高黎贡山深埋隧道地应力特征及岩爆模拟试验

以中国西南地区地质作用最复杂的高黎贡山越岭隧道为例,在隧道工程地质条件分析的基础上,对最可能发生岩爆的花岗斑岩进行真三轴岩石力学试验测试,并结合原位地应力测量结果,确定不同工况下岩爆模拟试验的三向应力量值和加载、卸载方式。岩爆模拟试验结果表明,单纯卸载和卸载–加载方式都可以出现岩爆,但卸载–加载方式的岩爆明显比单一卸载方式的岩爆要强烈,说明隧道开挖后二次应力分布引起的应力集中对岩爆的发生起着十分重要的作用。岩爆破坏过程通常具有渐进性,一般先在试件表面出现岩屑剥落,有时伴有裂纹的扩展,最后才会发生岩块的弹射现象。绝大多数试件岩爆具有明显的滞后性,表现为加载或卸载一段时间后才发生岩爆;而岩爆过程持续时间却非常短(1 s左右),具有明显的瞬时性。声发射监测结果显示,花岗斑岩在外部荷载作用下声发射强烈,对岩爆具有较好的前兆性。上述模拟结果和认识对于地质条件复杂的造山带深埋隧道工程建设具有重要的参考价值。

基于岩爆倾向性的高黎贡山深埋隧道岩爆预测研究

岩爆的预测研究一直是地下工程的世界性难题之一,岩爆倾向性是岩爆发生的一个重要条件。本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查和室内岩石力学实验测试分析的基础上,计算分析了高黎贡山深埋隧道花岗斑岩岩体的弹性应变能指数WET、岩石脆性系数B和最大储存弹性应变能指标Es等岩爆倾向性指标。在ANSYS软件平台上,进行了隧道开挖三维有限元数值模拟,根据Russense岩爆判据对隧道开挖断面的岩爆危险性进行预测。研究结果表明:高黎贡山深埋隧道花岗斑岩以弱岩爆倾向性为主,在隧道开挖后,局部位置存在中等岩爆的可能。

典型隧道断面形态对拟建滇西大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道稳定性影响的数值模拟分析

拟建的大理—瑞丽铁路穿越横断山区南段的滇西南地区,地形、地貌和地质条件都极为复杂,其中高黎贡山深埋超长隧道的工程稳定性问题一直是困扰铁路选线、设计和施工的重大工程难点。针对不同形态隧道断面可能对高黎贡山超长隧道工程稳定性产生的影响问题,在充分综合该区野外地质调查、地应力测量、岩石力学实验等成果与资料的基础上,利用ANSYS有限元应力分析软件对不同形态隧道断面的应力分布进行了有限元计算,给出了应力分布图像,分析了断面应力分布的特点和断面形状对应力分布的影响。同时,计算了围岩的应力与强度比,对2种不同断面的围岩稳定性进行了分析对比,最后根据分析结果对不同隧道断面形态下的隧道稳定性进行了综合评价,并据此提出了铁路隧道断面设计与施工中应重点关注的问题。

滇西高黎贡山南段腾越隧道沿线岩石-构造特征及其工程影响

横断山地区的复杂地质构造条件是制约滇西大环线、沿边高速和滇中城市群高速路网等重点工程规划与建设的最突出问题。以拟穿越横断山南段高黎贡山的超长深埋公路隧道(腾越隧道)为例,基于隧道工程区详细的岩石地层、构造地质与工程地质勘查资料,对该区的隧道围岩、地质构造以及相关的水热活动特征等进行了详细剖析,总结了面临的主要工程问题。结果表明:高黎贡山南段是较为典型的以韧性剪切带及所夹持的花岗岩体和变质岩块为主构成的动力变质变形带;隧道工程区主要包含9类岩石工程单元,主体以形成于上地壳下部至中地壳的中深层次变质岩类和花岗岩类为主;对工程建设可能产生显著影响的主要断裂带有10条,分属怒江断裂系、高黎贡山断裂系(或泸水—瑞丽断裂系)和龙川江断裂系三大构造体系,并控制了区域上主要水热活动带,其中第四纪仍可能存在活动性的断裂带有5条,高黎贡山西侧边界断裂带是影响隧道工程的主要活动断裂。综合分析结果表明,研究区隧道围岩的工程地质属性多属于较破碎的坚硬—较坚硬岩,高地应力和高地温将是影响隧道工程稳定性的主要因素,其次是变质岩和花岗岩的岩体特性与构造节理发育程度,以及相关的断裂涌水和花岗岩区段的密集节理带透水问题。

