天山胜利隧道敞开式TBM钢管片支护作用效果研究

针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。

天山胜利隧道内置高位水池的消防供水系统设计研究

为解决10 km甚至20 km以上的高寒高海拔超长公路隧道消防供水系统设计中洞外设置供水系统被冻结、洞内管网严重超压等难题,通过对乌尉高速天山胜利隧道消防设计的难点,以及常规的隧道外常高压供水系统及稳高压供水系统在该隧道中难以实施等问题展开深入研究,提出天山胜利隧道内设置高位消防水池及将隧道内消防管网进行分区供水的设计方案并详细论述。对于10 km甚至20 km以上的高寒高海拔超长公路隧道消防供水系统的设计:1)隧道消防给水宜采用高位消防水池供水的常高压供水系统;2)常规的隧道外常高压供水系统及稳高压供水系统在高寒高海拔超长公路隧道中无法实施,可考虑隧道内置高位消防水池的设计;3)隧道内置高位消防水池的数量、设置间距、设置高度等应根据隧道的长度、纵坡等综合考虑并进行水力计算后确定;4)隧道内置高位消防水池的常高压供水系统能解决这类隧道消防供水系统设计中管网严重超压的难题,具有供水安全可靠、施工难度较小、经济、环保等优点。

竖井地面预注浆帷幕安全厚度研究及其在隧道通风井中应用——以天山胜利隧道4号通风竖井为例

针对天山胜利隧道4号通风竖井穿越富水地层施工难、风险高的问题,采用地面预注浆技术构筑注浆帷幕。首先,考虑竖井开挖过程中的爆破扰动效应,将地面预注浆帷幕体安全厚度划分为无效厚度与有效厚度,并构建水平地层压力和孔隙水压共同作用下的注浆帷幕体力学分析模型。然后,基于弹塑性力学理论,分析有效注浆帷幕体的径向位移;同时,通过预测竖井开挖爆破后围岩粉碎区范围,确定注浆帷幕体的无效厚度。最后,运用厚壁圆筒理论,结合有效注浆帷幕体在弹塑性交界面处的位移协调条件,确定注浆帷幕体的有效厚度,并验算注浆帷幕体强度及稳定性。将上述理论应用到天山胜利隧道4号通风竖井,确定其注浆帷幕体安全厚度为6.5 m。现场监测结果表明,该厚度满足工程要求,堵水效果良好。

基于机器学习的水平定向钻钻孔围岩智能分类探讨

将水平定向钻技术应用于超长距离隧道地质勘察,可避免传统竖直勘察的诸多局限性,改变当前隧道工程地质勘察现状。通过新疆天山胜利隧道现场采集的随钻参数构建围岩预测数据集,经过数据不平衡处理后将泥浆压力、钻进速度及修正孔底钻进压力作为围岩分类评估指标,引入多种机器学习算法构建分类模型并采取网格搜索交叉验证的方法调参优化,以准确率、精确率、召回率、F1值等指标对各模型分类性能进行评估验证与探讨。结果表明:①大部分算法对碳质板岩与片麻状花岗岩具有较好的分类性能,对石英片岩的预测准确率则较低;②随机森林、决策树与梯度提升决策树分类性能最好,AdaBoost分类器表现最差;③机器学习分类方法相对传统方法在处理非线性问题时更有优势,建立数据-物理双驱动的围岩智能分类理论与模型是今后发展趋势之一。研究结果可为水平定向钻钻孔围岩预测分类问题提供指导。

复杂地质条件下高寒山区超长公路隧道总体建设方案研究

天山隧道为我国最长的高寒山区公路隧道,其地质条件极其复杂,且国内缺少建设此类隧道的经验。针对该隧道的线位方案、断面布置、洞口位置和路面结构型式四个方面,通过文献调研、理论分析,开展了全面、系统的对比研究工作,确定了安全、经济、合理的总体建设方案,即:选取K线方案作为隧道越岭线路方案,其纵坡采取0.9%/16 800/2 810.87与-0.5%/4 860/2 937.77的组合;采用两主洞加服务隧道的断面布置方案;选取合理的隧道洞口位置,并针对洞口出现的工程地质问题,提出了相应的防治措施;对比和分析了沥青路面与水泥路面的优缺点,并建议采用水泥路面作为隧道路面结构型式。该总体建设方案对高寒山区类似超长公路隧道的快速施工、运营管理、建设工期控制等具有重要的指导意义。

