富水岩溶地区隧道涌水预测与施工处置技术研究

针对贵州某隧道施工过程中遭遇一处连通地下暗河的大型溶洞引起隧道内大规模涌水的灾害进行研究,结合水文地质情况对涌水量进行预测和分析后,现场先对岩溶水进行初步释压,后采用水泥砂浆分步回填隧道上伏溶腔以封堵岩溶出水口;进一步采用集水管引排岩溶水的方式对剩余地下水进行二次加强处理,同时将集水管与隧道外侧的泄水洞相连,二者构成一套完整的引排水系统的处治手段。采用堵排相结合的原则有效地达到涌水处置目的,确保了隧道的安全施工,可为类似地层的隧道施工提供有益的借鉴。

富水砂层地铁盾构隧道渣土混合改良的流塑性与渗透性

[目的]盾构在富水砂层中掘进时,易产生刀盘扭矩过高、磨损严重以及螺旋运输机喷涌等问题。为了保证施工的安全性,需对渣土进行改良。[方法]以西安地铁16号线某盾构区间工程为依托,根据砂土地层自稳性差、摩擦性高、渗透率高的特点选取渣土改良剂。通过渣土坍落度试验、渗透试验、现场试验相结合的方式,采用泡沫单独改良、泡沫及膨润土泥浆混合改良两种方案开展富水砂层渣土改良试验研究。[结果及结论]实际盾构掘进施工中,在考虑安全、高效、经济的前提下,结合室内试验所得数据,确定采用膨润土泥浆、泡沫混合改良的方案。当膨润土与水质量比为1/8,发泡液质量分数为3%时,改良剂性能满足施工要求;泡沫单独改良渣土受含水率影响大,含水率越高,泡沫最佳注入率越小。中砂的最佳改良方案是BIR(膨润土泥浆注入比)为10%,FIR(泡沫注入率)为20%~25%;砾砂的最佳改良方案是BIR为10%,FIR为35%~40%。工程实践表明,渣土混合改良效果良好,盾构掘进参数平稳。

侧部承压溶洞与深埋隧道间隔水岩体安全厚度研究

为保证深埋隧道安全通过侧部高压富水溶洞区段,在隧道突水发生机制分析与隔水岩体最小安全厚度划分的基础上,结合突变理论、鲁宾涅特方程及相关工程经验对隧道边墙岩体安全厚度进行研究,导出最小安全厚度计算公式,建立突水判据,分析相关影响因素对隧道边墙隔水岩体最小安全厚度的影响规律。结果表明:隔水岩体最小安全厚度H_(min)与围岩力学参数弹性模量E、内摩擦角φ呈正相关,与溶洞水压力q_(w)、岩梁跨度L及隧道埋深h呈负相关;各因素对H_(min)影响程度由大到小依次为h、φ、E、L与q_(w),其中h与φ影响程度相近,E在超过3 GPa的情况下H_(min)变化趋于平缓,E的影响程度与L相近;结合有限元模拟结果和工程实例分析,验证了H_(min)理论计算公式及突水判据的准确性与可行性,对相关工程建设具有指导意义。

古兜山隧道富水段探测与处置技术研究

为探明古兜山隧道富水情况,通过超前钻孔、瞬变电磁法探测隧道富水段情况;针对古兜山隧道的富水情况,开展现场注浆止水加固试验研究,提出富水区注浆止水关键技术;综合考虑隧道地下水排放量与植被生态的平衡,给出隧址区的地下水允许排放量。研究结果表明:选择普通水泥-水玻璃双液浆用于钻孔揭露隧道涌水量较大的区域,确保注浆效果;综合考虑地下水压力、地层岩性、浆液的性质和浓度及注浆扩散半径等因素,确定注浆终压取值为5~6 MPa;针对植被、生态环保要求,按2年内恢复原始地下水位,确定泄洪口区、水库连接区及隧道近出口区的地下水允许排放量。

