富水裂隙围岩隧道涌水量计算方法与规律分析

富水裂隙区隧道涌水量预测精度较差,涌水问题尚未得到较好的解决。针对此问题,视裂隙围岩及注浆区为非均质各向异性介质,初期支护及二次支护结构为均质各向同性介质,构建了裂隙围岩下隧道涌水简化计算模型,基于地下水力学理论及流体质量守恒定律推导了富水裂隙区隧道涌水量计算公式。通过退化分析及案例工程现场实测数据验证了构建富水裂隙区隧道涌水简化计算模型的合理性及涌水量计算式求解的正确性,最后基于解析解揭示了各特征参数对富水裂隙区隧道涌水的影响规律,探讨了富水裂隙区隧道涌水机制。结果表明:理论计算值与现场实测值最大相对误差为8.1%,验证了构建模型的合理性及公式推导的正确性;隧道涌水量随裂隙最大宽度的增加而增大,受堵水结构的联合制约,两者近似呈线性关系;注浆区厚度与隧道半径比值在2倍以内时,隧道涌水量受注浆区厚度的影响显著;富水裂隙区隧道涌水受裂隙分布规律及支护结构的制约,应重视对裂隙分布的调查。

隧道富水断层破碎带突涌预报与工程对策研究

为解决高原隧道断层破碎带易发突泥冒顶灾害的问题,采用现场调查、地面物探、洞内地震波反射法、瞬变电磁法、超前钻孔等超前地质预报方法,推广洞内物探三维分析,对富水断层破碎带突泥灾害特征、超前地质预报综合成果和工程应对加固措施进行研究。结果表明:三维物探成果能快速精准查明富水破碎带空间形态,成果直观,有效指导风险判识和工程处置措施;对富水断层带预报应充分结合勘察期成果,宏观初判断层分布特性,洞内采用物钻结合、长短结合的方法;首次提出按照“探明破碎带规模形态,查明破碎带物质组分性状,观测地下水特征变化情况”的思路,研判突泥涌水风险;施工处置应按照“探泄结合,先固后进,回堵再泄”的总体原则有序开展。研究成果和手段可为类似突涌灾害超前地质预报和工程应对措施提供参考。

软弱富水地层超大直径盾构下穿长江堤防变形分析

软弱富水地层上长江堤防变形受浅埋超大直径盾构隧道施工扰动影响大。以盾构开挖直径为15.07 m的某双线隧道工程为背景,基于现场监测资料,研究盾构过堤时无为长江堤防沉降的时空演化规律,并对掘进参数与堤防加固措施的合理性进行分析。研究结果表明,压密注浆加固处理可有效减小堤防地表沉降幅度。右线隧道过堤时,中轴线上方堤防沉降变形总体随着盾尾离开天数的增加而增大,最大沉降位于堤前段,为20.37 mm,远离中轴线部位普遍产生轻微隆起。左线隧道下穿堤防后,堤防竖直变形整体呈“左线堤前段与堤后段隆起、堤坝段沉降,右线整体沉降,幅度从堤前段往堤后段沉减小”的分布规律。盾构下穿长江堤防时,切口压力、推力、扭矩等掘进参数的调整受堤坝超载效应影响。

基于SVM的富水岩溶区双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离研究

双线盾构隧道在极复杂的岩溶地质中下穿既有线施工时,会对地层造成较大扰动,从而增加既有地表沉降过大或坍塌的风险,严重威胁既有线的运营安全。同时,隧道穿越富水岩溶区域时,需要保持一定距离以避免与溶洞相交,确保双线盾构隧道围岩的稳定性。利用FlAC^(3D)软件建立不同工况组合下双线盾构隧道与左侧溶洞的临界安全距离数值模型,分析不同地下水位对既有线沉降和围岩塑性区范围的影响,并采用正交试验和多元线性回归方法建立双线盾构隧道在不同围岩等级、地下水埋深、开挖隧道埋深和溶洞孔径组合下与溶洞的临界安全距离计算公式。此外,还基于SVM模型对正交试验结果进行机器学习,得到可以预测岩溶地区双线盾构隧道临界安全距离的智能预测系统,实现双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离的非线性智能预测。结果表明:当地下水位位于既有线以上时,其水位越高,既有线的沉降量越大、围岩塑性区范围越大,地下水对盾构隧道与溶洞的临界安全距离有很大影响,应用SVM模型和多元线性回归方法确定双线盾构隧道与溶洞之间的临界安全距离是行之有效的。

