基于钻进能量理论的隧道凝灰岩地层界面识别及围岩分级方法

钻机钻进过程中钻头旋转产生的扭矩以及作用于钻头的轴推进力是破碎岩石的能量来源,当钻进条件确定时,可用破碎单位体积岩石的实际能耗来反映岩石的物理力学性质。基于此原理在青岛胶州湾海底隧道FK4+375.5的上断面进行了超前地质探孔作业,得到凝灰岩地层中的钻进参数及钻进能量随钻头位移的变化曲线,并利用能量理论对钻进过程中监测的钻机参数进行分析,研究发现:在凝灰岩中,数字钻机参数与围岩岩性响应程度较高,围岩完整、坚硬、无裂隙水时,整体钻进参数值较高;围岩裂隙发育、含水或有断层、夹泥层时,钻进速度、推进力、转速、扭矩、打击能等数据会突变,其值变小。分析所得结果与钻孔取芯、TSP超前预报等物探手段得到的结果基本一致。并采用能量法对围岩进行分析,利用钻进比能划分相应的岩体区段,判断出围岩等级。通过对能量曲线的分析发现,在凝灰岩地层中,当钻进能量小于0.95 kJ时会出现断层或较大的节理裂隙区。

川藏公路矮拉山隧道大变形特征及其影响因素分析

为揭示青藏高原高海拔长大隧道凝灰岩地层大变形特征及其影响因素,以川藏公路矮拉山隧道为依托,采用现场调研、监控量测数据分析和数值模拟方法分析大变形段地应力分布特征、变形及破坏特征,讨论高海拔长大隧道大变形影响因素。研究表明:1)矮拉山隧道大变形段以水平构造应力场为主,其量值是自重应力场的2.12~2.8倍;2)初期支护变形破坏特征主要表现为初期支护开裂、掉块、钢架扭曲、侵限;3)470 m二次衬砌左右边墙存在55条长度、宽度、深度及走向各异的裂缝;4)仰拱以中部隆起为主,最大隆起达382 mm,隆起不均匀并有弯曲破坏发生;5)拱顶沉降量为268.80 mm,最大水平收敛值为924.9 mm,最大变形速率为110.27 mm/d,具有变形量大、变形速率快、持续时间长、变形发生部位集中的特点;6)初始高地应力场环境和软弱凝灰岩岩性条件是矮拉山公路隧道发生大变形的主要影响因素,原设计二台阶法施工工法和支护时机以及支护结构刚度不足等是发生大变形的重要影响因素。