盾构隧道施工期渗漏聚氨酯堵漏作用机制研究

为探明隧道渗漏时聚氨酯的堵漏机制,设计并开展盾构隧道渗漏与聚氨酯注浆堵漏模型试验,通过试验分别对不同地层中隧道渗漏引发的外部地层侵蚀发展规律以及注浆堵漏的作用机制进行研究。研究表明:1)隧道渗漏后砂土与粉土地层周围孔隙水压力迅速下降,水在压力差的作用下以渗流形式向渗漏点补给,造成周边地层侵蚀破坏,但2种地层侵蚀发展规律不同。2)砂土与粉土地层中聚氨酯注浆堵漏机制相似,均可分为3个发展阶段,第1阶段聚氨酯反应释放大量气体,抵抗渗流水压;第2阶段聚氨酯固化,封堵渗漏通道,实现堵漏效果;第3阶段聚氨酯彻底固化,引起隧道结构外部荷载重分布。3)由于砂土与粉土地层渗流侵蚀规律不同,聚氨酯注浆堵漏效果有所差异,粉土地层注浆堵漏效果更好。

隧道表面爆破地震波的产生机制及传播特征

为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律,提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型,得到了隧道表面爆破振动场积分形式解;以龙南隧道爆破工程为背景,建立了有限元数值模型,通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性;提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法,结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征,最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。结果表明:隧道爆破产生P波、S波,R波在自由面迅速发育,3类波呈现指数衰减特征,S波衰减快于P波快于R波。随着爆心距的增大,垂直方向主要成分由S波转变为R波,水平方向主要成分由S波转变为P波,P波转变为R波。Ⅳ级围岩工况下,隧道爆破地震波作用分区为:隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区,主导波型为水平S波;6.44~21.23 m为爆破中区,主导波型为水平P波;21.23 m外为爆破远区,主导波型为垂直R波。爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系,可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置,用于隧道安全稳定性分析。

川西藏东地区隧道围岩有害气体孕育机制及逸出风险评价研究

青藏高原复杂的地质构造使区域内断裂分布密集、岩性变化巨大,现有的研究成果无法有效预测岩层内有害气体赋存种类与状态。基于川西藏东地质演化相关研究成果,对区域内岩石、断裂构造以及水热循环影响下有害气体的成因及组分特征进行研究。通过对区域内地层构造及岩石分布进行分析,明确区域内主要气藏类型及分布范围;建立复杂地层有害气体逸出风险评价体系,并通过现场监测对评价效果进行验证。结果表明:1)川西藏东地区岩层主要有害气体孕育类型包括岩浆岩脱气孕育气体、变质岩化学反应释放气体、沉积岩油气矿藏富集气体、金属矿伴生气体等;其中,岩浆岩孕育有害气体主要赋存于入侵通道形成的气囊内,变质岩孕育有害气体主要赋存于酸性岩浆岩与碳酸岩接触面以及金属矿附近,沉积岩孕育有害气体主要赋存于油气盖层内。2)岩石圈断裂对深部有害气体的赋存最有利,水热循环通过物质扩散和水力运移2种方式加速深部有害气体的运移,其中深大主断裂控制型水热循环模式影响最显著。3)基于川西藏东地区地层岩性及断裂构造特征,对CO_(2)、CH_(4)、SO_(2)及H_(2)S等主要有害气体的赋存区域进行划分。4)根据研究区域地层岩性、断裂构造、水热分布特点,建立复杂地层有害气体逸出风险评价体系;根据隧道开挖高浓度有害气体逸出可能性划分为5个风险等级,并针对不同逸出风险提出相应防治建议。