巴拉素井田煤层富水性分区及水量预测

针对陕北侏罗纪煤田榆横北区内巴拉素煤矿2号煤层水的特殊赋存运移形式,通过理论分析、计算预测、模拟实验等方法,对其水资源量、富水性分区及矿井涌水量进行研究,探索了研究区内2号煤层水特征;根据影响富水煤层的煤层厚度、煤心采取率、煤层孔隙度、煤层顶板含水层厚度及底板隔水层厚度5项主控指标,结合ArcGIS软件和层次分析法(AHP)对研究区2号煤层进行富水性预测分区,并对不同工况条件的井下掘进(含井筒、巷道)、回采工作面涌水量进行预测。结果表明:估算的研究区2号煤层水静储量约0.665亿m^(3),动态补给水量约362m^(3)/h,煤层水整体呈衰减趋势;2号煤层富水性分为相对强、较强、中等、较弱和弱5类富水区。

富水砂层地铁盾构区间机械法联络通道施工影响

[目的]目前,富水砂层地铁盾构区间机械法联络通道施工对正线隧道及周围土体影响的研究较少,因此有必要对类似工程进行分析。[方法]以某富水砂层地铁盾构区间机械法联络通道施工项目为例,采用ABAQUS有限元软件建立数值模型,对富水砂层中机械法联络通道施工的全过程进行模拟分析,研究机械法联络通道施工对正线隧道及周围土体的影响;将数值计算结果与实际工程监测数据进行对比,验证所提数值模型的可靠性。[结果及结论]由机械法联络通道施工引起的沿正线隧道纵向和联络通道纵向的地面沉降曲线均呈U形,地面最大沉降值为4.60 mm;机械法联络通道施工对正线隧道的变形影响,以竖向变形和沿正线隧道横向的水平变形为主,正线隧道竖向变形最大值为1.08 mm,水平变形最大值为1.28 mm;施工过程中,正线隧道的最大应力会随着联络通道洞门的破除而突然增大,施工完成时,正线隧道的最大应力值为52.54 MPa。实际监测数据表明,拟合后的地面沉降监测数据与数值计算结果的变化趋势一致,验证了数值计算的可靠性。

富水岩溶地区隧道涌水预测与施工处置技术研究

针对贵州某隧道施工过程中遭遇一处连通地下暗河的大型溶洞引起隧道内大规模涌水的灾害进行研究,结合水文地质情况对涌水量进行预测和分析后,现场先对岩溶水进行初步释压,后采用水泥砂浆分步回填隧道上伏溶腔以封堵岩溶出水口;进一步采用集水管引排岩溶水的方式对剩余地下水进行二次加强处理,同时将集水管与隧道外侧的泄水洞相连,二者构成一套完整的引排水系统的处治手段。采用堵排相结合的原则有效地达到涌水处置目的,确保了隧道的安全施工,可为类似地层的隧道施工提供有益的借鉴。

富水砂层地铁盾构隧道渣土混合改良的流塑性与渗透性

[目的]盾构在富水砂层中掘进时,易产生刀盘扭矩过高、磨损严重以及螺旋运输机喷涌等问题。为了保证施工的安全性,需对渣土进行改良。[方法]以西安地铁16号线某盾构区间工程为依托,根据砂土地层自稳性差、摩擦性高、渗透率高的特点选取渣土改良剂。通过渣土坍落度试验、渗透试验、现场试验相结合的方式,采用泡沫单独改良、泡沫及膨润土泥浆混合改良两种方案开展富水砂层渣土改良试验研究。[结果及结论]实际盾构掘进施工中,在考虑安全、高效、经济的前提下,结合室内试验所得数据,确定采用膨润土泥浆、泡沫混合改良的方案。当膨润土与水质量比为1/8,发泡液质量分数为3%时,改良剂性能满足施工要求;泡沫单独改良渣土受含水率影响大,含水率越高,泡沫最佳注入率越小。中砂的最佳改良方案是BIR(膨润土泥浆注入比)为10%,FIR(泡沫注入率)为20%~25%;砾砂的最佳改良方案是BIR为10%,FIR为35%~40%。工程实践表明,渣土混合改良效果良好,盾构掘进参数平稳。

