陡倾裂隙发育岩层深大竖井突涌水量预测及防控

为实现对裂隙发育岩层深大竖井突涌水情况的有效防控,统计高黎贡山隧道1号竖井富水花岗岩地层节理裂隙的发育特征,基于现场突涌水情况,采用数值模拟对不同裂隙发育情况下竖井开挖突涌水量预测分析,并探讨注浆堵水的合理参数,提出1种基于节理裂隙岩层竖井数值模型的竖井突涌水量预测分析方法。研究结果表明:竖井涌水量预测分析结果较符合现场情况;在节理裂隙交汇处水压较高,涌水速度激增,且随着节理裂隙密度的增加,涌水量逐步增大,裂隙密度为2条/m时最大涌水量已达337.0 m^(3)/h,已远超现场最大抽排水能力;增加注浆圈厚度或降低渗透系数可控制涌水量,根据依托工程,提出相应堵水参数的控制标准。研究结果可为陡倾裂隙发育岩层竖井开挖突涌水量预测及防控提供参考依据。

顶部导洞法TBM卡机脱困技术研究与应用

研究目的:TBM已在我国地下工程建设领域中得到广泛应用,但对于复杂地质条件,TBM卡机问题仍十分突出,施工中曾多次遭遇连续卡机、长期卡机、突水涌泥、设备报废、工法改变等不同程度的困难,不但造成工期延误,还使工程建设成本大幅度增加,因此研究复杂地质条件下TBM卡机防控技术以及TBM卡机后的安全快速脱困技术十分必要。高黎贡山隧道全长34538 m,进口采用钻爆法施工,出口采用TBM法施工。TBM施工中,一般地质条件下掘进比较顺利,但遇到断层破碎带、岩性接触带、节理密集带、风化蚀变带、软岩挤压带等复杂地质条件时,仍发生了19次卡机事故,其中正洞8次、平导11次,严重影响TBM的正常掘进,特别是严重卡机时,常规的脱困方法难以奏效,需要研究安全有效的脱困技术,从而保证TBM的正常掘进。研究结论:(1)顶部导洞法是处理TBM卡机的一种有效脱困方法;(2)采用顶部导洞法处理TBM卡机时,导洞净空宽度宜为120 cm、净空高度宜为130 cm,管棚工作间宜在拱部120°范围内设置,管棚直径宜为76 mm,环向间距40 cm,仰角1°~3°,长度宜一次穿越隧道前方破碎带;(3)本研究成果可在类似隧道TBM施工中推广应用。

高黎贡山隧道TBM掘进卡机段TSP法物性参数响应特征分析

高黎贡山隧道工程地质条件复杂,断层破碎带、节理密集带等不良地质易造成TBM卡机事故。为有效避免TBM卡机事故的发生,以TBM穿越高黎贡山隧道燕山期花岗岩地层为背景,提取卡机段采用TSP法(tunnel seismic prediction)获取的围岩力学参数,通过分析TSP参数的相关性以及对比分析卡机段和正常掘进Ⅴ级围岩段的TSP参数,获取TSP参数与围岩的相关性及卡机段TSP参数的波动规律。研究结果表明:(1)随着泊松比的增大,卡机段的围岩纵波速度呈下降趋势,岩体的静态弹性模量总体呈现降低的趋势;(2)对比正常掘进Ⅴ级围岩段,卡机段TSP法获取的围岩纵波速度、静态弹性模量、波阻抗均有不同程度的下降,而泊松比则有增大的趋势。通过层次分析法理论,对围岩纵波速度、泊松比、静态弹性模量和波阻抗进行定量分析,一定程度上可作为TBM掘进过程中卡机判别的依据。

城际铁路暗挖隧道下穿高压输电钢管杆施工技术研究

长株潭城际铁路湘江隧道滨江新城—市政府区间下穿110 kV高压输电钢管杆,地层软硬不均,施工风险高。本文针对工程具体条件,提出了地层超前帷幕注浆加固和掌子面玻璃纤维锚杆预加固措施,采用液压破碎锤开挖方式,通过施工过程的有效控制,将隧道施工引起的地表沉降和高压输电钢管杆沉降与倾斜控制在容许范围内,施工效果良好,可为类似下穿高敏感结构物施工提供参考。

