Geophysical signatures of Precambrian shields and suture zones: Preface for thematic section

The Precambrian shields and associated suture zones of the globe preserve important records of continental growth and destruction, the formation and closure of ocean basins, and the early evolution of the Earth in terms of tectonics, resources, and environment. They also offer critical clues on the nature and style of plate tectonics, mantle dynamics and crust-mantle interaction. In this thematic section of Geoscience Frontiers, a set of four contri- butions are assembled that provide a window to the mechanisms and processes in Precambrian shields and associated suture zones from a geological and geophysical perspective.

机场净空保护区障碍物空间信息计算方法研究与程序实现

机场净空保护区涉及机场安全,其范围内障碍物的高度不得超过机场限高要求,机场在规划建设时,应对机场周边区域障碍物进行测量;机场净空保护区内新建项目,也需要测量,并计算其空间信息。根据障碍物空间信息的测量内容和计算原理,开发了通用机场障碍物计算系统,对外业测量的障碍物成果数据进行处理,计算障碍物的磁方位角、距离、遮蔽角等信息,实现了快速计算和成果输出。

双模盾构土压模式下下穿珠江断裂带开挖面稳定性研究

针对盾构下穿珠江断裂带开挖面的稳定性,该文依托广州地铁7号线二期工程洪圣沙站—裕丰围站区间项目,通过盾构下穿珠江断裂带全域及其局部高风险区域的数值模拟,探明盾构穿越过程施工风险,并分析不同支护应力及注浆压力对开挖面稳定性及地层变形的影响,最后通过掘进参数分析评价数值模拟的合理性。研究结果表明:①隧道开挖面为上软下硬地层分布时,盾构施工容易出现较大的地层沉降,当上硬下软地层分布时则易产生较大隆起;②盾构穿越复合地层时,局部软弱地层易出现开挖面稳定性问题,当软弱地层受到的静止土压力大于支护应力时,软弱地层土体将朝隧道内变形,且变形量随支护应力比的减小而增大;③注浆压力对开挖面稳定性无影响,但与地层沉降成反比,注浆压力越大,地层沉降越小。盾构的顺利掘进验证了数值模拟的正确性。

基于辅助气压模式的破碎软岩地层盾构下穿砖混房屋施工安全技术研究

为解决基于辅助气压模式土压平衡盾构在裂隙发育的破碎软岩地层中始发下穿结构老旧浅基础砖混房屋的施工难题,以广州地铁某区间为例,首先从周边环境及地质情况分析本次施工重难点。然后分别从施工前准备、过程控制、工后保护3个角度开展了关键施工技术研究。最后从工程效益、经济效益、社会效益开展综合评估。研究结论表明:辅助气压工法允许地层存在一定程度的发育裂隙,但需利用其他辅助措施以满足土仓保压要求,同时需结合地层保压性,积极调整土仓渣土高度;在盾构始发阶段,需通过勤调泡沫空气流量或螺旋机转速,有效减小仓内瞬间压力波动;渣土经改良至一定流塑态后,以闸门开度与螺旋机转速为双控指标,并利用辅助气压工法可保证掘进速度。在软岩地层中掘进时,适当提高刀盘转速并降低贯入度,可减小盾构下穿诱发的建筑物沉降。

大直径泥水平衡盾构水下穿越破碎带地层关键施工技术

珠江口隧道施工时大直径泥水平衡盾构水下穿越破碎带地层,施工风险较高、难度较大。针对泥水平衡盾构掘进过程中滞排、刀盘结泥饼、刀具磨损严重等问题,分析原因并给出预控措施,研究关键施工技术。盾构在水下断层破碎带地层掘进时须严格控制掘进参数,特别是泥水仓压力,并控制刀盘转速与贯入度。结合开挖面稳定情况、仓内排渣情况、流体输送状态,及时调整泥浆参数。通过采用破碎、冲刷等装置,避免仓内滞排风险。通过配置刀具状态智能化实时监测系统,及时更换出现异常的刀具。须设置合理的盾尾密封装置,保证盾构密封性能满足要求。

地铁盾构区间下穿南水北调干渠研究

为保证南水北调干渠安全及地铁自身安全,以郑州市轨道交通7号线一期工程漓江路站—刺绣路站区间为例,开展对其盾构区间下穿南水北调干渠隧道工程设计与研究。分别从盾构区间平纵断面、隧道加强措施等方面,结合以往设计经验进行优化设计,提出更合理的工程设计方案,通过数值模拟验算该穿越过程的可行性。

盾构掘进对浅基础建筑物的扰动及影响分区研究

软土地层中地铁隧道盾构掘进对上方建筑物的扰动效应明显。本文以典型软土地层为背景,模拟不同空间位置盾构下穿浅基础建筑物的扰动效应,分析地表沉降变化规律,探究盾构下穿独立基础、筏板基础、箱型基础建筑物的内力及变形特征,并基于复合准则和强度折减法研究了软土地层盾构下穿建筑物的影响分区。研究结果表明:建筑物沉降随隧道埋深的增加先增加再减小,在隧道埋深(H)=12 m时达到最大值;隧道埋深增加会导致建筑物的水平倾斜变小,最大倾斜值出现在H=6 m处;可将隧道衬砌及围岩的安全系数比值曲线突变点作为强、弱影响分区的界限。研究结果可为软土区盾构掘进对浅基础建筑物的扰动分析及影响区的划分提供参考。

