响显著,水压在3MPa以下时,随着水压的增大,隧道围岩破坏程度越大,破坏速度越快,渗流路径越复杂,发生的突水灾害越严重.水压的存在影响着隧道围岩破坏过程能量演化规律,当裂隙溶洞中存在低水压(0MPa、1MPa)时,围岩破坏释放的能量表现为平缓-激增-平缓-激增的演化规律.当裂隙溶洞存在高水压(3MPa)时,围岩破坏释放的能量表现为平缓-激增的演化规律.研究结果对岩溶地区隧道施工过程中突水、危石垮塌灾害防控具有指导意义.     

保山隧道暗河管道系统及其对隧道影响研究

大瑞铁路保山隧道地质条件复杂,工程区内发育多条暗河管道。为了查明岩溶水是否会对隧道开挖产生重大影响,通过区域水文地质条件分析,特别是对大宝盖向斜可溶岩层位以及暗河管道和隧道之间的关系分析,认为隧道避开了暗河管道岩溶突水的直接威胁,并对隧道内可能的岩溶突水部位进行了评价,为进一步论证隧道施工中可能出现的岩溶突水地质灾害提供了依据。     

岩溶对地铁隧道围岩稳定性影响的数值模拟

以深圳某区间地铁建设为例,运用岩土隧道分析有限元软件MIDAS/GTS对其围岩稳定性进行了三维数值模拟研究。探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸及溶洞与隧道间的净距等因素,对地铁盾构施工过程中围岩稳定性的影响。结果表明,上述因素对隧道周边围岩的安全系数、变形、土层塑性区分布、土层中主应力的分布及衬砌管片的弯矩分布等均有较大影响。研究成果已应用于实际工程的建设中,对其他岩溶地区地铁施工有参考价值。     

某市政道路高瓦斯隧道设计与施工

本文根据工程中遇到的高瓦斯隧道设计与施工实例,以某市政道路高瓦斯隧道为依托,从瓦斯隧道等级确定、瓦斯工区等级划分、衬砌结构、瓦斯排放、揭煤防突、通风设计、施工组织、电气设备与机械等方面,介绍了某高瓦斯隧道的勘察设计情况,为类似工程设计提供了思路。     

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明：隔水岩体最小安全厚度H_min与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_w、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_min影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_w,其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_min变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_min理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。     

岩质隧道围岩压力影响因素分析

采用经典理论公式法、解析计算和数值模拟分析3种途径详细分析了隧道埋深、初始地应力、跨度、侧压力系数、隧道断面形状及岩体物理力学参数对隧道围岩松动压力的影响规律。结果表明:当围岩处于弹性状态时,围岩松动压力与隧道埋深、初始地应力和岩体容重呈线性正比关系;围岩竖向松动应力与侧压力系数呈线性反比关系,而水平向应力与侧压力系数呈线性正比关系;隧道断面形状对围岩松动压力有一定影响;岩体变形模量、黏聚力、内摩擦角和泊松比对围岩松动压力的影响可以忽略。同时,分析了这些方法的不足之处。     

大理岩区喀斯特发育规律及其对隧洞施工的影响

结合辽宁省大伙房水库输水工程9 km下元古代可溶性大理岩洞段开挖的工程实践,对喀斯特发育条件、大理岩区喀斯特发育特征、分布规律及其对隧洞施工的影响、工程处理措施等进行了初步研究和探讨,以期指导施工并为类似工程提供借鉴。     

复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究

衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。     

基于结构安全的水工隧洞施工仿真系统研究

水工隧洞施工情况复杂,目前的施工仿真计算大多只考虑开挖而缺乏衬砌和灌浆因素,故没有体现隧洞完整的施工过程;施工动态仿真一般根据仿真结果采用预制动画的形式实现,其实现过程复杂,模型不易修改,隧洞施工过程中结构状况例如围岩稳定、锚杆等支护的安全难以直观地确定。考虑隧洞施工各个工序结合系统仿真的方法,调用开挖、衬砌及灌浆的CYCLONE模型得到更为准确的进度计划,基于BIM技术实现施工动态可视化。针对目前较少涉及隧洞结构安全与进度计划耦合仿真,提出基于映射概念与反馈技术的隧洞施工期结构安全仿真方法,基于二次开发技术与数据库技术,采用VB.NET+PYTHON语言编制了一套水工隧洞施工仿真系统,实现与工程施工进度相结合的结构安全判断,为工程师提供良好的数据支持。     