机制砂对隧道衬砌混凝土收缩性能的影响

使用机制砂制备铁路隧道衬砌混凝土是未来发展趋势,衬砌混凝土是隧道工程的重要组成部分,而由于混凝土收缩导致的环向裂缝是其常见缺陷,因此,研究采用机制砂后的衬砌混凝土收缩性能对保障隧道工程质量有重要意义。本研究对强度等级为C40的花岗岩机制砂混凝土(GSC)、凝灰岩机制砂混凝土(TSC)和河砂混凝土(RSC)的工作性能、抗压强度、收缩性能、早期抗裂性能进行了对比试验研究,并结合水分蒸发量和孔结构进行了内在机理分析。研究结果表明:在相同外加剂掺量下,两种机制砂混凝土的工作性能与河砂混凝土相近,较河砂混凝土具有更好的保坍性;机制砂混凝土的抗压强度可以满足设计要求,且凝灰岩机制砂混凝土在各龄期均较河砂混凝土表现出更高的抗压强度;若早期良好养护,机制砂不会增加混凝土的收缩,花岗岩机制砂还能显著降低收缩;若早期缺乏良好养护,两种机制砂均会增加混凝土早期收缩,早期抗裂性能也下降,增加衬砌混凝土环向开裂风险。

隧道洞渣加工机制砂制备超高性能混凝土及其力学性能研究

采用隧道洞渣加工机制砂替代传统河砂制备超高性能混凝土(UHPC)。研究不同替代率对其工作性能、干缩、抗折强度、抗压强度和微观性能的影响规律。结果表明:机制砂替代河砂,其工作性能尽管存在一定程度的下降,但依然具备良好的工作性能;机制砂替代掺量为40%时,相应抗压强度和抗折强度均最优;UHPC微观形貌受机制砂影响显著,随着机制砂替代率的增大,UHPC微观孔隙和裂缝逐渐增加。机制砂粗糙的表面和不规则边缘更利于与水泥浆体紧密连接,不规则边缘构造在机制砂颗粒间产生互锁效应,能够进一步增强水泥浆体和骨料的机械咬合力。但是,钢纤维与机制砂界面过渡区微观结构相对疏松,且含有较多微孔洞,使得该处具有较弱的桥接能力,从而导致整体抗折强度的降低。总而言之,洞渣加工机制砂替代传统河砂制备UH-PC是一个行之有效的策略。

盾构隧道渗漏灾害中堵漏浆材作用机制试验研究

注浆堵漏常用于盾构隧道渗漏事故的抢险过程中,合理的注浆能够有效封堵渗漏点,避免险情进一步恶化。为研究不同地层中隧道渗漏后不同堵漏材料的作用机制,基于不同地层侵蚀状态下盾构隧道发生渗漏险情后的发展特征,提出渗流型和空洞型2种渗漏事故类型;进一步考虑注浆材料物理化学性质的差异,将堵漏浆材划分为膨胀型和黏结型2种不同类型,从而通过模型试验研究不同类型浆液在不同渗漏事故类型中的作用机制。研究表明:1)注浆封堵的机制是浆液固化物通过膨胀性或者黏结性在接触面上形成较强的正应力,当接触面正应力超过水压力时,外部流水无法进入隧道内部,堵漏成功;2)渗流型地层中浆液扩散距离主要受到浆液凝结时间、地层渗透系数、浆液黏度、注浆压力、水力梯度等因素的影响,并通过试验给出浆液扩散距离的经验公式;3)渗流型地层中,油性聚氨酯反应生成固化物膨胀挤压周边地层,通过挤压力抵抗外水压力,水性聚氨酯的接触面挤压力小于油性聚氨酯,通过包水性消耗孔隙水,同时结合挤压力实现堵漏;4)空洞型地层中,油性聚氨酯固化物以自密封的形式、水性聚氨酯以黏结力和自密封共同作用的形式实现堵漏效果;5)空洞型地层中,堵漏注浆的浆液扩散过程受浆液及其生成物密度的影响,针对不同渗漏位置需要选用不同的浆液类型。

隧道洞渣制备机制砂的细度模数控制系统研究与应用

隧道洞渣岩石特性多变,成品机制砂细度模数波动大,不利于工程应用。通过理论分析和试验研究等方法,研究了各公称粒径区间占比对细度模数的影响,将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,以《建设用砂》细度模数的计算公式为基础,结合实测数据得出细度模数简化预测公式,并基于该预测公式构建了控制逻辑,实现了细度模数的在线调配与闭环控制。研究结果表明:将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,可推导出细度模数的简化预测公式,通过两区间砂的比值即可快速准确预测细度模数;当细度模数在2.6~2.8之间且调配系数k取2.1时,m3与m2的比值为3.1~4.8,m3与v的比值为78.12~120.96。基于简化预测公式构建的细度模数控制系统,可实现细度模数稳定控制,对隧道洞渣资源化利用有积极作用。

