充填型岩溶隧道仰坡滑塌机制及稳定性控制技术——以宜宾巡场至玉和公路下坝隧道出口段为例

为解决充填型岩溶隧道进洞过程中引起的仰坡滑塌问题,利用现场调查和MultiFracS多物理场断裂分析软件,对隧道进洞过程中仰坡体内裂缝发展过程和围岩变形情况进行分析,提出洞口仰坡加固措施并进行效果评价,得出如下结论:1)连续降雨是引起仰坡滑塌的直接原因,随着含水率的增加,碎石土充填物抗剪强度降低,溶腔区位移变化显著且出现微裂隙;当含水率增加至20%时,溶腔区裂缝进一步发展,局部出现开裂,地表滑动位移不断增加。2)隧道进洞施工扰动加速了地表覆盖层与下伏基岩间贯通裂缝的形成,仰坡体呈现整体滑动趋势。基于现场调查和数值分析,采用“缓坡+钢锚管/锚索框架梁”的仰坡防护形式,用注浆钢锚管替代锚杆和部分锚索,能够避免溶腔内碎石土在雨水下渗中产生变形破坏。经现场实测数据验证,加固后的仰坡在隧道二次进洞过程中处于稳定状态,隧道洞内变形和地表沉降均得到了有效控制。

可流失充填型岩溶铁路隧道基底加固效应及处置方案

以陆家寨隧道为工程依托,采用FLAC3D建立三维数值计算模型,结合陆家寨隧道穿越暗河段隧周的岩溶地层特点,考虑岩溶充填物的可流失性,分别采用基底旋喷咬合桩加固,帷幕注浆加固和帷幕注浆+旋喷咬合桩加固3种加固措施,分析岩溶充填砂层流失前后对围岩位移、衬砌受力的影响,检验基底加固方案的可行性与基底加固的效果。研究结果表明:采用对基底进行旋喷咬合桩加固和帷幕注浆双重加固处理方案较好,受力方面大、小主应力数值减少较为明显,二次衬砌受力相对较小;位移方面,双重加固措施下隧道的位移变化较小,同时隧道开挖进程中,变化幅度也相对较小,综合来说,帷幕注浆+旋喷咬合桩加固方案对隧道施工影响更小,可为类似岩溶隧道地基加固工程提供借鉴。

公路隧道垂直充填型溶洞冒顶塌方处治与灾变影响因子分析

以广西区内某高速公路隧道溶洞塌方冒顶案例为依托,根据岩溶灾害针对性处治设计,采用有限元软件模拟推演处治效果,获得了隧道穿越垂直发育充填型溶洞的变形规律。在此基础上,运用控制变量法研究了管棚支护、初支厚度、地质特性三大灾变控制影响因子,分析各因子对隧道结构稳定性影响规律。工程处治效果、模型计算结果、监控量测结果表明灾变处治方案设计合理、安全、可靠。相关研究成果对类似岩溶发育隧道工程设计施工有一定借鉴意义。

地质雷达在隧道穿越充填型岩溶区的应用

西南山区新建铁路沿线岩溶发育,隧道施工穿越岩溶段极可能遭遇涌水、突泥等地质灾害,危及施工安全,甚至破坏地表环境。目前,地质雷达作为隧道超前地质预报的一种常规成熟手段,已经广泛应用于隧道工程。根据地质雷达成像原理,进行正演模拟,对比断层类雷达图像,充填型岩溶常呈现“双曲反射”特征,并在叙毕铁路庙坝隧道两个典型充填型岩溶案例中得到验证,为准确预报隧道掌子面前方充填型岩溶洞穴提供了科学依据。

充填型溶洞TBM掘进卡机过程特征与脱困措施研究

为应对敞开式TBM掘进穿越大型充填型溶腔面临的较大施工风险,分析总结了滇中引水工程香炉山隧洞“云岭号”TBM遭遇溶腔段的卡机过程特征、原因及采取的脱困措施。结果表明:①溶腔段TBM卡机的直接原因主要为刀盘扭矩过大,难以持续维持在高位而发生刀盘停转被卡。在穿越充填型溶洞过程中,TBM可能面临反复卡机问题,并因拱底软弱破碎、承载力不足而发生“栽头”现象,导致TBM掘进竖向偏差过大;②采用拱顶超前注浆管棚、拱底超前管桥、掌子面玻璃纤维锚管超前注浆等超前处置措施,能够较好地限制溶腔段TBM刀盘扭矩过大、机头下沉等问题,为使TBM顺利通过不良地质洞段,需从“超前支护、初期支护加强、掘进控制”等方面进行综合处置;③在岩溶地层中,溶洞前后可能并无明显过渡洞段,TBM掘进施工过程中应进行有效的超前地质预报,做到先探后掘、提前发现、提前处置。

高速公路隧道穿越岩溶区承压充填型溶洞的施工方法

云贵高原是喀斯特地貌分布较广的地区,且类型较多,喀斯特地貌产生的主要条件是存在碳酸盐类岩石,云南省昭通市彝良地区石灰岩分布广泛,高速公路隧道施工均会遇到不同类型的岩溶地质,给地下工程施工带来很多不利影响,如何在岩溶区进行隧道施工,成了岩溶地区高速公路施工面临的重要问题,研究岩溶区隧道施工对岩溶区高速公路建设意义重大。

