昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论:(1)隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多,尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式;(2)昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时,拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致,开挖过程中随着含水率的逐渐增大,隧道围岩变形越来越明显,当含水率从25%渐变到30%时,各部位的位移变化急剧增大,含水率在30%时,隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态,因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值,含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值;(3)通过建立灾变因子指标体系,构造判断矩阵并赋值,利用层次分析法确定各因子的权重,灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0,其次是水文地质因子0.238 5,水文地质因子主要为地下水指标影响最大;(4)本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。

昔格达地层隧道局部浸湿失稳特征及突变预测研究

为研究"见风成粉、遇水成泥"的昔格达地层隧道局部侵湿失稳特征,开展室内土工试验测试含水率对昔格达地层力学性质的影响,应用数值模拟手段探究局部含水率变化的昔格达地层隧道围岩变形特征,引入局部突变理论,提出昔格达地层隧道围岩遇水软化稳定性判别方程,结合现场监测验证结果合理性。研究结果表明:昔格达地层围岩具有显著的水敏感性,其中浅灰色页岩夹砂岩原状围岩的力学性质受含水率的影响最大,当含水率超过敏感界限时,围岩迅速劣化,力学性质出现跳跃式下降;昔格达地层隧道环向局部含水率升高将导致隧道收敛变形加剧,其中拱顶及仰拱处围岩含水率达到30%时,拱顶沉降与基底下沉明显增大,边墙处局部浸湿对周边围岩的水平位移有较大影响,易引发围岩侵入建筑限界甚至突变失稳;纵向仰拱局部浸湿主要存在两种模式:端部浸湿的类悬臂梁模式与初支中部浸湿的类简支梁模式;类悬臂梁模式下,在低含水率下,围岩位移随着靠近浸湿部位而加速增大;在高含水率下,围岩位移随着靠近浸湿部位增长速率放缓;类简支梁模式下,浸湿中心处初期支护位移受含水率变化影响最为明显,拱顶竖向位移降低约64.2%,边墙水平位移降低62.5%左右,拱顶竖向位移降低约84.6%;中心两侧位移变化有所不同,靠近掌子面附近的围岩变形始终大于其他位置;基于昔格达地层围岩水敏感性与遇水软塑特性,建立围岩局部浸湿软化力学模型,导出的围岩稳定性判别方程在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性;研究结果可为后期川藏铁路昔格达地层隧道的安全施工及稳定性评价提供指导。

昔格达地层隧道围岩的失稳特征及变形控制工法

昔格达地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩,具有水稳性差,遇水易泥化、崩解等特点,在隧道开挖中易出现坍塌、围岩大变形等灾害,对隧道安全施工产生不利影响.基于此,依托攀西地区昔格达地层桐梓林、垭口以及盐边隧道工程,现场取样并进行围岩室内物理力学试验,同时建立不同含水率深浅埋昔格达地层隧道有限元模型,探究不同含水率下昔格达地层隧道围岩的失稳特征,并提出针对昔格达地层隧道施工变形控制工法.研究结果表明:昔格达地层对水较为敏感,其中浅灰色页岩夹砂岩的物理力学性质受含水率影响最大;当围岩含水率在0~20%之间时,昔格达地层隧道围岩变形呈现递增,但变形较小,自稳性较好,当含水率在20%~25%时,隧道围岩变形增大明显,失稳潜力巨大;在大埋深、高含水率的条件下,隧道仰拱隆起累计变形和掌子面挤出累计变形急剧增大,在拱顶部位,掌子面挤出变形主要发生在上中台阶交界处;针对昔格达地层隧道围岩失稳变形特征,提出在无水和有水状态下的昔格达地层页岩夹砂岩、砂岩夹页岩隧道围岩施工工法.

