岩溶富水隧道水压变化引起的结构力学响应及防治措施

针对岩溶富水隧道水压变化引起的结构失稳破坏问题,通过采用数值模拟方法研究了不同影响因素下“全封堵”型衬砌结构的受力特征,结果表明:对于高压富水隧道,仅通过增加衬砌强度来提高隧道极限水头是不科学且不经济的,必须采用“排导”型衬砌,以减小作用在衬砌上的水压力。鉴于此,文章研究分析了仰拱下泄水洞、围岩径向排水孔、仰拱泄水降压孔及排水沟等减缓隧道衬砌水压力的措施,结果表明,这些措施均可在不同程度上有效减小衬砌水压力并降低水害程度,在实际施工中,可结合具体工程进行选择或组合使用。最后,结合具体工程案例,文章针对降雨条件下岩溶隧道衬砌背后和仰拱水压过大问题,采用了增设横向泄水孔和竖向降压孔的具体施工措施,该措施降水压效果明显,确保了衬砌结构的安全。研究成果可为岩溶富水隧道设计、施工以及运营维护提供参考。

西南地区岩溶富水隧道坍塌力学机理及处治措施

以云南玉溪至磨憨铁路曼勒一号隧道为依托,对西南地区岩溶富水隧道坍塌进行处治并预防,建立基于隧道坍塌机理的隧道坍塌力学计算模型,采用理论分析结合有限元计算软件MIDAS GTS NX模拟的方法分析了隧道坍塌段围岩及初支稳定性,并提出有效的处治措施。结果表明:坍塌段隧道模型拱顶沉降量为48.5 mm,拱腰水平收敛量为111.53 mm,围岩变形量较大,发生坍塌事故的风险较大;围岩塑性区出现在上中台阶掌子面,应变最大值为7.85×10^(-2),发生塑性破坏可能性较大;隧道坍塌段初支所受拉应力和压应力分别达到了19.68 MPa和17.89 MPa,根据铁路隧道设计规范抗拉极限强度为2.0 MPa,抗压设计强度为12.5 MPa,支护结构承受荷载过大易发生破坏。隧道施工现场地下水渗漏对砂泥岩地层围岩稳定性有重大影响,小范围溜塌最终导致大范围围岩失稳坍塌、初支破坏。根据现场实际工况,采用双层超前小导管补强支护对坍塌段进行加固,隧道坍塌段处治效果良好,为后续类似工程提供指导借鉴。

岩溶富水隧道可控注浆施工技术研究探究实践

岩溶富水隧道施工用于很多隧道工程,需要通过可控制性的注浆施工技术对岩溶富水隧道进行施工。因此,针对岩溶富水隧道可控注浆施工技术展开分析和探索,为相似工程提供借鉴。

富水岩溶隧道暗河段洞内数字测绘技术

为提高富水岩溶隧道暗河段洞内数字测绘的安全性、经济性、精确性和效率,本文针对传统隧道监测技术中所存在的勘测效率低、勘测埋点成本大、受勘测地点环境影响大,测量精度难以保证和勘测人员安全性难以保证等问题,提出了一种富水岩溶隧道暗河段洞内数字测绘技术。通过综合采用地质素描+三维激光扫描+地质雷达+TSP203隧道地震探测的富水岩溶隧道暗河段洞内数字测绘技术,可更直观、有效地获得地质信息,探测岩溶暗河的三维结构和内部特征,提高施工方案设计效率及合理性;同时提出地质雷达近距离(20~40m)较微观近期预报与TSP203隧道地震探测仪远距离(200m)较宏观长期预报相结合的地质预测技术,通过二者的相互补充和印证,确定是否需要打探孔和探孔位置和数量,并探测预报孤石、断层(风化)破碎机含水量等,对勘测结果进行修正,提高勘探精度。针对施工过程中围岩稳定性问题,本文提出一种基于TSP物探指标的围岩质量预测方法,利用小波降噪对物探指标进行数据降噪处理;并利用MATLAB软件和灰色关联理论对隧道围岩质量的影响因素进行排序及围岩质量预测,以实现围岩物理力学性质的精准预测。经工程实践验证,该技术具有安全、快捷、经济和精度较高等特点,具有显著的社会经济效益。

基于FLAC 3D的富水岩溶隧道渗流特征研究

为研究富水岩溶隧道渗流特征,文章基于某高速公路隧道工程,通过FLAC 3D软件进行建模与计算,对存在岩溶管道的隧道围岩渗流场的基本特征以及不同类型填充物在不同水位下的渗流特征进行研究,得出结论:在隧道开挖后,隧道围岩的孔隙水压力明显降低,且随着距开挖面的径向距离不断增大,围岩的孔隙水压力降低程度逐渐减弱,直至接近于隧道开挖前的孔隙水压力。随着地下水位线的降低,隧道围岩不同位置的孔隙水压力均逐渐减小;在地下水位条件相同时,岩溶管道填充物类型为粗砂时的孔隙水压力均大于岩溶管道填充物为淤泥质黏土时的孔隙水压力,尤其在拱顶和拱肩位置处时,二者差距更为明显;隧道围岩的孔隙水压力随着地下水位线的下降而逐渐下降,且下降速度逐渐加快;隧道围岩不同位置的孔隙水压力下降速度由快到慢依次为:仰拱、拱脚、拱腰、拱肩、拱顶。