强富水区山岭隧道穿越断层破碎带施工技术研究

为降低隧道穿越断层破碎带施工中的涌水突泥风险,该文依托古兜山隧道实体工程,采用“TSP+地质雷达+超前地质钻孔”的地质超前预报技术,探明隧道掌子面前方的地层状况和富水程度,提出富水区隧道穿越断层破碎带施工关键技术。提出隧道洞口明挖法与隧道洞内光面爆破技术及洞内围岩段的双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、三台阶七部法的开挖方式;采用S-Ⅴb型隧道衬砌结构型式与全断面帷幕注浆、加强泄水等技术相结合的支护方式,其中的整体承载结构为初期支撑系统和二次模筑衬砌的组合结构。该施工关键技术可有效避免古兜山隧道施工的突水涌泥现象,可指导类似工程的施工。

富水超大断面隧道开挖方法比选研究

韶新高速公路的松山隧道穿越富水区域,开挖过程中出现了明显的涌水现象。基于该隧道地质的资料,利用有限元软件FLAC 3D分别模拟全断面法和上下台阶法2种开挖方法。研究结果表明:当水压较小时,宜采用全断面开挖法;当水压力较大时,宜采用上下台阶法施工。研究结论对富水超大断面隧道开挖方法的选择具有一定的参考意义。

穿越富水断层时红层泥岩隧道的受力响应

为了解红层泥岩隧道穿越富水断层破碎带时衬砌结构的受力状态,对甘肃某在建隧道邻近富水断层带的红层泥岩断面开展了围岩、初支钢拱架和二次衬砌(二衬)混凝土应力的长期原位监测,分析了富水断层突水突泥治理期间红层泥岩隧道结构的受力规律。结果表明:受富水断层的水分渗流影响,施工期隧道拱顶的围岩压力最大,为498.28 kPa,在二衬施作后,拱顶围岩压力逐渐降低,而仰拱承受围岩压力持续增加,仰拱最大围岩压力达352.75 kPa。初支钢拱架具有明显的非对称分布,拱架外侧受力呈“上大下小”分布特征,最大压应力位于拱顶与右拱腰,右拱腰受断层活动产生的压应力影响而弯曲破坏;拱架内侧受力呈“上小下大”特征,最大压应力位于仰拱左侧。二衬混凝土总体满足隧道安全系数要求,受富水断层直接影响的拱顶与右拱腰混凝土承受最大压应力;由于施工结束后断层破碎带向隧道基底围岩的持续水分渗透,仰拱混凝土应力稳定时间较长,在长期运营中具有底鼓风险,在隧道运营中应重点关注隧道基底变形。研究结果为后续类似隧道工程的加固方案优化和排水方案确定提供相应参考。

富水砂层盾构下穿高速铁路控制技术研究

以西安轨道交通地铁10号线东风路站—学府路站区间下穿大西、郑西客专高速铁路土压平衡盾构施工为背景,基于盾构试验段数据研究土压平衡盾构在富水砂层中下穿掘进参数及控制措施。根据现场盾构下穿既有高速铁路路段的隧道埋深与地质条件,通过200m盾构试验段,确定盾构下穿施工具体掘进施工参数。其中控制掘进速度为35~40mm/min、出土量54~60m^(3)、二次注浆压力0.4~0.5MPa、下穿注浆量7.8~8.5m^(3)/环和土仓压力1.0~1.2bar,下穿过程中同步注浆、二次注浆要及时跟进。

富水区隧道穿越断层破碎带施工应急预案研究

为降低富水区公路隧道穿越断层破碎带施工中涌水、塌方等突发事件的危害,保证施工人员的安全,该文依托古兜山隧道实体工程,建立富水区隧道施工中突发事件应急预案体系。对富水区公路隧道穿越断层破碎带施工过程中可能的突发事件进行分类,建立富水区隧道突发事件应急预案。研究表明,富水区隧道施工过程中发生涌水事故时,应及时疏通横通道,布设抽水泵将涌水抽出洞外,减少洞内水流量;出现坍塌事件时,应当及时处理伤亡人员,并及时运走废土;发生爆炸事故时,应迅速灭火及时疏散工作人员,救治伤员,清理现场,避免造成二次伤害;发生大型机械设备故障情况后,要及时处理伤亡人员,并尽快判断其位置和损伤范围,及时开展救援,转移机械设备,抢修故障机械。