高地应力水平岩层隧道滞后型岩爆时空倾向性机制分析

浙江杭温水平岩层隧道内滞后型岩爆频发,但目前对于其孕育机理和时空倾向性研究不足。故采用有限差分软件,通过地应力测试和统计现场岩爆资料的方法,研究分析滞后型岩爆时空特征机制。结果表明:①滞后型岩爆具有明显的时空倾向性特征。近70%的滞后型岩爆时间上发生在该区开挖6~30 d,空间上滞后于掌子面30~100 m之间;且多发生中等岩爆,岩爆等级及可能性随时空变化呈现倒“V”形趋势。②硬岩在高地应力环境中具有明显的延性与时效变形特征;在卸荷条件下,应力释放率的逐渐增加是诱发滞后型岩爆的最主要因素。③开挖一定距离后,隧道周边不同位置处都出现应变能突变,且保持较高的应变能密度,易发生等级较高的岩爆。上述结果为以后预测滞后型岩爆和施加相应支护措施提供了依据。

结合三维无参数注意力机制的隧道裂缝检测方法

为进一步研究现有公路隧道裂缝检测算法中对裂缝特征提取不充分、抗干扰能力弱而导致漏检以及检测速度慢等问题,提出一种基于改进YOLOv5的隧道裂缝检测方法。首先,在主干网络中结合高效的三维无参数注意力机制,引入残差模块C3SM,用于增强深浅层特征信息之间的交互,在优化计算复杂度的同时增强网络特征提取能力;其次,在特征金字塔中采用一种新的特征融合网络结构,整合相邻层的特征图,能较好地保留裂缝边缘信息,在保证语义信息不受损失的同时加快模型的检测速度;最后,采用位置损失函数WIoU优化遮挡和重叠目标的检测效果。为验证该方法的有效性,在Tunnel-crack和湖州隧道裂缝数据集上进行大量试验,结果表明:所提出检测方法的精度与速度分别达到88.7%、103.5帧/s和85.1%、99.4帧/s,相比大多数高性能目标检测器具有更高的识别准确率,并能满足隧道裂缝检测的要求。

川西地区极破碎软岩隧道大变形机制分析及控制技术——以查针梁子隧道工程为例

为解决隧道建设过程中初期支护变形侵限严重、频繁塌方等问题,依托G0615久治至马尔康高速公路查针梁子隧道进行研究,通过微台阶开挖、增大预留变形量、双层钢架支护、加强锁脚、机械化施工快速封闭成环、加强施工管理等工程措施,有效控制了围岩大变形。研究结果表明:1)通过针对性的加强支护参数,能够控制初期支护变形,有效开挖,初期支护侵限率由最初的29%下降为0。2)通过缩小台阶长度,采用微台阶,单工序,减小了初期支护封闭成环时间,封闭成环时间由40~50 d减小到15~20 d。3)由于空间有限,适时引进部分机械设备,采用了立架台车,可有效减少立架时间,加快施工进度,单掌子面月(最低)掘进进尺由6 m/月提高到36 m/月。

基于Mask R-CNN模型的铁路隧道衬砌机制砂混凝土裂缝视觉检测

铁路隧道衬砌结构裂缝图像具有复杂的灰度分布和变化特征,局部和全局的多特征信息会干扰跟踪方向和边界跟踪参数,模型可扩展性受限,检测准确率较低。为此,提出基于Mask R-CNN模型的铁路隧道衬砌机制砂混凝土裂缝视觉检测方法。首先输入分段线性变换后的砂混凝土裂缝图像,抽取阈值,生成连通域标识,再以像素点为背景点,在Mask R-CNN模型中,同时检测裂缝区域的位置和标记像素级的边缘掩膜,判定裂缝边界起点与裂缝宽度;然后进行累加视觉检测方法设计,按照裂缝的几何特征以及排序结果,求解裂缝长度,获得完整的裂缝轮廓。试验结果表明,所提方法可以较为完整地检测所有关键位置,裂缝参数信息检测准确率较高;迭代次数升高后,检测结果受到的影响较小,可扩展性得到了改善,可适应任务需求,具有较好的应用价值。