敞开式TBM穿越长大断裂带施工技术研究

天山胜利隧道穿越博-阿区域长大断裂,敞开式岩石掘进机(TBM)施工面临着长距离穿越破碎围岩、突涌水、软岩挤压大变形等工程地质问题。为保障TBM安全、高效掘进,TBM始发掘进前,通过超长距离水平定向钻探测断裂带位置及地质特征。针对隧道施工重难点,对设备进行专项配置和改造,并结合工程实践,提出刀盘扩挖、应急喷射混凝土、钢筋排-钢拱架联合支护、TBM超前地质预报、掘进参数控制、塌腔回填、钻孔排水、注浆加固等一系列针对性技术措施,成功应用于博-阿断裂带的掘进过程,较好地保证了TBM在破碎围岩、富水、高地应力软岩等不良地质段落中的安全、高效掘进,节约工期57 d,达到了预期效果。研究成果可为类似的敞开式TBM穿越长大断裂带施工提供一定技术参考。

浅谈北天山越岭隧道水文地质工作中的体会

研究目的:本文根据作者在北天山越岭隧道的工作经历,对北天山越岭隧道调绘和勘察全过程进行了总结,并阐述了自己的亲身体会,对工作中出现的一些问题提出了自己的一些看法。研究方法:在越岭隧道的勘察过程中,广泛采用了先进有效的技术手段,以遥感技术指导地面的调绘工作,通过综合物探,配合适量的钻探验证,以查明隧道通过区的地质及水文地质条件,通过钻孔内的地应力测试及综合水文测井,并取得相应的地质及水文地质参数;通过对泉水流量的测定,为隧道涌水量的预测提供了依据,并通过取样进行化学分析及氚分析,查明了地下水的补、径、排关系;通过水文地质计算,预测隧道的涌水量。研究结果:经过综合勘察,查明了隧道通过区的地层岩性、地质构造及地层的富水情况,取得了相应的水文地质参数,为隧道的设计及施工提供了依据。研究结论:通过对北天山越岭隧道的勘察,进一步认识了多种技术手段相结合的必要性,也充分意识到了水文地质工作在深埋长大隧道勘察中的重要性。但同时在工作中也发现了一些问题,通过经验总结提高了认识。

F6断层隧道处治施工方案优化研究

F6(博-阿断裂)断层破碎带为复合区域深大断裂带,岩体破碎、侧壁稳定性较差,隧道施工时易发生突涌水灾害,进而导致塌方事故,需对F6断层处治进行研究。文中以天山胜利隧道敞开式TBM穿越F6断层破碎带施工为实例,提出F6断层的7种处治方案,结合项目施工条件选择高质量、更安全、低成本的最优方案。结果表明,采用地表深孔定向注浆固结结合管棚超前注浆固结的施工方案为最优。

TGP超前地质预报技术在隧道F6断裂带的应用研究

为探明F6断裂带对天山胜利隧道的影响范围,文中采用TGP超前地质预报手段对天山胜利隧道进入、离开F6断裂带影响范围区间进行超前地质预报应用研究。结果表明,F6断裂带对天山胜利隧道的实际影响范围小于勘察时已探明的影响范围,TGP超前地质预报手段对长、大断裂带的超前地质预报准确率较高。