基于GIS的深埋超长隧道岩爆等级评估方法

将岩爆等级评估方法与GIS空间数据分析方法相结合,提出基于地理信息系统(GIS)框架的深埋超长隧道岩爆等级评估方法。该方法以GIS的图元及其空间属性表征隧道洞段及其岩爆等级控制因素,依据岩爆等级判据为基本关系式,通过属性集空间分析和Python脚本执行实现岩爆等级智能评估和评估成果图形化显示。隧道工程数据由GIS空间数据库统一管理,实现超长隧道岩爆等级评估信息的高效信息查询、计算、分析和几何图形展示,并根据工程进展实时高效地更新。研究结果表明:该方法减少了超长隧道岩爆等级评估的任务量,使得岩爆等级评估结果能够可视化呈现,同时减少了由于地应力、构造条件等数据更新而导致的返工耗时,丰富和发展了岩爆分析预测的方法,为岩爆等级预测提供了新的手段。

大瑞铁路高黎贡山隧道原岩温度预测

随着深埋长隧道需求数量的增加,高地温热害问题越来越突出,严重影响到施工人员的安全及工作效率,需要根据地温的分布特征来对隧道高温地段采取必要的降温措施。结合大瑞铁路高黎贡山隧道的地质、地温实测资料及通过"谷地地理信息系统"获取的地形数据,采用基于地质演化历史计算原岩温度的数学模型,编制相应的计算程序对高黎贡山大瑞铁路隧道进行原岩温度预测,并对隧址区的温度场沿洞线方向进行简单划分,为隧道采用有效的降温措施提供必要的地温场数据。通过计算分析可以得出:1)沿隧道向瑞丽方向,隧道原岩温度有先增大后减小的趋势,最高点温度为31. 73℃; 2)隧道开始大约2. 5 km以内及18 km至隧道终点段,隧道岩温在28℃以下; 3) 2. 5～18 km段隧道岩温为28～31. 73℃,其中高于28℃区域需要采取实时温度监控措施。

超长深埋高地应力TBM隧道修建关键技术

我国西部地区基础设施建设相对滞后。随着新时代的发展,西部地区铁路、公路和水利等基础设施建设进入一个快速发展阶段,隧道工程是其重要的选项;但西部地区大多处于青藏高原,山高谷深,隧道工程将会具有明显的超长、深埋的特点;同时该区域地质构造活跃,其水平地应力相对其他区域均偏高,隧道工程具有高地应力的特点。通过对类似TBM工程的研究与实践,阐述了超长深埋高地应力TBM隧道的主要问题,从隧道解重构行为特征出发,分析了典型的四类不良地质对TBM施工的影响,提出了相应的TBM选型要求、TBM针对性设计、掘进参数控制、支护技术方法等;以色季拉山隧道为例,深度分析了该隧道TBM选型的相关问题,以及该隧道TBM针对性设计要点;最后提出了开展超长深埋高地应力TBM隧道修建智能技术研究的建议。