基于超声波的机制骨料用隧道洞渣母岩抗压强度快速评价方法

为快速判定隧道洞渣母岩是否能用于机制骨料的制备,研究变质岩、沉积岩、火成岩隧道洞渣母岩的超声波速度与频域特征,分析洞渣母岩岩性、含水率及试件尺寸对隧道洞渣母岩超声波速度的影响规律,并建立了基于超声波波速的隧道洞渣母岩抗压强度超前预报模型。研究结果表明:隧道洞渣母岩超声波信号参数能够较为准确地反映岩石抗压强度,母岩的饱和单轴抗压强度与其超声波波速呈现正相关性,且试件尺寸对超声波速度影响不大;频域信号及其主频幅值能反映岩石内部缺陷情况,频域分布最为分散且主频幅值低时可以认为岩石内孔隙数量较多;超声波信号图谱特征受岩性及矿物组成影响显著,金属矿物中声波信号频域降低少,波速更快;试件含水率对母岩的抗压强度影响能够通过超声波波速反映,同种岩性的隧道洞渣母岩抗压强度大小依次为:烘干状态>自然状态>饱水状态。按照变质岩、沉积岩、火成岩三大类岩性分类建立隧道洞渣母岩饱和抗压强度评价模型,其中变质岩与岩浆岩的单轴抗压强度与超声波波速呈线性关系,沉积岩单轴抗压强度与超声波波速呈指数关系;通过实际工程验证发现,波速与饱和抗压强度具有良好的相关性,证明该评价模型具有较高的可信度。

高抗裂机制砂在严寒隧道衬砌混凝土中的应用

为保证工程质量安全,选定目标隧道,针对工程特征以及原料性能,分析混凝土的力学性能、耐久性、抗冻性以及抗渗性,得到合适的高抗裂机制砂混凝土配合比。根据对混凝土的抗压强度、抗折强度以及弹性模量分析,得到衬砌混凝土的最优配比设定如下:水泥260 kg/m^(3)、粉煤灰105 kg/m^(3)、矿渣粉65 kg/m^(3)、原状机制砂780 kg/m^(3)、碎石1075 kg/m^(3)、水150 kg/m^(3)、减水剂2.85 kg/m^(3)。通过试验验证高抗裂机制砂在严寒地区隧道衬砌混凝土中的应用效果,证实了应用机制砂后可有效提升工程质量和经济性。

IPv6过渡机制分析与 6 to 4 Tunnel的实现

讨论了IPv4到IPv6的各种过渡机制，重点分析了6t o 4 tunnel的关键技术，包括6 to 4 tunnel前缀、地址选择、封装、分片、ICMP消息处理等，阐述了在IPv6路由器中实现6 to4 tunnel的方法，最后讨论了在过渡中有待进一步解决的问题。

强震区软岩隧道大变形破坏特征及其成因机制分析

对在建的穿越5·12强震区发震断裂带上广甘高速公路杜家山软岩隧道中多次出现的大变形及塌方等地质灾害特征、影响因素及其成因机制的分析表明:强震区软岩隧道变形破坏多以坍塌为主,且多数发生于掌子面附近;围岩自稳能力差及地下水对岩体的软化作用是隧道发生变形破坏的主要诱因,但5·12强震及后期余震作用形成的大量深部震裂损伤岩体也是产生上述现象的重要因素之一,复杂的区域环境造成设计、施工中类似经验不足也是引发上述现象不可忽视的重要环节。研究表明,对于强震区软岩隧道应结合现场实际情况适当调整围岩的预留变形量及安全控制基准,加强原有的支护参数,施工中重视各环节的工艺衔接,采用以三台阶+预留核心土的微台阶法可有效控制上述灾害的产生。