复杂地质铁路隧道敞开式TBM施工挑战及思考

为降低复杂地质条件下敞开式TBM施工极易发生的工期延误、成本大幅增加、环保事故等风险,以高黎贡山隧道敞开式TBM施工为背景,结合铁路隧道定额体系和规范标准,针对施工过程中遭遇的卡机、初期支护背后脱空、开挖断面不足、隧道清渣排水困难、弃渣松散系数选择不准、掘进指标不合理以及污水处理能力不足等影响较大的问题,从地质、设计和施工方面进行分析思考,提出以下建议:(1)完善TBM法隧道地质勘察具体要求,明确地质特性,提高TBM设备设计针对性;(2)结合TBM施工特点,优化围岩分级修正项,设置合理预留变形量、增强隧道断面尺寸、支护参数的适应性;(3)弃渣松散系数合理范围为1.5~1.9,复杂地质隧道敞开式TBM施工进度指标结合高黎贡山隧道的TBM利用率14.66%考虑;(4)污水处理综合考虑多种因素,保护生态环境;(5)规范标准与定额体系相结合,及时调整完善,提高概算与进度、成本的匹配性。

亚洲铁路第一长隧——大瑞铁路高黎贡山隧道

1工程意义 大瑞铁路是我国《中长期铁路网规划》中完善路网布局和国家实施西部大开发战略的重要举措,是一条贯通滇西,走向南亚、东南亚的战略之路;更是一条事关国家“一带一路”战略、重塑南方古丝绸之路,促进滇西地区跨越发展的交通大动脉。

基坑开挖工程支护桩变位的有限元模拟

基坑开挖之前对基坑采取桩支护。文章应用有限元理论,对基坑开挖引起的桩体变位进行预计,为采取相应的工程控制措施提供理论支持。

基坑工程开挖引起的地表移动与变形预计

基坑开挖会引起地表移动,进而影响周边建筑的安全。文章应用随机介质理论,对基坑开挖引起的地表移动进行预计,为采取相应的工程控制措施提供理论支持。

高黎贡山隧道1~#竖井(副井)突水淹井封堵施工技术

为解决高黎贡山隧道1#竖井(副井)掘砌时发生的高压突水淹井难题,根据地层特点和施工情况,分析突涌水原因;类比其他行业深井淹井突水口封堵施工经验,提出水下混凝土直接封堵、静水压抛碴注浆封堵和改性水泥浆止水垫与注浆碎石堵水层相结合封堵3种方案并进行比选,选用在静水压状态下采用改性水泥浆止水垫与注浆碎石堵水层相结合封堵的方案,介绍其施工控制技术,并通过抽排水施工对封堵效果进行验证。结果表明:1)改性水泥浆止水垫与注浆碎石堵水层相结合封堵方案中采取的改性水泥止浆垫参数设计、构筑止浆垫施工工艺、改性水泥浆的配比等施工技术能够满足深大竖井突水口封堵施工要求; 2)深水承压摄像头能够对施工过程进行有效监控,实施控制性排水能够准确检验封堵效果; 3) 50 m厚改性水泥浆止水层能够达到封堵突水口的预期目的,完成后经抽水验证可知突水口封水率达99%,封堵效果较好。

酸性溶液对花岗岩力学特性及微观结构的影响

为探究酸性溶液作用下花岗岩力学特性损伤机制,在pH值分别为7、5、3的化学溶液中对花岗岩试件进行72 d饱和处理,然后对饱和试件和自然干燥试件进行三轴压缩试验、核磁共振试验、电镜扫描试验(scanning electron microscope, SEM)及X射线衍射试验,并对比分析不同化学溶液作用下花岗岩试件三轴抗压强度损伤、变形特征及力学参数的变化规律。试验结果表明:1)花岗岩试件的三轴抗压强度、弹性模量及黏聚力随酸性溶液pH值降低而减小,泊松比随着pH值的降低而增大;2)在酸性溶液的腐蚀作用下,试件内斜长石及方解石等矿物成分的消耗导致试件内部结构疏松程度增加,强酸作用下伴有微裂隙产生;3)与自然干燥状态下的试件相比,在围压20 MPa的条件下经pH=3的酸性溶液酸化处理后的试件,其偏应力峰值强度降幅达39.94%;4)花岗岩在酸性溶液作用下,部分矿物溶解、迁出,使得孔隙结构不断劣化产生大量次生孔隙,且酸性溶液pH值越低,中、大孔隙占比越高。

