Geostress Measurement for Deep-Buried Long Tunnel through Niba Mountain

In the geostress measurement for Niba Mountain on Ya＇an-Lugu Expressway, results of Kaiser effect tests combined with focal mechanism solution were compared with those obtained by hydraulic fracturing method, both of which are basically coincident. It is shown that the principal stress increases with burial depth ; the maximum principal stress is about 45 MPa, which is larger near fault zones because of stress concentration, and its direction ranges from N20°W to N75°W.

深埋长隧洞敞开式TBM成套施工技术

近年来我国地下工程及隧洞建设发展迅猛,工程建设中心逐渐向西部地区迁移。TBM施工具有经济性、环保性,并且在掘进效率和安全性方面优势突出,因此在深埋长隧洞中被广泛应用。以新疆某引水隧洞为研究背景,阐述了敞开式TBM在深埋长隧洞中的应用,详细介绍了TBM施工工艺、施工掘进流程、掘进参数的选择、配套设施保养维护、初期支护和掘进出渣等。相关施工经验为敞开式TBM在深埋长隧洞中的应用提供了经验和参考价值。

长距离大埋深盾构隧道施工高效出渣施工技术

长距离、大埋深盾构隧道施工过程中,高效的出渣方式可以提高隧道施工效率,保障施工进度。以珠三角水资源配置工程为背景,提出了与盾构机配套的连续皮带机+垂直提升皮带机组成的出渣方式,并对其工艺流程、技术原理和操作要点进行了详细阐述。应用实践表明:相较于常规出渣方式,该技术可以有效提高盾构掘进效率,由平均6环/d提高至平均12环/d,掘进效率提高1倍左右,通过“水平+垂直”皮带机与盾构机联机的智能化控制及管理系统,可以及时预警,保障设备运行安全,具有较高的经济效益与安全效益,可为类似工程的出渣施工提供一定的参考。

基于水文地质综合勘察的隧道导水特性研究

深埋特长隧道是高速公路建设中的关键控制性工程,查明水文地质条件和准确预测涌水量是保证施工安全的重要前提。本文以拟建的深圳外环高速公路三期工程田头山隧道为例,采用水文地质测绘、物探、钻探、水文地质试验和室内试验相结合的水文地质综合勘察方法,对隧道围岩分段分级、富水段落划分、涌水量预测等方面进行了分析研究。隧道经过向斜轴部地段,为良好的储水构造,富水段落集中在K84+680~K84+840,预测在施工时将产生大涌水,将此范围洞身段划为Ⅴ级围岩,判定为主要导水岩体;隧道受断裂构造影响,富水段落中的断层带及宽张裂隙将会成为重要导水通道。进一步,在获取隧址区典型深度段岩体的渗透系数后,分别采用降水入渗系数法、裘布依理论式及古德曼经验式对隧道涌水量展开预测,表明水文地质综合勘察方法可以很好地评估隧道导水特性及估算涌水量。

黄陵断穹北缘盖层岩溶水文地质结构建立及其在深埋长隧洞工程的应用

引江补汉工程是南水北调后续工程,其输水隧洞穿黄陵断穹北缘盖层震旦系至奥陶系碳酸盐岩段线路附近岩溶发育强烈,岩溶突涌水是隧洞建设过程中的重要风险。基于地质测绘及钻探成果,建立区内岩溶水文地质结构,综合岩溶水文地质调查、水文地球化学等多种方法对研究区岩溶地下水系统特征及隧洞突涌水条件进行了分析。结果表明:研究区为多层含水结构,自上而下形成相对应的四个含水系统,不同含水系统地下水循环条件及岩溶化程度不同,钻孔验证了相应条件下的岩溶发育特征。输水隧洞主要在震旦系灯影组(Z2dn)含水系统和寒武系天河板组—石龙洞组(∈1t+sh)含水系统中穿过,相应可溶岩的岩溶发育较弱,围岩以裂隙、溶隙介质为主,隧洞遇岩溶管道产生涌水突泥的风险较小。但存在断层导通上部寒武系上统—奥陶系下统(∈3+O1)含水系统而发生涌水突泥的可能。研究成果可为工程设计提供重要依据,研究思路与方法亦可为同类工程提供借鉴。

乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究

乌鞘岭长大深埋隧道横穿祁连山东麓,长达20050m,最大埋深1050m。在于枚岩夹板岩及构造角砾岩等软弱岩层洞段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,水平最大变形达1034mm,拱顶最大下沉量达1053mm,由此导致支护失效甚至型钢钢架被严重扭曲,且持续变形不收敛。原地应力测量研究表明,该洞段具有明显的现今构造应力作用,最大主应力的作用强度为20～22MPa,现今地应力状态的总体特征为σ_H≥σ_V＞σ_h。分析认为,隧道围岩的变形是在较强的构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时支护,软弱围岩不能承受该作用力,以致产生持续性流变大变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护是非常重要的。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放。选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行衬砌支护,这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义。

高地应力环境下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律实测与数值分析研究

在高地应力环境下的软弱围岩中修建深埋长隧道,软弱围岩流变一是个突出的工程地质问题。位于兰新铁路上的乌鞘岭深埋长隧道工程在穿越宽达785 m的断层F7时,软弱围岩发生了显著流变,围岩最大收敛变形超过1 m,对支护结构造成严重破坏。首先,在对乌鞘岭深埋长隧道进行长期围岩收敛变形的基础上,分析乌鞘岭深埋长隧道左、右主洞的收敛变形规律,其研究结果表明左线主洞的收敛变形均大于右线主洞,这是由于进行右线主洞施工时吸取了左线施工的经验;然后,利用FLAC3D对乌鞘岭深长隧道软弱围岩流变进行数值研究,数值分析结果与实测结果较为一致;最后,提出对软弱围岩流变进行工程治理的6条原则。

大瑞铁路高黎贡山隧道热害评估

研究目的:高温热害问题是深埋隧道的常见地质灾害问题之一。本文根据调查中取得的实际资料,考虑岩性、断层、地温、主要蓄水构造、主要河流五个影响因素,采用层次分析法和专家打分法确定权重和等级标准,通过GIS空间分析对隧道地区的热害危险性进行评估和区划,为高温隧道线路的选择、设计和施工提供参考依据。研究结论:研究区的热害整体上呈北西—南东向分布,断裂对热害的控制作用显著,热害主要分布在花岗岩和变质岩地区;沿C12K线路方案存在四个易发生突热水灾害的区段,这四个区段的特点是断裂集中,位于岩浆岩地区、变质岩地区或是储水盆地的边缘。

川西折多山某深埋隧道地应力测量及其应用研究

川西地区地质构造环境复杂,该区深埋隧道建设过程中经常面临岩爆风险,而地应力条件对深埋隧道的规划建设和岩爆风险预判具有重要意义。本研究利用水压致裂法在川西折多山某深埋隧道开展了原地应力测量及其工程效应分析。某钻孔196~650 m深度范围内的地应力测试结果显示,隧址区以水平构造应力为主导,测试深度范围内水平主应力随深度线性增加,且应力增加梯度高于中国大陆背景值。地应力结构整体以逆断型(S_(H)>S_(h)>S_(v))为主,其中389.50~560.50 m深度范围属应力释放区,地应力结构以走滑型(S_(H)>S_(v)>S_(h))为主。侧压系数及最大、最小水平主应力比值随深度分布基本符合中国大陆各参数变化特征。最大水平主应力方向为NWW向,与区域应力场分布及周边活动断裂反映的力学机制一致,主要受印度板块向欧亚板块持续俯冲和高原物质东南向扩散作用控制。测点现今地应力强度较高,临近断裂失稳状态,随着应力的不断积累,区内优势破裂方向或已有断裂的特殊构造部位可能发生失稳滑动。最后,基于地应力测量结果对深埋隧道围岩稳定性进行了预判分析,受隧址区高地应力影响,围岩发生中-强岩爆的可能性较大,需优化设计并重点防护。