公路煤系地层隧道揭煤全岩断面爆破掏槽优化研究

全岩断面爆破掏槽好坏直接决定公路煤系地层隧道揭煤全岩断面爆破效果。通过理论分析确定了公路煤系地层隧道揭煤全岩断面掏槽形式为二阶二段掏槽,并分析了其爆破成腔力学机理。以某高速公路隧道为研究对象,基于理论计算,给出了煤系地层隧道揭煤全岩断面二阶二段掏槽技术参数。采用数值分析方法,建立了公路煤系地层隧道揭煤全岩断面二阶二段掏槽计算模型,对不同掏槽参数的掏槽效率和爆破振动效应进行了分析,得到了揭煤全岩断面最优掏槽参数为:中心孔装药直径32 mm,一阶孔垂深1.2 m,一阶孔倾角70°,二阶孔垂深2.4 m和二阶孔倾角75°。在其他掏槽参数不变的情况下,进行了一阶掏槽孔参数的现场爆破试验与测试,其结果为:一阶孔装药直径由32 mm增大到35 mm时,槽腔岩石破碎程度增大不明显,约为3.5%,但爆破振动速度增大显著,约为27.5%,不利于振动控制;一阶孔深度为由1.2 m增大到1.4 m时,爆破槽腔体积减小,约为12.5%,不利于槽腔形成;一阶掏槽孔倾角由70°增至75°后,掏槽效率降低,约为8.2%,不利于掏槽。现场爆破试验结果与理论研究结论一致。研究结果为该隧道全岩断面掏槽爆破设计提供了重要依据。

中老铁路膨胀性盐岩地层隧道结构体系优化及施工技术探究

为解决膨胀性盐岩地层隧道修建时出现的大量衬砌裂缝、仰拱底鼓开裂等问题,同时为保证隧道后续快速安全施工及长期健康服役,采用现场调查、数值模拟和监控量测等方法,对膨胀性盐岩地层隧道结构及施工技术进行深入研究。研究结果表明:1)含盐地下水对混凝土的侵蚀引起的膨胀压力是原马蹄形隧道衬砌开裂的根本原因。2)250 kPa的地层膨胀压力可大幅度增大围岩变形,但对隧道掌子面纵向挤压变形基本没有影响,可减小拱顶处的最大主应力,但会大幅度增大仰拱处最小主应力。3)多层支护可对洞周围岩变形起到积极的约束作用,也可明显减小掌子面纵向变形,对初期支护最大主应力基本无影响;无膨胀压力时,会引起墙脚最小主应力集中;有膨胀压力时,可减小其他部位的最小主应力。综合考虑围岩稳定性、支护受力以及施工成本控制等,膨胀性盐岩地层多层支护隧道施工宜采用二台阶法。现场实测证明采用3层衬砌、2层防水、全环注浆并施作隧底阻水榫后,围岩变形量小,衬砌未开裂。通过指数函数对围岩变形进行拟合,证明数值计算结果基本可靠。

上软下硬地层隧道围岩渐进破坏机制分析

软硬结构面的存在阻断了岩体性质的连续性,结构面倾角的位置和角度会造成多种破坏模式。文章对上软下硬地层隧道的破坏过程和破坏模式进行数值模拟研究。结果表明：分界结构面倾角在30°~75°时隧道稳定性较差;围岩变形破坏特征在对称模式下,围岩位移、破坏区和塑性区呈对称分布;在非对称模式下,结构面倾角和围岩的力学参数决定了破坏区的位置和范围,破坏区的位置主要受结构面倾角的影响。

上软下硬地层隧道稳定性因素及影响研究

采用正交试验以及极差分析法比较隧道跨度W、埋深h、高跨比λ、隧道开挖技术以及机械掘进尺寸对施工工程因素作用下上软下硬地层隧道稳定性的影响。当软硬地层组合不同时,比较W、h、λ和地层隧道的软硬地层分界面中关键的位置参数β同地层隧道上部较软的地层参数D_s与地层隧道下部较硬的地层参数D_x对这三者同隧道地质因素以及隧道工程因素彼此相互作用为上软下硬地层隧道在稳定性方面所产生的一系列影响。研究只有h因素变化时对上软下硬地层隧道稳定性的影响,并分析了隧道的破坏演化规律。研究结果表明:W和埋深h属于隧道工程因素给上软下硬地层隧道自身稳定性造成影响的因素里面最关键的,影响第二的是高跨比λ;当隧道在开挖后自身稳定时,W是影响地质因素、工程因素共同作用下隧道稳定性的主要因素,反之是D_s;软硬分界面改变了上软下硬地层隧道的破坏模式,当为深埋隧道时,上部较软地层是最薄弱的地方,实际工程中要加强支护。