巴哈公路东天山隧道主要工程地质问题分析

根据巴里坤至哈密公路东天山隧道工程地质勘察成果,介绍了隧址区地形地貌、地层岩性、地质构造及水文地质条件。着重分析了几个主要工程地质问题,并提出了相应的处理措施。

天山胜利隧道“TBM法+钻爆法”施工期间服务隧道粉尘浓度测试与分析

为探索高海拔超特长隧道在“TBM法+钻爆法”共同施工期间洞内气象条件和粉尘浓度时空分布规律,以乌尉高速公路天山胜利隧道为依托,通过现场监测分析洞内风速、风向、气压、温湿度等气象参数时变规律与粉尘浓度时空特性,对比分析不同工况(爆破期间与非爆破期间)下服务隧道和联络通道粉尘浓度分布特征,揭示多工作面条件下服务隧道内粉尘沿程分布规律,探索不同位置工作面爆破对服务隧道及联络通道粉尘浓度的影响。研究结果表明:服务隧道和联络通道内温度、气压、湿度及粉尘浓度的时变规律基本一致,但风速和风向受断面过风面积和施工影响有所不同,联络通道风速较服务隧道风速波动大,受右洞近距离爆破冲击影响,联络通道内风向短期会发生变化,由服务隧道向联络通道排风转变为向服务隧道送风。服务隧道内粉尘浓度从洞口向洞内呈三个梯度递增,竖井自然排风效应显著。主洞非爆破时段,服务隧道中粉尘浓度基本稳定,PM_(2.5)、PM_(10)、PM_(100)浓度分别维持在0.8 mg/m^(3)、3.7 mg/m^(3)、9.5 mg/m^(3)水平,均满足隧道施工粉尘浓度阈值;主洞爆破时段,服务隧道内粉尘浓度急剧增加,PM_(2.5)、PM_(10)、PM_(100)浓度达到峰值,分别高达1.4 mg/m^(3)、6.9 mg/m^(3)、21.3 mg/m^(3),该时段除PM_(2.5)浓度未超标外,PM_(10)、PM_(100)浓度均严重超过其容许浓度,超限比例分别为38%和113%,此时服务隧道应增大供风量为128.5 m^(3)/s。在主洞未与联络通道相连阶段,风流需经过服务隧道排出,主洞爆破会同步驱动服务隧道和联络通道内粉尘浓度变化;当主洞与联络通道直接连通时,主洞爆破会显著影响联络通道内粉尘浓度,但对服务隧道内粉尘浓度影响较小。

天山胜利隧道施工关键技术创新与应用

新疆乌尉高速天山胜利隧道全长22.13 km,是目前世界在建最长的高速公路隧道,工程建设面临高寒、高海拔等复杂恶劣环境影响下建设20 km级超长大埋深高速公路山岭隧道的多项挑战。作为国内公路行业首次采用TBM辅助施工的三洞隧道模式,文章系统介绍天山胜利隧道在施工组织、物料运输、施工通风、TBM施工、竖井作业等方面的关键创新技术,创新性地提出适用于超特长隧道的“长隧超短打”三洞法施工组织、TBM无轨物料运输、TBM压注式混凝土工艺、洞顶正上方悬挂式连续皮带机、多工作面施工通风、深大竖井地面深部预注浆技术、短掘短衬作业法等新技术、新工艺、新设备,为今后超特长隧道施工提供系统参考,对提升超特长隧道建造水平具有重要意义。

乌尉高速天山胜利隧道总体施工技术方案

乌尉高速天山胜利隧道全长约22 km,是目前全世界在建最长的高速公路隧道,采用"3洞(2主洞钻爆法开挖+1中导洞TBM)+4竖井"的建设方案,施工难度大,技术标准要求高,隧道施工面临TBM穿越大断层破碎带、三洞法隧道长距离通风、深大竖井施工以及中导洞辅助两主洞施工物流组织等技术难题。天山胜利隧道采用平行三洞法设计,TBM中导洞不仅起到超前导洞的作用,而且可以辅助两主洞施工,加快施工进度。中导洞TBM开挖直径为8.4 m,采用初期支护施工期100%承载设计,可以满足洞内双向物料运输、通风及皮带出渣设备的要求。连续皮带机采用拱顶悬吊方案,可以减少对横通道物流组织影响,TBM物料和预制仰拱块的运输选用中交集团自主研发的多功能胶轮车MSV,可实现双头驾驶。TBM穿越F6及F7两条大断层破碎带,根据掌子面围岩稳定性,采用分级处理,必要时初期支护采用"钢管片+压注混凝土"的支护形式,当出现严重卡机或塌方时,应采用扩挖导坑法技术或迂回导坑法处理技术。天山胜利隧道采用分阶段压入式通风,通风方式随隧道施工阶段的变化采用分阶段设计,风机选用进口风机、风管,成立通风管理班组,加强通风管理,保障通风质量。两主洞采用钻爆法施工,高度机械化推广三臂凿岩台车以及湿喷台车等设备的应用,减少了人员数量,降低了劳动强度,提高了作业效率。天山胜利隧道深竖井采用短段掘砌混合作业法施工,初期支护采用模注混凝土衬砌,实现安全、快速掘进。研究表明,天山胜利隧道采用的施工技术方案可以满足隧道建设的需要,研究成果可以直接指导天山胜利隧道施工,并为其他高海拔地区特长公路隧道施工提供一定的借鉴。