大瑞铁路高黎贡山隧道BIM施工应用研究

针对铁路隧道BIM技术施工应用现状,为深入研究铁路隧道在施工进度、安全、质量等方面的BIM应用,以大瑞铁路高黎贡山隧道为例,综合运用BIM、物联网等技术手段,研发项目BIM施工管理平台。基于此平台深入开展进度动态管控、多维算量、风险管控、质量监控等BIM应用研究。结果表明:1)进度管理及工程量多算对比的BIM应用实现了隧道进度信息的查看、分析及预警,解决了传统算量不精准的难题;2)风险管控BIM应用形象生动展示了隧道围岩稳定状态、不良地质风险点及特征、隧道内人员数量及分布情况,确保了人员安全,降低了隧道施工风险;3)采用BIM+三维激光扫描、TBM掘进参数控制等方法,在隧道施工过程中控制施工质量,并标识问题标签,最后形成高黎贡山隧道安全质量问题库,实现了安全质量问题可追溯。

酸性溶液作用下砂岩损伤时效特性机制分析

为探究酸性溶液作用下砂岩损伤时效特征,以高黎贡山隧道岩溶段砂岩为试验研究对象,借助扫描电镜和XRD衍射试验分析酸性溶液对砂岩宏观形貌、缺陷形态、孔隙结构、矿物组成成分以及孔隙率的改造作用,在不同浸泡时间节点对不同溶液中砂岩试件的质量、尺寸及三轴抗压强度等进行测量。试验结果表明:1)溶液pH越低,同一时间节点内试件的孔隙率、质量和尺寸相对变化越大,且在各溶液中初期变化速率达到最快,后期均呈平稳趋势;2)在围压20 MPa条件下,与pH=7的溶液中49 d的岩样相比,pH=1的溶液中试件的三轴峰值抗压强度累计降低20.98%,其下降速率随时间推移而减缓,黏聚力与内摩擦角均随时间增加呈下降趋势,且黏聚力对酸性溶液的敏感程度高于内摩擦角;3)在酸性溶液侵蚀作用下,试件内长石与方解石等组成成分大量消耗致使试件微观结构改变,且随着溶液pH值降低,试样孔隙间距增大,胶结物消耗加剧,溶蚀孔洞及微裂隙发育较好。

高压富水深竖井工作面预注浆关键技术参数研究及应用

高黎贡山隧道竖井施工中,超前地质探孔单孔最大涌水量为126.9 m^(3)/h,对工作面采用预注浆技术进行注浆加固和堵水处理,其中主井工作面预注浆实施12个循环,副井工作面预注浆实施11个循环。应用结果表明:(1)采用工作面预注浆法可以有效解决高压富水深竖井注浆加固及堵水技术难题,能够保证竖井安全正常施工;(2)采用10 m^(3)/h作为竖井正常施工涌水量控制基准值是合适的,当工作面涌水量≥10 m^(3)/h时应采取注浆堵水措施;(3)竖井开挖前超前探孔单孔涌水量宜采用1.4 L/(min·m)作为控制基准值。当超前探孔循环长度为60 m时,基准值为5.0 m^(3)/h;(4)竖井工作面预注浆施工,检查孔涌水量宜采用1.0 L/(min·m)作为控制基准值。当注浆循环长度为60 m时,基准值为3.6 m^(3)/h;(5)综合检查孔涌水量、注浆堵水率、竖井开挖时涌水量,以及综合成井效率等因素,竖井工作面预注浆时宜采用60 m作为一个循环注浆段落长度。

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。

极端复杂地质TBM法深埋长大隧道施工关键技术及应用

深埋长大隧道修建是推进我国"交通强国战略"和"水资源高效利用"的重大举措,众多交通隧道使得交通运输由"盘山越岭"变为"穿山越岭",多座引水隧洞使得多地欠缺水资源的生态环境发生了明显改善,岩石隧道掘进机(TBM)工法发挥了重要作用.然而,软弱破碎、挤压性、极硬岩地层等复杂地质,严重影响TBM效用发挥、制约超长隧道修建,TBM如何安全高效穿越长距离超大埋深软弱破碎、极硬岩地层是亟待解决的世界难题.