褶皱构造体中深埋隧道岩爆机制与隧道断面适宜性研究

地质构造对岩爆具有重要的影响。以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为工程实例,在野外地质调查、岩石力学测试分析、地应力测试分析等研究基础上,采用ANSYS大型有限元数值软件模拟分析在现今构造应力场中,在褶皱构造带岩体中开挖隧道所引起的隧道围岩应力重分布特征,对不同工况组合条件下深埋隧道的岩爆特征进行深入分析和研究,并就可能发生岩爆的部位和岩爆强度进行预测。研究表明,岩爆发生强度与隧道所在地质构造体中的不同部位和隧道形状具有较大关系:当马蹄形隧道位于向斜核部、圆拱直墙形隧道位于背斜核部和褶皱翼部且隧道轴线与褶皱轴线相平行时发生岩爆的可能性最大,而当隧道轴线与褶皱轴线相垂直时发生岩爆的可能性较低。隧道规划建设宜选择在隧道轴线与褶皱轴线相垂直等部位,或当隧道轴线平行于褶皱轴线时选择适宜性较好的隧道断面,以减弱岩爆对隧道工程的影响。

超前地质预报在深埋超长隧洞施工中的应用

深长隧道的施工过程中经常会遇到塌方、突水等无法预测的地质灾害,对施工安全构成了极大威胁,准确及时的地质超前预报方法是目前隧道建设过程中亟待解决的难题。本文详细介绍了不良地质隧道超前预报的几种常见方法,以山西省中部引黄深埋超长隧道为工程背景,采用地震波预报TSP技术,预报了隧道内断层构造及断层破碎带、节理、裂隙较发育段情况,结果与实际比较符合,同时分析了TSP技术在地质探测中的不足,最后提出了适用于中部引黄隧道的地质预报方法,对类似工程具有一定的借鉴意义。

超长深埋隧道机械化开挖围岩稳定性分析

随着隧道工程领域近年来大力推动机械化施工发展,采用大断面、长进尺开挖工法对围岩稳定性要求将有重大而深刻改变,研究机械化快速施工在不同工况条件下掌子面围岩稳定性,对保障施工安全、提升施工效率意义重大。本文围绕超长深埋隧道机械化开挖围岩稳定性问题,假定掌子面失稳模型为棱柱体与楔形体的复合型式,分析不同地质环境、不同开挖进尺、不同台阶高度、不同断面形式对围岩稳定性影响。研究结论:岩体粘聚力与内摩擦角对稳定性具有重要影响,但随二者增大掌子面稳定系数并非线性增加,而是呈现增长速率逐渐放缓的趋势;掌子面安全系数与开挖进尺、台阶高度呈非线性变化,可根据变化曲率确定最优开挖参数;由单洞双线变为单洞单线隧道,掌子面稳定系数平均增大1倍左右;采用综合性辅助加固措施后,掌子面稳定系数平均增大约35.8%。

用于工程勘察的水平定向钻探技术探讨

在工程勘察中采用水平定向钻探技术,可以高效地解决一些垂直钻孔无法解决的问题。论文概述了水平定向钻探技术在非开挖铺设管线、油气钻井、地质勘探等领域的技术现状,认为在工程勘察领域的应用前景广阔。分析了应用水平定向钻探进行工程勘察在适用能力、勘察速度、勘察精度等方面具有的优势,提出水平定向钻探适用于深埋隧道等水平线状工程、既有建筑加固工程、考古发掘探测等领域的勘察。最后对应用于工程勘察的水平定向钻探技术需要研发的重点方向提出了建议,包括超长孔钻进技术、轨迹控制技术、连续取心技术、综合测试技术等。

极端复杂地质TBM法深埋长大隧道施工关键技术及应用

深埋长大隧道修建是推进我国"交通强国战略"和"水资源高效利用"的重大举措,众多交通隧道使得交通运输由"盘山越岭"变为"穿山越岭",多座引水隧洞使得多地欠缺水资源的生态环境发生了明显改善,岩石隧道掘进机(TBM)工法发挥了重要作用.然而,软弱破碎、挤压性、极硬岩地层等复杂地质,严重影响TBM效用发挥、制约超长隧道修建,TBM如何安全高效穿越长距离超大埋深软弱破碎、极硬岩地层是亟待解决的世界难题.