高速公路岩溶区隧道承压充填型溶洞施工方案

为避免高速公路施工中的岩溶影响到施工的生产与安全,基于云贵高原地区喀斯特地貌及岩溶发育特点,采用三维超长地质预测和超前钻井相结合的检测手段,对隧道建设进行前期检测。对有压力充填的溶洞,通过分次泄压的方式进行消除,使隧道的施工处于无压且稳定的状态。结果表明,新场隧道溶洞从确定方案至初期支护完成用时较短;该工程的注浆效果显著,解决了溶洞问题,具有较好的社会和经济效益。

充填型溶洞发育机理及其对隧道开挖稳定性的影响研究

以云南某隧道工程为研究背景,探究充填型溶洞的发育机理,通过建立有限元数值模型模拟隧道开挖过程,对比有、无充填型溶洞情况下围岩的位移变化和应力场特征。研究结果表明:(1)充填型溶洞的形成受水文气象、地层岩性、地形地貌、构造运动等因素影响;(2)在此工程地质条件下,充填型溶洞对隧道围岩的位移和应力场有影响,相较于拱顶和拱腰处的围岩,对拱底处围岩影响更大,拱底处围岩对隧道开挖也更为敏感;(3)隧道围岩的最大主应力呈现左右对称,拱顶、拱腰处的围岩以压应力为主,拱底处围岩以拉应力为主,拱脚部分出现应力集中现象。

基于条分法原理的充填型岩溶蓄水构造突水突泥最小安全厚度

首次将条分法引入到充填型岩溶蓄水构造突水、突泥研究当中,基于边坡稳定性分析的条分法原理,对隧道-岩溶充填物-岩溶管道系统进行了抽象概化,建立了充填型岩溶蓄水构造充填物条分解析计算模型。假设充填物在滑动面上各处均达到极限平衡状态,且在滑动面上的破坏服从Mohr-Coulomb破坏准则,通过力的平衡条件推导了充填型岩溶蓄水构造突水突泥的最小安全厚度计算公式,形成了一种求解充填型岩溶蓄水构造突水、突泥最小安全厚度的工程实用解析方法。该方法为岩溶隧道突水、突泥计算提供了一种新思路,计算结果与数值计算吻合性较好且符合实际工程情况,具有一定的理论研究与工程应用价值。

地下工程流–固耦合试验新技术及其在充填型岩溶管道突水模型试验中的应用

在地质力学模型试验技术的基础上,根据大型交通、水利水电及矿山工程的需要,开展大比尺流–固耦合模型试验技术研究,包括新型流–固耦合相似材料、三维可视化固液耦合试验系统以及多物理场信息监测分析技术。提出了流–固耦合相似材料的配制原则,选择了多种性能耦合较小的调节剂,实现了强度、渗透性、重度等指标的独立调节,大大提高了材料的相似度,保证材料能够在水长期作用下保持稳定的性质,很好地模拟中、低强度的岩体、破碎带及充填物。三维可视化固液耦合试验系统具备了自动化静力加载和数字化水压加载功能,实现了复杂地质条件下有压水体与相似材料的大面积直接作用,为流—固耦合条件下渗流和突涌水过程的模拟提供了可视化的试验场所。光纤技术、电阻元件柔性防水技术和自动化数据采集分析系统,实现了水环境下模型体内部渗压、应变和位移的精确采集和分析。最后,依托湖北省保康至宜昌高速公路尚家湾隧道,开展了充填型岩溶管道失稳突水的大比尺三维模型试验研究,真实再现了工程中的突涌水过程,揭示了充填型岩溶管道突水的灾变特征。流–固耦合试验新技术得到成功应用,为试验的顺利进行提供了技术保证。