煤系地层隧道石门揭煤爆破掏槽优化研究

针对目前煤系地层隧道石门揭煤爆破掏槽技术最优参数确定复杂的难题,以西藏拉泽公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用理论分析确定该隧道石门揭煤断面掏槽形式采用中空孔直眼掏槽,并分析了其中空孔的三种空孔力学效应;采用数值模拟试验方法建立了隧道石门揭煤直眼掏槽计算模型,从石门揭煤掏槽效率、揭煤深度和煤层动力响应等方面对不同掏槽参数展开分析。结果表明:随着掏槽关键参数a=24 cm增加到a=32 cm时,槽腔岩石破碎程度降低,煤体破碎程度相当,炮孔与空孔间未贯通的岩石厚度增加,降低了掏槽效率;a=28 cm时,局部揭煤深度过大,增大了突出风险;a=32 cm时,煤体深部出现松动区,使深部煤体应力强度降低,不同a对大断面煤系地层隧道石门揭煤煤层顶板动力作用影响较小。并获得了该煤系地层隧道石门揭煤爆破中空孔直眼掏槽掏关键参数最优值,其中炮孔与空孔间距建议值为24 cm、空孔半径建议值为100 mm;最后完成了现场爆破试验,爆破后岩体破碎程度均匀,掏槽效果好,揭煤深度适宜,其测试结果与理论研究成果较接近,验证了研究成果的可靠性。

炭质页岩深埋地层隧道施工技术

乌鞘岭特长隧道4号斜井左线正洞工区穿越多处深埋炭质页岩地层,该地层由于不同的地质构造及特性表现为不同的应力变形。经过对围岩地质构造与隧道稳定性的分析和此类围岩实际开挖支护的研究与探讨,以及结构加强适应性研究及施工方案选择,总结出了一套安全、快速通过此地层的应对方案及措施,积累了施工经验,为今后类似工程施工提供了科学依据。

如何有效控制炭质页岩深埋地层隧道初期支护变形

松桂1号隧道出口正洞穿越深埋炭质页岩地层,该地层由于受到地质构造及炭质页岩地层特性的影响,在施工过程中表现为不同形式的应力变形。经过对围岩地质构造和该类围岩实际开挖支护形式的探讨研究,以及支护措施加强适应性研究和施工方案的选择,总结出了一套安全、快速通过此地层的应对方案及措施,积累了施工经验,为今后此类工程提供了借鉴。

复合地层隧道下穿既有地铁车站设计施工技术措施

轨道交通在运行过程中,能够呈现出大容量、速度快等优势,能够很好地缓解道路交通拥堵,降低城市交通压力,但在新建轨道交通过程中,容易对既有线路产生影响,这一点设计者提高重视程度.文章根据以往工作经验,对设计施工难点与工法选择内容进行总结,并从变形和沉降标准、沉降控制措施、沉降控制效果与监测结果三方面,论述了设计施工技术措施.

煤系地层隧道施工方案和安全措施

由于瓦斯易积聚于结构松散的岩层与煤系地层,在煤系地层隧道施工开挖中,必须采取可靠的施工方案和安全技术措施,以防止瓦斯大量积聚而发生安全事故。

锁脚锚杆在软弱地层隧道中围岩变形控制的研究

在软弱围岩地层中开挖隧道时,由于围岩性质较差,系统锚杆的作用无法发挥,导致使用系统锚杆的初期支护无法维持隧道的稳定性。在实际施工中,常采用锁脚锚杆代替系统锚杆进行初期支护。为研究采用锁脚锚杆的初期支护对隧道稳定性的影响,以某软弱围岩隧道为研究背景,利用数值模拟软件,分析采用系统锚杆和锁脚锚杆的初期支护对软弱围岩隧道稳定性的影响。结果表明,在软弱围岩隧道中,利用锁脚锚杆代替系统锚杆进行初期支护,能够有效地控制围岩变形,有利于维护隧道的稳定性,同时能够降低施工成本、加快施工速度。使用锁脚锚杆的初期支护对保证软弱地层隧道的稳定性具有重要意义。

