软弱富水地层超大直径盾构下穿长江堤防变形分析

软弱富水地层上长江堤防变形受浅埋超大直径盾构隧道施工扰动影响大。以盾构开挖直径为15.07 m的某双线隧道工程为背景,基于现场监测资料,研究盾构过堤时无为长江堤防沉降的时空演化规律,并对掘进参数与堤防加固措施的合理性进行分析。研究结果表明,压密注浆加固处理可有效减小堤防地表沉降幅度。右线隧道过堤时,中轴线上方堤防沉降变形总体随着盾尾离开天数的增加而增大,最大沉降位于堤前段,为20.37 mm,远离中轴线部位普遍产生轻微隆起。左线隧道下穿堤防后,堤防竖直变形整体呈“左线堤前段与堤后段隆起、堤坝段沉降,右线整体沉降,幅度从堤前段往堤后段沉减小”的分布规律。盾构下穿长江堤防时,切口压力、推力、扭矩等掘进参数的调整受堤坝超载效应影响。

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。

隧道富水断层破碎带突涌预报与工程对策研究

为解决高原隧道断层破碎带易发突泥冒顶灾害的问题,采用现场调查、地面物探、洞内地震波反射法、瞬变电磁法、超前钻孔等超前地质预报方法,推广洞内物探三维分析,对富水断层破碎带突泥灾害特征、超前地质预报综合成果和工程应对加固措施进行研究。结果表明:三维物探成果能快速精准查明富水破碎带空间形态,成果直观,有效指导风险判识和工程处置措施;对富水断层带预报应充分结合勘察期成果,宏观初判断层分布特性,洞内采用物钻结合、长短结合的方法;首次提出按照“探明破碎带规模形态,查明破碎带物质组分性状,观测地下水特征变化情况”的思路,研判突泥涌水风险;施工处置应按照“探泄结合,先固后进,回堵再泄”的总体原则有序开展。研究成果和手段可为类似突涌灾害超前地质预报和工程应对措施提供参考。

基于SVM的富水岩溶区双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离研究

双线盾构隧道在极复杂的岩溶地质中下穿既有线施工时,会对地层造成较大扰动,从而增加既有地表沉降过大或坍塌的风险,严重威胁既有线的运营安全。同时,隧道穿越富水岩溶区域时,需要保持一定距离以避免与溶洞相交,确保双线盾构隧道围岩的稳定性。利用FlAC^(3D)软件建立不同工况组合下双线盾构隧道与左侧溶洞的临界安全距离数值模型,分析不同地下水位对既有线沉降和围岩塑性区范围的影响,并采用正交试验和多元线性回归方法建立双线盾构隧道在不同围岩等级、地下水埋深、开挖隧道埋深和溶洞孔径组合下与溶洞的临界安全距离计算公式。此外,还基于SVM模型对正交试验结果进行机器学习,得到可以预测岩溶地区双线盾构隧道临界安全距离的智能预测系统,实现双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离的非线性智能预测。结果表明:当地下水位位于既有线以上时,其水位越高,既有线的沉降量越大、围岩塑性区范围越大,地下水对盾构隧道与溶洞的临界安全距离有很大影响,应用SVM模型和多元线性回归方法确定双线盾构隧道与溶洞之间的临界安全距离是行之有效的。

富水砂卵石层盾构施工影响因素及敏感性分析

砂卵石地层具有渗透性强、孔隙率大、自稳性差和受扰反应大等特点,若盾构施工参数控制不当则会发生掌子面失稳、坍塌和涌水等安全事故。确定富水砂卵石层盾构掘进引起地表沉降和管片隧道变形的影响因素,对于安全施工具有重要的指导意义。本文以洛阳地铁区间盾构穿越洛河富水砂卵石地层为工程背景,基于流固耦合理论,运用ABAQUS软件构建盾构掘进的三维有限元模型,数值模拟和现场实测的地表沉降数据基本吻合,验证了模型的准确性。采用单因素分析法研究了盾构掘进压力、同步注浆压力和等代层厚度等3个参数对地表沉降与管片变形的影响规律,研究结果表明:增大盾构掘进压力和同步注浆压力,减小等代层厚度,均能减小地表和隧道的拱顶沉降;而增大盾构掘进压力,减小同步注浆压力和等代层厚度,可减小隧道拱腰的水平变形。采用正交试验方法确定了3个影响因素对地表沉降和管片拱顶沉降两个指标的敏感性,从大到小排序均为:同步注浆压力、盾构掘进压力和等代层厚度。