深埋巷道地应力测量及围岩应力分布特征研究

基于淮南矿务局潘一矿的水压致裂法地应力测量结果及围岩应力分布特征研究,可以得出如下初步结论:(1)-790m高程东翼矸石胶带机大巷区地应力以构造应力场为主,其最大原岩水平主应力值大于28.33MPa,岩石单轴饱和抗压强度与最大水平主应力比值为5.82,属高应力区;(2)在高地应力作用下巷道围岩塑性区从洞周向深部逐渐扩展,同时围岩应力也在塑性区向纵深方向逐渐增大,受围岩弱化的影响,围岩应力在约2倍洞径处应力达到最大值,然后再降低并趋于原岩应力;(3)底板轨道大巷对顶板围岩应力分布的影响范围大于6倍洞径,远远超过根据传统弹性力学计算的3倍洞径影响范围。研究表明,深埋巷道围岩应力分布特征有别于传统的浅埋巷道,可为类似巷道围岩的变形破坏机制分析以及巷道加固支护提供参考。

水利水电工程深埋长隧洞勘察技术方法

分析了深埋长隧洞可能存在的主要工程地质问题和勘察难点,提出了勘察思路和原则,建议以遥感、地面调查、深钻孔与孔内测试、长探洞、大地电磁测深等为深埋长隧洞的主要勘察方法,并对不同方法的应用条件进行了探讨。

高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究

研究目的:我国修建的锦屏隧道全长17.5km,具有洞身埋深大(2375m),断层、褶皱、可溶岩发育,独头掘进无轨运输距离长(9800m),施工工期紧(50个月)等特点。迫切需要解决出现高压涌水及跨岩爆地质灾害、威胁隧道施工安全的问题。研究结果:通过流体力学模拟试验,采取择机封堵、超前帷幕注浆、径向封堵灌浆、摸袋和索囊封堵灌浆等技术,有效封堵了高压大流量地下水;通过离散单元法数值模拟试验,采取超前应力解除、控制爆破及水胀式锚杆、挂网、钢筋拱肋、喷超细沸石粉添加剂混凝土等岩爆预防措施,有效防治了岩爆灾害;通过气体力学模拟试验,研究了大功率射流风机及射流巷道式通风技术,解决了独头掘进超长距离的无轨运输施工通风技术难题,创造了独头掘进9800m无轨运输的世界记录;通过综合超前地质预报、岩爆与富水段喷射混凝土、特长隧道快速施工及监测等技术的深入研究,提高了超前地质预报的准确率(85%以上)及施工效果。锦屏隧道的成功修建,总结了一套高压富水地层深埋特长隧道综合施工技术及工艺,推进了我国隧道施工技术的发展。

深长隧道断层带施工方案优化

以某高速公路隧道断层带施工为工程背景,采用FLAC3D数值分析法对隧道断层破碎带施工进行动态开挖模拟,对比分析了中隔壁法和上下台阶法2种方案引起的力学响应。研究结果表明:断层带围岩变形主要受最大主应力控制,剪应变主要呈"沿隧道纵向中间小两边大,沿断面竖向两边小中间大,沿断面横向右边小左边大"的变化趋势;围岩破坏主要为剪切破坏,断层上盘为最危险地带;此工程背景下,中隔壁法优于上下台阶法,中隔壁法导坑一的施工是关键环节。

川西郭达山隧道水平孔地应力测量与工程意义

新建川藏铁路穿越鲜水河活动构造带,沿线构造应力场极其复杂,隧道围岩工程破坏问题突出。为了揭示该区构造应力场特征,为深埋隧道设计、施工提供基础参数,采用新型水压致裂地应力测量系统在川西郭达山隧道水平孔获得10段有效地应力测量数据,最大测量深度达508.10 m,创造了水平孔地应力测量最深记录。测量结果表明,在148.4~508.1 m测量深度范围,郭达山隧道水平孔截面上最大主应力值为3.59~13.72 MPa,最小主应力值为3.28~8.36 MPa。根据印模实验结果,除浅部钻孔截面上最大主应力倾角较大外,深部钻孔截面上最大主应力倾角近水平。根据地应力状态将0~280 m段划分为应力释放区,280~330 m段为应力集中区,大于330 m段为原地应力区。基于地应力测量结果对郭达山隧道水平孔围岩稳定性进行了预判分析,在孔深292.9 m、508.10 m处隧道围岩有轻微至中等程度岩爆可能,其余段无岩爆可能性。