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。

考虑水盆效应隧道道床上浮力学特征及计算分析

围绕富水隧道道床上浮底鼓工程问题,本文探索将水盆效应引入隧道无砟道床上浮底鼓病害的研究中。首先,基于应变能和能量理论,结合结构层间接触力学条件,开展隧道道床应力和变形量推导,以验证水盆效应与道床上浮关联的合理性。其次,构建道床变形挠曲线方程和应力和最大变形量公式,得到基底0.5 m水头高度可以引起粘结失效道床上浮底鼓,并通过设定上浮临界水头值划分上浮三阶段:1)初期入渗汇水阶段;2)局部积水阶段;3)水盆上浮阶段。最后,建立不同排水状态下道床横向及纵向上浮量计算公式,形成基底水流量差、压力速率分别与上浮速率及上浮量的关系曲线,形成隧道道床上浮的最小水头高度的计算方法,以助力道床上浮控制的研究和治理措施的改进。

高地应力断层破碎带富水段隧道帷幕注浆效果及注浆圈参数研究

周边超前预注浆加固是改变裂隙岩体物理力学性能和渗透性能的有效方法,以鸡心岭隧道工程为例,通过数值模拟分析了周边预注浆加固前后、不同注浆圈厚度和注浆圈渗透系数对围岩渗流场、位移场、塑性区及支护受力的影响规律。结果表明:1)周边超前预注浆加固能有效降低初期支护静水压力,减小围岩塑性破坏范围和洞周位移,并使得隧道涌水集中发生在拱脚位置;2)注浆圈厚度超过8 m后,继续增大注浆圈厚度对围岩位移的影响较小;3)降低注浆圈渗透系数可有效降低隧道涌水量,但会增大围岩变形。

富水隧道虹吸式反坡排水施工技术

开云高速龙缸隧道为富水隧道,两端掘进,出口工区为反坡排水,施工过程中单洞最大出水量达9 072.0 m3/d,根据现有反坡排水技术,需要设置集水井与排水泵站,从而导致长期反坡排水产生高额处治费用。该文研究一种利用虹吸原理,设置可移动集水箱、虹吸水管和洞外沉淀池构成的自动虹吸排水系统,可显著降低富水隧道反坡排水的处治成本,可为同类富水隧道施工提供参考和借鉴。

富水陡倾斜大理岩增透引流注浆技术研究——以天山胜利隧道4号通风竖井为例

为解决天山胜利隧道4号通风竖井掘进水量大,造成无法施工的技术难题,考虑到富水大理岩地层倾角大、裂隙开度小、吃浆量弱的工程特征,构建陡倾斜大理岩增透引流注浆模型。基于广义宾汉流体本构方程,提出考虑大理岩裂隙浆液流变特征的扩散运移方程。根据方程可知,裂隙倾角、初次启劈压力、二次启劈压力、裂隙水压力、设计劈裂扩散距离及浆液黏度时变性是影响注浆压力的关键因素。在此基础上,确定关键注浆参数及其施工工艺,通过高压水脉冲式压裂增透岩体裂隙通道和引流注浆等关键技术,实现浆液在陡倾斜大理岩裂隙通道中的控制性扩散。地面预注浆治理后,运用简易水文观测、孔内电视、光纤测温3种手段对现场注浆堵水效果进行监测,地层揭露结果表明,竖井掘进掌子面处无明显渗水,注浆治理后的井筒涌水量低于1 m^(3)/h,能确保天山胜利隧道4号通风竖井安全高效施工。

富水砂层地铁隧道风险控制技术

以北京地铁7号线东延工程黑庄户站-万盛南街西口站区间隧道工程为例,实施前对承压水地层明挖法施工、盾构隧道穿越京哈高速及南大沟桥桥桩、矿山法区间穿越污水管及联络通道冻结法等风险工程进行了专项设计。实施阶段,施工单位结合现场实际问题分别采取了富水砂层明挖基坑地下水处理、暗挖拱顶WSS地面注浆加固防坍塌、盾构进出洞增设止水槽及冻结法等施工风险控制措施,有效解决了工程难题。实践表明,风险专项设计及施工风险控制措施对富水砂层地铁施工及环境风险安全保障发挥了重要作用,取得了良好的效果。