软岩富水隧道突涌水等级判识及整治关键技术

在隧道及地下工程建设过程中,不良地质环境下突涌水的防范及应急处置十分重要,其涉及到隧道的施工进度、环境保护以及公共安全等多个方面。对突涌水的判识通常是从水量、压力、频率和强度等方面进行评估,结合地质勘察报告及水文气象资料等准确判断可能存在的风险。对于突涌水的整治,其首要任务是确定涌水点的位置、规模、压力以及可能影响的范围;其次需要根据隧道及地下工程的结构特点及施工条件等制定出相应的整治方案。阐述了通过总结某软岩富水洞段掌子面对突涌水整治采用的关键施工技术,如洞渣反压回填、掌子面混凝土封闭、加设泄水孔、增设套拱补强初支、加强超前支护及初支段径向加固等措施联合使用,有效地解决了软岩段突涌水整治的难题。

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。

富水软土区紧邻基坑工程的地铁隧道保护措施分析

富水软弱土地区施工通常面临易扰动和承压水双重难题,南京河西地区便是典型富水软弱土地区代表,且近些年开发强度较大,同时地铁隧道沿线又是首选地段,通常面临基坑深、大、近等特点,确定可靠的地铁隧道保护措施是亟需研究的问题。文章以南京紫鑫中华广场三期为例,采用提高支护刚度、土体加固、设置隔离桩等保护措施减小基坑开挖对相邻隧道影响,同时通过MADIS软件分析相关保护措施的重要性和必要性,并结合地铁隧道监测数据加以验证,为在富水软弱土地层基坑施工对相邻地铁隧道的影响制定保护措施提供参考。

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。

富水弱胶结砂岩隧道地表降水参数优化研究

富水弱胶结砂岩成岩性差,遇水易失稳成流塑状.为保障隧道施工安全,依托某隧道工程开展地表降水参数优化研究.通过数值模拟和现场试验,分析地表深井降水时间、间距、直径对地下水位的影响.数值结果表明,采用地表超深井降水时,砂岩地层地下水位先大幅下降,随后逐渐趋于稳定.随着降水井间距的减小和降水井直径的增加,降水稳定后的地下水位也逐渐降低.从降水效果来看,降水井间距是影响地下水位的主要因素,试验结果与数值结果吻合良好.综合多因素考虑,建议砂岩地层超深井降水井参数为:间距16m、直径600 mm、预降水时间90 d.研究结果可为富水砂岩隧道的安全施工提供借鉴.

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。

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。

穿越富水破碎带隧道开挖变形监测及控制研究

隧道施工有时需要穿越破碎带,特别是当破碎带较宽较陡又含丰富的地下水时,成为一项极大的技术挑战,开挖后可能产生较大的变形,威胁围岩稳定性及作业人员安全。针对某公路隧道穿越富水破碎带的工程实际,利用Abaqus软件采用数值模拟方法,构建了隧道与富水破碎带的三维模型,模拟了注浆前后围岩的变形行为,包括拱顶沉降、拱底隆起及拱腰水平位移等。为了验证注浆对围岩变形控制的有效性,通过现场监测数据与数值模拟结果进行了对比。结果表明,注浆处理显著减少了围岩的水平和竖向位移,使围岩变形更加缓和,有效提升了围岩的稳定性。

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。

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。

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。

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。

盾构法施工在富水砂层条件下穿越既有地铁隧道变形研究

以郑州地铁某线路下穿既有线路工程为依托,采用midas GTS有限元软件数值计算、现场监测、隧道壁后雷达探测相结合的方法研究盾构法施工在富水厚砂层条件下穿越既有地铁隧道变形的特征,并提出有效控制措施。结果表明:数值模拟和现场监测结果基本吻合;适当提高掘进过程土舱压力和掘进速度对控制竖向变形有积极作用,研究结果可为类似地铁盾构隧道安全施工提供参考。

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。