高地应力作用下乌鞘岭深埋长隧道软弱围岩流变规律研究

在高地应力环境下的软弱围岩中修建深埋长隧道,软弱围岩流变一是个突出的工程地质问题。位于兰新铁路上的鸟鞘岭隧道工程在穿越宽迭785m的活动断裂带F7时,软弱围岩发生了显著流变,围岩最大收敛变形超过1m,对支护结构造成了严重破坏。本文在对鸟鞘岭隧道进行长期围岩收敛变形的基础之上,分析了乌鞘岭左右两主洞的收敛变形规律。此外,作者提出了对软岩围岩流变进行工程治理的原则。

多元线性回归法在某隧洞地应力场反演中的应用

为弥补地应力实测点的不足,有必要通过多元线性回归方法反演地应力场。针对某深埋隧道,以水压致裂法实测地应力为依据,开展了该洞段地应力场的反演分析。在介绍反演基本原理和误差分析的基础上,给出了实例分析结果。研究结果表明,由多元线性回归计算得到的地应力值与实测结果规律一致,可用于评价工程洞段的地应力场分布;受水平构造应力、断裂构造等影响,该洞段地应力场存在一定空间变异性。

深长隧道涌水量预测的三维数值模拟研究

隧道建设中涌水问题处理不当会对当地生态和社会环境产生重大影响,因此有必要准确进行隧道涌水量的预测。文章以岳武高速明堂山隧道为例,通过对地表水集水区、边界条件和初始条件、断层因素概化、地下水模拟方法等进行分析,利用有限差分程序MODFLOW模拟计算基岩裂隙含水介质中深长隧道开挖的涌水量,并评价隧道开挖对周边地下水环境的影响程度。分析结果表明,隧道开挖至断层F7的瞬时涌水量在1 000 d后基本降至稳定涌水量水平,稳定涌水量的模拟计算结果与隧道内涌水量实际测量结果相近;隧道开挖对周边地下水环境的影响主要集中在隧道轴线断层附近以及部分山脊处,其余地段降深不明显。

复杂工程地质条件下深埋长隧洞应力场特征研究

穿越复杂工程地质条件的深埋长隧洞,应力场特征是目前工程建设关注的重点问题之一。针对巴基斯坦西北部某长隧洞引水式电站工程,基于水压致裂法对工程区3个钻孔进行地应力测试工作,根据测试结果主要分析了地形和断层对应力场分布特征的影响。依据工程地质条件建立三维有限元模型,结合实测地应力对工程区应力场特征进行回归分析,进而揭示了整个工程区地层浅部至深部应力量值的变化规律,并着重对尾水隧洞逆断层区的最大水平主应力方向进行研究,从机理方面探讨了断层区浅埋与深埋地层水平主应力方向的转化规律。研究结果对穿越断层区深埋长隧洞的设计和施工具有重要的工程指导意义。

引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟

为了解决传统方法不能准确模拟隧洞中风流方向和温度分布的问题,本文提出一种引水工程深埋长隧洞施工中通风特性数值模拟方法。根据引水工程深埋长隧洞施工的工况建立三维模型,通过GAMBIT软件对基于该模型的隧道划分网格结构,分析该网格结构下的通风特点及方式;采用三维紊态RNG k-ε湍流模型对引水工程深埋长隧洞施工中的通风特性进行分析,对不同工况下的引水工程深埋长隧洞的通风情况进行数值模拟,得到最终通风特性数值方程,实现数值模拟。实验结果表明:该方法可以准确模拟隧洞中风流的方向和温度分布,其划分精度随网格数量大幅度增加,平均划分精度高达85%。能够为构建引水工程深埋长隧洞施工管理提供依据。

深长隧道突水致灾构造及其突水模式研究

突水灾害是深长隧道施工最严重的地质灾害之一,而突水灾害的发生与隧道施工开挖工作面接近前方存在的含水体或隧道开挖临空面外存在的含水体密切相关。文章在分析了国内外深长隧道突水灾害产生原因的基础之上,系统地提出了深长隧道五种突水致灾构造及其致灾模型,即未胶结的富水压性断层上盘强烈破碎带、未胶结的富水张性断层带、未胶结的富水顺层错动(节理密集发育)破碎带、充水岩溶、地下向斜储水构造含水体及其突水模式,剖析了五种突水致灾构造突水灾害。