富水残积土输水隧洞水平旋喷桩和超前小导管组合支护技术研究

为了研究水平旋喷桩配合超前小导管组合支护设计参数对不良地质输水隧洞预加固效果的影响,依托广西黄章水库富水残积土输水隧洞,研究了超前小导管管径、注浆加固圈厚度、外插角、环向间距、水平旋喷桩桩径、桩间距对富水残积土地层输水隧洞拱顶竖向沉降、拱腰水平变形以及掌子面变形的影响规律,并采用局部敏感性分析方法研究了支护参数的敏感性。研究结果表明:隧洞内的拱顶竖向沉降、拱腰水平收敛、掌子面位移与超前小导管和水平旋喷桩相关参数有关;小导管外插角对拱顶竖向沉降影响最大,注浆加固圈厚度次之,小导管环向间距的影响最小;小导管注浆加固圈厚度对拱腰水平位移影响最大,小导管外插角次之,小导管管径的影响最小。利用超前小导管+水平旋喷桩组合支护对富水残积土输水隧洞进行支护时,应综合考虑各参数影响,寻求最安全经济的支护参数,确保隧洞施工安全性。

富水地层破碎围岩浅埋隧道突水涌泥段大变形处置措施

松散围岩隧道施工中发生突水涌泥危险性极大,处理不慎容易发生二次事故,造成较大的人员财产损失。以牛拦岗隧道左线Z2K219+077及右线K219+081的突水涌泥段的大变形事故为背景,深入分析了项目施工过程中的各种危险因素以及事故的产生原因,并以此提出了一种洞内拱顶环向一圈帷幕注浆加固围岩,并用临时止浆墙来稳定掌子面的方法来抑制突水涌泥以及拱顶大变形现象。根据现场的实际监控量测数据,验证了该方法能有效抑制隧道施工过程中的拱顶沉降速率,对于处置突水涌泥段的大变形问题有实际的可行性。

高铁隧道进口斜井反坡排水施工方案与管控

为有效消除水害对隧道施工的安全威胁,必须采取合理有效的施工技术。该文以某高铁富水隧道为例,结合其水文地质条件复杂、涌水量大等情况,制定相应的斜井反坡排水施工方案,根据总体方案确定科学合理的设备选型和排水系统构建,并提出相应的排水管理和方案实施管控措施,确保隧道施工安全。该文旨在为类似隧道施工提供参考。

富水砂卵石地层水工隧洞衬砌用纤维混凝土性能评价

为了提高富水地段含砂卵石地层水工隧洞衬砌施工用混凝土材料的耐久性能,将钢纤维和聚丙烯纤维混合作为混杂纤维,分别评价了单一纤维和混杂纤维掺入时对水工隧洞衬砌用混凝土材料的力学性能和抗渗性能的影响。结果表明:在相同的配合比条件下,钢纤维和聚丙烯纤维的掺量越大,混凝土试件的抗折强度相对就越大,抗渗性能越强,而抗压强度则先升高后降低。混杂纤维的掺入能够更好地提升水工隧洞衬砌用混凝土的力学性能和抗渗性能,协同增效作用明显。综合考虑目标工程用混凝土的抗压强度、抗折强度和抗渗性能,推荐混杂纤维中钢纤维的最佳掺量为40 kg·m^(-3),而聚丙烯纤维的最佳掺量为4 kg·m^(-3)。研究结果认为钢纤维和聚丙烯纤维的掺入能够有效改善富水地段含砂卵石地层水工隧洞衬砌用混凝土结构的力学性能和抗渗性能,进而提高水工隧洞工程建设的质量。

穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术分析

以竹林湾隧道为案例,从施工的重难点入手,对穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术进行详细分析。研究表明,在穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带隧道施工时,利用超前地质预报技术,远距离预报采用隧道地震发射波法(TSP法),中距离预报采用地质雷达结合红外探测法,并采用超前探孔验证地质预报探明的岩溶的位置、形态和规模,通过不同超前预报形式的交叉运用,可准确掌握隧道施工前方存在溶洞、溶槽的位置和特点。针对施工中遇到的不同位置分布及特性的岩溶,采取对应的施工处置措施,并对穿越特殊地质强富水可溶岩和非可溶岩接触带施工工艺进行优化,可在保证施工质量的基础上,获得最佳效益。