马蹄形隧道40°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

从西安地铁隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝的物理模型试验。结构模型混凝土应变、纵向和环向钢筋应变、结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:整体式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝时其破坏模式为扭转、弯曲、剪切变形破坏,变形破坏不对称;衬砌混凝土环向裂缝主要分布在上盘区0.83D(D=1.8 m)、下盘区1.11D;纵向裂缝主要分布在上盘区1.11D、下盘区(1.94～2.22)D;下盘结构变形破坏范围和程度要高于上盘。马蹄形隧道结构在40°斜穿地裂缝时,宜采用分段方式来应对扭转、弯曲、剪切变形,应加强结构抗扭设计,扩大断面或提高混凝土强度等级来应对剪切变形。

岩溶隧道围岩水力破坏机制研究

将不同围岩结构岩溶隧道的水力破坏模式划分为:(1)非贯通盲端裂纹的扩展;(2)贯通裂纹的横向扩展;(3)隔离体岩块的失稳;(4)溶洞岩壁整体失稳。分析各种破坏模式的力学机制,采用断裂力学方法分析非贯通盲端裂纹及贯通裂纹的横向扩展条件,将非贯通盲端裂纹视为"无限大"体中的片状裂纹,用Green和Sneddon的求解结果计算裂纹起裂条件;将隧道–溶洞岩壁上裂隙视为岩板上贯通裂纹,按照复变函数推导出的Westergaard解计算裂纹起裂条件。采用基于赤平投影与实体比例投影的极限平衡法分析隔离体岩块的失稳机制,给出考虑水压力作用的极限平衡计算公式;采用强度折减法分析溶洞岩壁整体失稳的破坏特征。针对各破坏模式给出防治措施,研究结果可为类似工程提供参考依据。

浅埋暗挖隧道管棚变形监测及受力机制分析

在土江冲隧道进口段采用应变计对管棚纵向变形进行监测,根据现场测试结果分析管棚在隧道开挖过程中的受力特性,讨论管棚的作用机制。对管棚的刚性固定端Winkler弹性地基梁模型进行改进,建立浅埋暗挖隧道管棚受力的弹性固定端双参数弹性地基梁模型,推导出管棚的扰度方程及应力、应变计算公式,提出求解方法。将弹性固定端双参数弹性地基梁模型应用于土江冲隧道管棚作用机制的分析,计算结果与实测结果吻合较好,说明采用弹性固定端双参数弹性地基梁模型分析管棚受力特征是可行的。

浅埋下穿高速公路黄土隧道管棚变形监测及受力机制分析

依托郑西客运专线阌乡隧道,开展浅埋大跨黄土隧道长大管棚受力机制的研究。对隧道进入下穿高速公路前的管棚纵向变形进行监测,根据实测结果分析长大管棚在隧道开挖过程中的受力特性与作用机制;建立浅埋暗挖黄土隧道管棚受力的双参数地基梁模型,对长大管棚受力机制进行分析。计算结果与实测结果有较好的一致性。研究结果表明:掌子面前方约15 m处管棚开始受力,掌子面过后约15 m处管棚的受力趋于稳定,管棚的纵向变形总体上呈凹槽形分布,掌子面处管棚受力最大;同时,管棚变形与开挖面位置、开挖进尺、管棚及岩体物性指标等因素有密切关系。研究结果为隧道下穿段管棚工法及施工方案的优化设计提供理论依据,并在下穿段沉降监测中得到验证。

城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制

基于国内城市隧道施工过程中地面塌陷事故频发的现状,结合地面塌陷事故案例,对城市隧道施工诱发的地面塌陷灾变机制及其控制技术进行了研究。通过对北京地铁隧道施工诱发的44起安全事故统计发现:地面塌陷事故共16起,占全部事故的36%,所占比例较高;通过对国内城市隧道施工引起的29起地面塌陷事故统计发现:管线渗漏和不良地质体是诱发地面塌陷的主要因素,两者诱发的事故合计比例高达69%,因此也是地面塌陷防控的关键性因素。根据案例统计分析结果,将地面塌陷的形成方式划分为3种类型,分别为:隧道施工直接导致上覆地层失稳破坏形成的地面塌陷,隧道施工导致地层中不良地质体破坏而形成的地面塌陷,以及隧道施工导致管线渗漏水恶化而引发的地面塌陷。采用理论分析和数值模拟揭示了城市隧道施工诱发地面塌陷的灾变机制及其演化规律,在此基础上提出了城市隧道施工过程中地面塌陷的控制技术。