高压切割喷嘴冲击磨损的数值分析

以复用矿井含煤颗粒的水对高压切割喷嘴的磨损物理问题为研究对象,采用计算流体力学理论进行数值计算,分析讨论了质量浓度为10、15、20、25、30、40 mg/L条件下速度、剪应力、磨损的分布以及变化关系。计算、分析结果表明:磨损主要发生在出口部位和锥体的后半部份,入口部份和锥体前半部份磨损较小;入口部位、锥体部位磨损量、剪应力随质量浓度增加变化较小;出口部位磨损量在质量浓度为10～20 mg/L减小较快,超过20 mg/L后变化不大;出口部位流体速度、磨损量、剪应力与质量浓度间存在对应关系。煤粒入口速度与混合物速度相同、锥体部位煤粒流体速度低于锥体部位混合物速度(平均值)约79.4%;煤粒出口部位速度随质量浓度的增大而呈现先增加后减小的趋势,速度最大值发生在浓度20 mg/L。     

岩溶隧道涌突水形成机制及岩壁安全厚度研究

为了分析岩溶隧道涌突水形成机制,探讨防涌突水形成所需的最小岩壁安全厚度,基于莫尔-库伦判据探讨了爆破振动对围岩稳定性的影响,以振动加速度为指标推导了损伤区的分布范围;基于断裂力学理论分析了水力劈裂的启动判据,结合强度准则推导了裂隙带的分布范围;同时考虑施工爆破振动作用和高压水力劈裂作用,进一步分析了启动水力劈裂的条件;基于力学理论分析了隧道岩溶段施工过程中涌突水的形成机制,并提出防涌突水所需岩壁最小安全厚度的理论模型和计算公式。研究结果表明:防涌突水所需涌突水岩壁最小安全厚度由爆破严重损伤区、溶洞周边裂隙区、裂隙扩展区、潜在危险区四部分组成,案例的理论计算值与现场实际安全岩壁厚度值接近。研究成果可为中坝等隧道的安全施工提供依据。     

杨房沟水电站导流隧洞施工安全监测

杨房沟水电站两条导流隧洞均布置在右岸,上游洞段为变质粉砂岩夹炭质板岩,下游洞段为花岗闪长岩。变质粉砂岩洞段围岩稳定性较差,对施工围岩安全有较大影响。为了保证开挖、支护施工的进度与安全,在导流隧洞及进出口边坡设立了围岩受力及变形监测系统。系统的实际运行表明,监测成果在隧洞开挖及支护施工中起到了重要作用,根据监测成果调整的施工方案确保了施工的顺利进行,保证了工期。对监测系统的方案设计、运行、调整以及资料分析、所发挥的作用进行了介绍,以期为类似工程监测提供参考。     

基于极差分析法的引水隧洞施工工期多因素灵敏度分析

本文采用极差分析法,分两个阶段对引水隧洞钻爆法施工工期进行了多因素灵敏度分析:第一阶段进行考虑地质因素的对工序工期对总工期影响,判断地质因素对总工期的影响程度,确定对总工期影响较大的关键施工工序;第二阶段进行施工参数对工序工期影响的灵敏度分析,确定对工序工期影响较大的关键施工参数。将该方法应用于某引水隧洞钻爆法施工工程,结果表明:基于极差分析法的多因素灵敏度分析可以有效识别对工期影响显著的施工工序与施工参数,为施工组织计划的合理安排提供科学依据。     

锦屏二级水电站引水隧洞岩溶段处理措施及施工

锦屏二级水电站3,4号引水隧洞部分洞段岩溶发育,其中,在3号隧洞底板开挖过程中,揭露出一大型溶洞。为保证引水洞运行安全须对岩溶进行处理。在对开挖揭露出的大型岩溶腔特点进行分析的基础上,采取了较新颖的混凝土回填+拱桥的加固处理形式以及井桩梁施工,其中,在隧洞中进行井桩梁施工亦是首次尝试。详细介绍了施工过程和处理方法,其经验可资借鉴。     

大断面水工隧洞下穿既有公路隧道沉降影响分析

针对某大断面水工隧洞下穿双线公路隧道工程,采用理论解方法,综合考虑大断面水工隧洞开挖引起的土层位移影响,提出了一种计算水工隧洞下穿引起上部既有公路隧道沉降位移值的计算方法。结合有限元模拟和实测数据对理论计算方法进行了可靠性验证,分析了既有双线公路隧道沉降影响范围大小及沉降位移规律。研究结果表明:三种方法所得公路隧道沉降曲线相互吻合,近似呈现正态分布,最大沉降值均位于分洪隧洞下穿轴线处;穿越引起的公路隧道下沉区域主要分布在穿越中心点两侧各23 m的范围,而在下沉区域外隧道出现局部的上浮变形;公路隧道总体沉降变形较小,结构稳定安全。