富水砂层中盾构始发穿越既有地铁线路的结构稳定性研究

[目的]富水砂层地质条件下,新建地铁线路盾构始发穿越既有地铁线路时,对既有地铁线路结构稳定性的研究较为鲜见,需总结类似工程的相关规律。[方法]以新建的郑州地铁7号线黄河迎宾馆站—英才街站区间盾构始发穿越既有地铁2号线结构工程为依托,根据实际工况采用有限元软件MIDAS GTS NX建立了施工区间的三维数值模型,并利用软件的结果提取功能得到了该工程对应模型的模拟结果。选取现场2个监测点位,将2个测点的现场实测值与模拟计算值进行对比,证实了该模型的准确性。在此基础上,进一步研究了盾构始发穿越、一般下穿施工两种穿越方式下对既有地铁线路结构稳定性的影响,以及始发洞门与既有地铁结构间竖向距离d的4个取值对既有地铁线路结构稳定性的影响。[结果及结论]所建三维模型在一定程度上可反映实际工况。在既有地铁线路结构、材料、加固方式等因素均不变的情况下,既有地铁线路结构的稳定性因穿越方式的不同而有所差异,与一般下穿施工相比,采用盾构始发下穿方式时对既有地铁线路结构的影响较小。采用盾构始发下穿方式时,d的取值不同,对既有地铁线路结构稳定性的影响有较大差异。d=2.00 m对既有地铁线路结构的影响较小,工程成本也较小。建议在工程条件允许下采用盾构始发下穿方式,且推荐d值取2.00 m。

富水砂卵石层盾构施工影响因素及敏感性分析

砂卵石地层具有渗透性强、孔隙率大、自稳性差和受扰反应大等特点,若盾构施工参数控制不当则会发生掌子面失稳、坍塌和涌水等安全事故。确定富水砂卵石层盾构掘进引起地表沉降和管片隧道变形的影响因素,对于安全施工具有重要的指导意义。本文以洛阳地铁区间盾构穿越洛河富水砂卵石地层为工程背景,基于流固耦合理论,运用ABAQUS软件构建盾构掘进的三维有限元模型,数值模拟和现场实测的地表沉降数据基本吻合,验证了模型的准确性。采用单因素分析法研究了盾构掘进压力、同步注浆压力和等代层厚度等3个参数对地表沉降与管片变形的影响规律,研究结果表明:增大盾构掘进压力和同步注浆压力,减小等代层厚度,均能减小地表和隧道的拱顶沉降;而增大盾构掘进压力,减小同步注浆压力和等代层厚度,可减小隧道拱腰的水平变形。采用正交试验方法确定了3个影响因素对地表沉降和管片拱顶沉降两个指标的敏感性,从大到小排序均为:同步注浆压力、盾构掘进压力和等代层厚度。

下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工技术研究及应用

下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工技术包括技术原理、实施思路和具体施工步骤,其由密布群桩富水砂层水平引孔、富水砂层水平引孔砂土流失控制、常规水平MJS注浆加固3个环节组成。技术采用引孔机钻杆+外套管进行水平引孔,实现立柱桩和高强度管桩的穿越,以及富水砂层中的长距离成孔,引孔过程中通过双液注浆对注浆线路进行一次加固,同时利用洞口安装的法兰盘+止回阀来进行砂土流失控制,减少引孔对地下构筑物和周边环境的影响,引孔完成后,进行常规MJS注浆加固,达到预加固目标,并形成具体的下穿地下构筑物群桩富水砂层盾构通道MJS预加固施工步骤指导施工,大幅减少对地下构筑物和周边环境的影响,减少泥浆浪费,提高施工效率,经济社会效益较好,具有较好的推广应用价值。

基于富水软弱地质下旋挖钻跟进式护筒成孔技术研究

在富水软弱地质旋挖钻孔灌注桩的施工过程中,流塑状淤泥质土易造成桩基缩径、夹层、断桩等质量问题,施工质量难以保证。为确保桩基成孔质量,以庆盛枢纽区块综合开发项目东涌大道桥梁工程为例,在传统旋挖钻进的前提下,安装跟进式钢护筒形成钢性围护层,有效解决传统旋挖钻孔灌注桩弊端,达到施工周期短、桩身质量可靠,施工效率高等效果,为粤港澳大湾区富水软弱地层施工提供了一种全新的方式。

地下掘进巷道富水破碎围岩锚杆支护参数优化

针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计的支护方案,利用FLAC3D数值模拟软件模拟计算,通过模拟结果对比分析巷道围岩的稳定性。结果表明:锚杆长度主要影响巷道围岩变形量,锚杆间排距主要影响是巷道围岩破坏情况;最优支护方案为锚杆直径40 mm、长度1.8 m、间排距0.9 m×0.9 m,可减少巷道围岩位移量70.77%、塑性区体积63.91%、垂直应力12.96%,有效控制巷道围岩稳定性,为矿山安全生产提供保证。研究结果可为富水破碎区围岩巷道支护设计和地压治理提供参考。