卵石采空区地层隧道支护技术

卵石采空区对隧道安全、工程施工及隧道洞顶稳定性均造成相当的影响。本文介绍了位于卵石采空区的马平高速公路老鸦峡2#隧道施工的方案选择及具体的各工序施工技术。

昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

为了进一步对昔格达地区进行地层研究,要结合遇水泥化明显等特征建立完整的分析机制,从根本上避免其对铁路沿线隧道工程项目建设造成影响,真正发挥现实和工程意义,为全面提升工程项目安全提供保障。本文分析了昔格达地层隧道围岩灾变模式的现状,并对昔格达地层隧道围岩进行了相应的试验,从而了解了昔格达地层隧道围岩灾变的基本特征,最后协助指标体系对致灾因子予以讨论,仅供参考。

复合地层隧道涌突水防治施工措施

有效处理复合地层隧道突发涌水问题,做好导水通道检察工作、观察水量变化是非常必要的。文章结合工程案例,重点评估隧道工程地质条件,根据评估结果,提出复合地层隧道涌突水防治施工措施。

超浅埋富水卵石地层公铁合建大断面盾构隧道掘进施工技术研究

随着城市地下交通网的发展,过江地铁隧道、过江公路隧道等位于富水卵石地层中的超浅埋隧道不断涌现。这一类隧道由于隧道上层的土体较浅且隧道的上下两端受力不均,在开挖过程中容易发生隧道盾构姿态上扬、掘进偏离轴线方向的问题,并且该类隧道拼装完成后由于受到的水体浮力与隧道上层覆土压力不平衡,如果不采用相应的加固措施,极易发生隧道局部破损开裂导致重大生产事故。本文基于杭州秦望通道工程盾构段线路工程实例,针对该类隧道施工问题,提出一种适用于超浅埋富水卵石地层公铁合建大断面盾构隧道掘进的施工技术。该项施工技术研发一种适用于大断面盾构隧道的同步双液注浆技术,以及一种基于VMT隧道自动导向系统外加人工测量辅助的盾构姿态监测技术,并且在隧道掘进过程中利用预埋钢板抑制隧道上浮问题,确保施工质量与施工安全。

砂卵石地层盾构隧道施工地表沉降槽宽度系数分析

首先对比分析当前沉降槽宽度的计算方法,优选出O'Reilly&New经验公式。然后通过成都地铁7号线现场实测地表沉降数据对O'Reilly&New经验公式进行修正,得出地表沉降最大值,绘制沉降曲线,从而达到预测地表沉降的目的。经成都地铁3号线的实测数据验证,修正后的经验公式能较为准确地计算出沉降槽宽度,适用于砂卵石地层盾构隧道地表沉降的预测。

在模拟隧道地层环境介质中三元乙丙橡胶密封条老化行为和老化机理的研究

探讨三元乙丙橡胶(EPDM)密封条在模拟隧道地层环境介质浓度为1mol·L^(-1)(1M)离子溶液中的老化行为和老化机理,并与其在蒸馏水中的老化行为和老化机理进行对比。结果表明:随着老化时间的延长,在两种介质中浸泡的EPDM密封条的硬度和压缩强度呈提高趋势,拉伸强度呈先下降后提高趋势,拉断伸长率和压缩永久变形呈减小趋势,应力松弛因数呈增大趋势,这是因为老化初期介质中的水分子在EPDM基体内渗透、扩散,导致补强剂的补强效果减弱,老化中后期吸水达到平衡,且发生后交联反应;相对质量变化率和相对吸水率先增大后减小;玻璃化温度(T_g)先下降后上升。EPDM密封条表面在老化过程中逐渐变粗糙,分离出固体颗粒物;在1M离子溶液中的老化速率略高于在蒸馏水中的老化速率。在蒸馏水中浸泡的EPDM密封条相对质量变化率和相对吸水率明显大于在1M离子溶液中浸泡的EPDM密封条,这与其吸水率大有关。在同一老化时间下,在1M离子溶液中浸泡的EPDM密封条的储能模量大于在蒸馏水老化中浸泡的EPDM密封条,T_g较低。

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。