圆梁山隧道某高压富水区充填型溶洞注浆技术

介绍圆梁山隧道平导高压富水区充填型溶洞的注浆和超前支护方案、注浆材料、注浆工艺,并针对注浆效果进行了检查评定。

隧道深埋充填型溶洞注浆施工技术探讨

渝怀线圆梁山隧道施工中先后遇到了五个规模较大的深埋充填型溶洞。针对溶洞的具体情况、介绍了现场实施的注浆施工方案、注浆材料、注浆工艺和注浆效果评定标准。

圆梁山隧道高压富水区充填型溶洞注浆技术

介绍圆梁山隧道平导高压富水区充填型溶洞的注浆和超前支护方案、注浆材料及注浆工艺 。

基于岩石物理模拟与声学实验识别孔隙-裂隙充填型水合物

孔隙充填和裂隙充填是自然界中水合物赋存的两种基本形态,其类型判别对储量评价、钻井安全以及环境评估均具有重要影响。本文模拟南海孔隙充填和裂隙充填两种类型水合物储层,利用岩石物理模型和声学模拟实验获取声波速度和密度,对两种类型的识别方法进行了探索。结果显示,孔隙充填和裂隙充填型水合物沉积体系的纵波速度都随水合物体积分数的增大而增大,密度都随水合物体积分数增大而减小。将速度与密度参数结合计算两种类型水合物阻抗和ρ√Vp属性表明:对于含孔隙充填型水合物沉积体系的ρ√Vp属性,岩石物理模拟的计算结果与实验结果斜率均为正;而对于含裂隙充填型水合物沉积物的ρ√Vp属性,其斜率均为负。但当水合物体积分数小于40%时,含裂隙充填型水合物沉积物的理论计算结果与实验值存在偏差,因此,在计算低体积分数水合物的ρ√Vp属性时,需要对模型进行适当修正。本文利用ρ√Vp属性对GMGS2航次16井赋存的孔隙充填和裂隙充填型水合物进行了验证,结果表明井中上部分赋存的水合物以裂隙充填型为主,底部以孔隙充填型为主,验证结果与实际钻探结果一致,表明该方法用于识别水合物类型是可行的。

公路隧道充填型溶洞处治方案设计

本文针对公路隧道穿越岩溶发育区过程中遇到的充填型溶洞问题,以狮子岭隧道工程为研究对象,系统分析了狮子岭隧道右线桩号K37+979处充填型溶洞的揭露过程,考虑该隧道工程地质与水文情况,结合超前地质预报结论,研究制定了充填型溶洞的处治方案,即采用结构加固、设置护拱和挡墙、施工工法调整、加强防排水及监控量测等措施综合处理,为今后公路隧道充填型溶洞处治的设计与施工提供了参考。

侧部水压充填型岩溶隧道围岩变形特征分析

结合宜万铁路大支坪隧道施工,利用FLAC3D软件对侧部水压充填型岩溶隧道施工过程中的围岩变形特征进行了数值模拟研究,并与现场实测结果进行比较。计算及监测结果表明:隧道开挖后,靠近溶洞的隧道右侧向内水平位移,远大于远离溶洞的隧道左侧的水平位移,是最有可能发生围岩突水失稳的区域。

充填型和窄带型多普勒血流速度频谱形成条件的模拟实验研究

通过应用体外血流动力学模拟实验,证明体外窄带型及充填型脉冲多普勒模拟血液(SB)速度频谱的形成条件,主要取决于取样容积(SV)是否覆盖射流旁区或位于湍流区。SV小于射流区横截面积,在射流区可测得窄带型频谱,在射流区外为充填型频谱。根据实验结果可以说明心内瓣膜狭窄或返流时,

圆梁山隧道某高压富水区充填型溶洞注浆技术

本文系统地介绍了圆梁山隧道平导高压富水区充填型溶洞的注浆和超前支护方案、注浆材料、注浆工艺,并针对注浆效果评定标准进行了探讨,为今后类似工程的设计、施工提供借鉴。

岩溶区隧道充填型溶洞的塌方处治优化研究

对于岩溶区隧道塌方地段,选取合理的处治方案是非常关键的。利用TSP超前地质系统对尚家湾隧道出口左洞ZK 67＋390-ZK 67＋270进行了探测,破译出ZK67＋360附近可能赋存充填型溶腔,当施工至ZK67＋360时充填型溶腔揭露并发生塌方,探测结果与现场实际揭露情况基本吻合。根据工程塌方处治实例,比较分析各种塌方处治方案的优缺点,给出了优化处治方案：护拱法配合砂浆锚杆稳固塌腔岩面。在处理段增设监测断面,通过监测隧道的水平收敛位移和拱顶沉降量以及钢拱架的内力反映隧道围岩的稳定状况,量测结果表明,在一定时间内围岩达到稳定,表明采用此方法处理隧道塌方区效果良好。

充填型单缝煤岩水力脉动解堵试验研究

利用室内自行研制的可调频脉动水力压裂系统及预制充填型单缝的煤岩,开展不同频率条件下水力脉动解堵试验,研究脉动作用下解堵水压演化过程和解堵效果.试验结果表明,水力脉动解堵压力演化过程可分为三个阶段:压力上升阶段、压力下降阶段和压力波动稳定阶段.在疲劳损伤和脉动波的双重作用下,脉动作用下的煤岩解堵表现出解堵压力阀值比定常流作用下更低、压降持续时间更短、压降幅值更小的特点.定常流作用下煤粉运移集中在压力下降阶段;脉动压力作用下煤粉在压力下降阶段和压力波动稳定阶段均有运移,且压力下降时间与运移煤粉总量成正相关关系,但煤粉总的运移量和定常流作用下的相当.脉动作用和定常流作用下径向渗透主要发生在压力上升至压力峰值阶段,但脉动流的解堵时间短,则滤液渗透半径小对储层的伤害小.综合考虑解堵压力、煤粉运移、解堵渗透路径和解堵渗流深度,特别是解堵压力和解堵渗流深度作为主要评价因素,在3 Hz条件下解堵效果最好,其具有较低的解堵压力和最小的解堵渗流深度.