富水砂层深基坑施工诱发邻近建筑物变形研究

依托南通市环西文化广场站项目,在围护结构施工阶段、基坑降水阶段、基坑开挖阶段采取一系列措施,减少深基坑施工对周边重要建(构)筑物的影响,项目影响电视塔的工程全部施工完成后,电视塔倾斜和沉降均在规范允许范围内。

富水砂层土压平衡盾构渣土改良技术研究

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180~210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°~90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10-5cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40~200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究

【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型,然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置,开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验,探究浆液扩散规律,最后结合试验结果验证理论合理性。【结果和结论】结果表明:当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时,注浆压力对扩散半径影响较小,浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素:此时若浆液水灰比较大,则渗滤效应不显著,注浆扩散半径较大且不容易发生串浆,但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低;此时若浆液水灰比较小,则渗滤效应显著,浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵,土层交界面会成为浆液优势扩散面,出现串浆现象。当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时,低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散,但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体。浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢,注浆扩散半径理论计算值比试验值大6.10%~10.97%,起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为–0.48%~18.62%。研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导。

基于瞬变电磁法的煤矿富水区勘探研究

为了查明山西华宁焦煤有限公司煤矿富水区赋存形态,以满足矿井设计和开拓的要求,采用瞬变电磁法,基于研究区地质概况和地球物理特征,研究了工作方法与技术措施以及数据处理、资料解释,与三维地震解释出的煤层、构造信息进行综合分析,确定了区内煤层顶底板含水区域及构造赋水情况。研究得出,采用瞬变电磁勘探查明了2煤、10煤顶板富水区范围,其中圈定2煤顶板富水区7处,圈定10煤顶板富水区7处;查明了奥陶系灰岩的富水异常区,圈定奥灰富水异常区8处;查明了勘探区内主要断层的富水性,评价了断距大于5 m以上的11条较为可靠断层的富水性。

富水软土区紧邻基坑工程的地铁隧道保护措施分析

富水软弱土地区施工通常面临易扰动和承压水双重难题,南京河西地区便是典型富水软弱土地区代表,且近些年开发强度较大,同时地铁隧道沿线又是首选地段,通常面临基坑深、大、近等特点,确定可靠的地铁隧道保护措施是亟需研究的问题。文章以南京紫鑫中华广场三期为例,采用提高支护刚度、土体加固、设置隔离桩等保护措施减小基坑开挖对相邻隧道影响,同时通过MADIS软件分析相关保护措施的重要性和必要性,并结合地铁隧道监测数据加以验证,为在富水软弱土地层基坑施工对相邻地铁隧道的影响制定保护措施提供参考。

富水地层坑趾宽度对坑中坑支护结构变形影响研究

随着地下空间的不断开发,坑中坑在工程中越来越常见,但目前对坑中坑的研究尚不全面。以南昌艾溪湖隧道坑中坑工程为研究背景,利用Midas GTS/NX有限元软件,研究在富水地层中坑趾宽度对基坑围护结构变形规律的影响。通过将模拟计算结果与实测对比,证明了模型的正确性及考虑渗流条件的必要性。结果表明:增大坑趾宽度能有效减小外坑围护结构水平位移,且最大水平位移所在位置会逐渐上升;坑趾宽度的增加对减小内坑排桩水平位移有显著效果,该工程中坑趾宽度由2 m增大到12 m,最大水平位移减小了76%;随坑趾宽度的增大,地表沉降会逐渐减小。在工程场地条件允许的前提下,应该尽量增大坑趾宽度,以减小内外坑围护结构变形。

大埋深富水地层横通道冻结加固设计与施工

针对大埋深富水地层横通道冻结法设计理论和施工经验欠缺问题,以北京东六环改造工程10号人行横通道为背景,系统介绍了该工程的冻结设计方案与主要安全技术措施,冻结壁设计厚度为3.5m,平均温度≤-12℃,运用结构力学方法进行了冻结壁承载能力验算,并根据设计孔位进行了温度场验算,主要安全技术措施设计了防护门、隧道支架和充填与融沉注浆。该工程已安全顺利完成结构施工,开创了国内埋深最大富水地层横通道冻结工程,为后续类似工程提供了宝贵经验。