基于云模型的富水岩溶隧道涌水风险评价

为适应风险因素不确定性、随机性及动态反馈性等特点,建立新型富水岩溶隧道涌水风险评价体系,提出1种基于云模型的模糊综合评价方法。选取5个1级指标、29个2级指标构建评价指标体系;综合层次分析、熵权与加权平均计算法合理分配各指标权重;利用云生成算法计算出云数字特征参数并生成足够数量的云滴;将方法应用于贵州省某隧道涌水风险评价。结果表明:隧道综合云模型云滴大部分处于“中度风险”与“高度风险”之间,与实际开挖及地质雷达分析结果一致。所提出的基于云模型的模糊综合评价法对富水岩溶隧道涌水风险评估提供良好的实践参考,为日后隧道质量控制和寿命评估提供参考。

富水岩溶隧道衬砌结构水压力分布特征模型试验研究

为解决岩溶地区富水型隧道运营时易发生的衬砌病害,依托郑万高铁高家坪岩溶隧道设计优化排水方案,并开展模型试验研究;在考虑岩溶均质地层条件下不同水头高度带来影响的基础上,分不排水、常规排水和优化排水3种方案,揭示富水岩溶隧道分别沿纵向和断面的衬砌水压力分布特征。结果表明:常规排水和优化排水2种方案下,设置了纵向排水措施的各测点处衬砌水压力变化均不明显,但其余测点则越靠近环向排水管衬砌水压力越小,且环向排水管之间各测点处的纵向衬砌水压力呈倒“V”型分布;常规排水方案下,墙脚处水压力的优化效果最好,但仰拱中心处衬砌水压力较大且折减不明显,水压折减系数仅为0.1~0.15;优化排水方案下,不仅各测点处的衬砌水压力进一步减小,而且仰拱中心处折减明显,折减系数达0.9;优化排水方案对衬砌水压力有更好的优化效果,能够针对性地解决现有常规排水方案下隧道仰拱处水压较大的问题。

富水岩溶隧道下穿充填型溶腔技术措施及力学分析

以云南玉磨铁路巴罗二号隧道为背景,研究富水岩溶地区充填型溶腔对隧道围岩力学特性的影响以及相应的处治方法,运用有限元软件MIDAS GTS NX建立充填型溶腔处治前后两种工况下的隧道模型,分析了两种工况下隧道围岩的力学特性,提出在充填溶腔位置采用超长管棚加固的方法对围岩变形进行控制,并通过现场试验段验证超长管棚的加固效果。结果表明:运用超长管棚对充填溶腔处围岩进行加固后,溶腔与隧道间塑性贯通区消失,围岩竖向位移减少76.3%,左侧拱腰收敛减少63.85%;隧道施工过程中,超长管棚弯矩值与轴力值随施工步序不断增大且逐渐均匀分布,超长管棚应变解析值与模拟值分布规律基本一致;对比数值模拟与现场实测数据,并结合现场试验段应用效果,采用超长管棚加固措施后,围岩变形量值得到有效控制,施工效率和安全得到明显提高,为后期类似施工状况提供借鉴。

富水岩溶区隧道循环爆破所致围岩累积损伤的超声检测

为研究富水岩溶区隧道爆破开挖带来的围岩损伤累积规律,对多次循环爆破作用下的隧道围岩进行累积损伤超声检测和振动监测试验,分析了其累积损伤演变规律、影响范围以及质点峰值振速与爆源距离的关系。试验结果表明,爆破对隧道围岩的影响深度为1.2 m,在相同装药量情况下,随着隧道掌子面的推进,爆破对围岩的扰动在第5次爆破后逐渐减弱,距离爆源23 m内为爆破作用的影响范围。该试验结果可为穿越富水岩溶区隧道的安全开挖、支护结构稳定性分析提供参考。

浅谈富水岩溶隧道反坡排水施工技术

本文通过对重庆九(九龙坡)永(永川)高速公路缙云山隧道进口段反坡排水系统设置的论述,提出一种快速有效的反坡排水处理方案,为反坡施工提供了良好的作业环境,对隧道反坡施工排水具有重要作用和意义,有利于保障隧道施工安全和进度。

岩溶地区长大隧道综合立体式超前地质预报技术研究

隧道施工中对隧道掌子面前方一定范围内的地质情况进行超前探测和预测预报是保证隧道施工安全的关键技术。在宜万铁路金子山隧道岩溶富水区施工中,引进了TSP203隧道地质超前预报系统、地质雷达、红外线测水仪等先进仪器进行多途径超前地质预报。针对当前物理探测存在的多解性的特点,在施工实践中逐渐形成了以中长超前物探和超前水平地质钻探验证为主,辅以短距离地质素描超前分析和施工前超长炮孔加密确认的"多阶段、多手段、多层次"的"综合立体式超前预报技术"。以此技术为依托对强岩溶区富水隧道施工进行超前地质预测、预报,成功地穿越了金子山隧道进口工区岩溶富水带。

岩溶隧道不同排水量对衬砌结构内力影响的数值模拟研究

在高水头作用下,排水不及时高压水积压在衬砌周围,极易造成运营中隧道发生开裂、漏水等灾害,为了解决富水岩溶隧道衬砌后水压问题以及减少运营时衬砌长期在水压作用下的病害问题,依托桐梓隧道展开双场作用下排水量的数值模拟研究。采用有限元数值软件建模设计6种排水工况和5种水头工况,揭示了不同水头和排水量对衬砌内力和外水压力的分布特征。经研究发现:在有效的排水作用下,衬砌拱顶并不会产生较大正弯矩,在排水量不变时增加水头高度,仰拱及拱腰出会出现较大负弯矩和正弯矩,在水头高度逐渐增高时,衬砌会遭到破坏,在高水头相较于低水头条件下导致数值模拟出现较大偏差;当水头不变时,排水量增加会使衬砌内力显著减小。研究结果可为类似富水岩溶隧道结构设计、施工以及运营期排水提供一定的借鉴。