复杂环境盾构段地下基岩及孤石爆破预处理

介绍复杂环境下一种盾构区间基岩及孤石超前预处理的方法,结合地勘资料及现场环境,采用深孔控制爆破方法对盾构段深层基岩及孤石进行处理,选择合理的爆破参数及微差网路延时,采取多道覆盖防护及钻大孔径减振孔等多项针对性安全防护措施,并取得良好的爆破效果,缩短了工期,同时有效地降低了盾构开挖成本,为类似工程提供参考。

隧道近接道路施工影响分区量化分析研究

以佛山地铁3号线南端工程为依托,通过数值试验、工程实测、理论分析三大方法对隧道近接工程进行量化分析。以新峰路路面最大竖向变形作为影响分区建立的判断依据,隧道距路面的净距与双线隧道间的间距为影响因子,根据有限元分析软件数值试验得出的路面最大竖向变形,进行回归分析,并通过推导的近接工程影响因素表达式确立分区线,获得工程实况条件下,强弱微三影响分区。针对三大影响分区所对应的尺度,提供适合的控制措施,可在经济可行的情况下,大幅度降低路面最大沉降值,控制在预警值内,保护既有构筑物的主体结构。

盾构穿越深埋破碎带地层施工技术的研究

盾构在深埋破碎带地层中掘进相对普通地层更容易遇到地层收缩、塌方、卡刀盘、卡盾体、涌水等情况。通过以新疆某引水工程盾构穿越深埋破碎带地层段施工为背景,提出一套针对盾构机在大埋深、破碎带地层中掘进通过的保障措施,重点阐述了盾构机针对性结构设计、地层加固、止水环施工等技术要点,为后续盾构穿越深埋破碎带地层施工提供借鉴。

土岩复合地层大直径泥水盾构穿越沉降敏感带扰动控制技术分析

地铁建设由于线路形式的特殊性,不可避免要穿越房屋、桥梁、管线、复杂地层及其他重要建筑物,因此复合地层条件下盾构施工过程中扰动控制技术分析尤其重要。针对大直径泥水盾构穿越敏感带时开挖面稳定性进行了数值模拟分析,研究了开挖面失稳流固耦合规律,并对不同支护压力下的开挖面变形进行了深入探讨。结果表明:完全流固耦合模拟开挖面失稳过程中,开挖面附近孔压下降梯度明显,远场孔压波动较小,基本保持为初始状态静水压力;并且随埋深的增大,开挖面的极限支护压力比逐渐减小,而开挖面稳定性逐渐增加。研究成果可为类似地层盾构施工提供参考。

超硬岩破碎断层带双护盾TBM适用性分析

随着我国水利工程建设的快速发展,水利隧洞工程越来越多地运用到TBM施工技术,但隧洞地质条件复杂,施工前针对TBM的选型及适用性至关重要。结合韩江、榕江、练江水系连通后续优化工程双护盾TBM隧洞超硬岩破碎断层带地质条件,通过对双护盾TBM刀盘系统、主驱动系统、盾体系统、推进系统等进行针对性设计,能适应该工程超硬岩破碎断裂带地层掘进,实施过程中能顺利完成项目隧洞掘进任务,月均进度达到450 m,实现了高效掘进。

盾构施工穿越破碎带风险管控研究

盾构法施工具有施工速度快,噪音小等优势,在城市隧道施工中得到广泛运用。在盾构施工过程中难免会遇到破碎带、富水区等特殊地质,为隧道安全施工带来巨大挑战。为降低隧道在穿越破碎带时施工风险,提高施工安全性,文中以青岛地铁盾构施工穿越破碎带为背景,利用WBS-RBS耦合矩阵对风险源进行风险识别,对施工过程中重大风险问题给出相关风险控制措施,大大降低了隧道盾构施工过程中的施工风险,确保工程安全施工,对于类似工程具有一定指导意义。

穿越多种典型地层的跨海超大直径泥水盾构选型及针对性设计——以青岛胶州湾第二海底隧道为例

为缓解海底隧道盾构段施工中存在的关键问题,以青岛胶州湾第二海底隧道TJ-06标段为实际工程背景,针对“深蓝号”超大直径泥水平衡式盾构长距离、高水压穿越上软下硬土岩复合地层、全断面凝灰岩、断层破碎带、全断面花岗岩时的刀盘刀具磨损、刀具破岩能力不足、泥水舱滞排、刀盘泥饼堵塞和盾尾密封失效与主驱动密封失效等关键问题与难点进行针对性设计与研究,采取减小刀间距、优化刀具布置与形式、采用大直径短螺旋后接颚式破碎机排渣模式、加强并优化刀盘与泥水舱的冲刷等设计方案,实现了降低能耗、减少刀具损坏、缓解泥水舱滞排、提高施工效率,并极大地确保了施工安全的实施效果。

双护盾TBM小半径曲线掘进穿越破碎带施工技术

青岛4号线某区间采用双护盾TMB施工,该区间具有连续小曲线半径掘进、频繁穿越破碎带及穿越临近既有结构的特点,采取了超前地表及洞内注浆、豆砾石回填与灌浆、优化TBM设计和加强管片选型及安装等技术措施,监测结果显示地表和拱顶沉降符合安全容许值,隧道周边收敛速度有明显减缓趋势。说明采用的技术措施科学有效,实现了双护盾TBM穿越破碎带的围岩变形控制,为复杂地质条件的小半径曲线双护盾TBM施工提供了借鉴与参考。

破碎带地层盾构隧道建造关键问题

断层破碎带是引起盾构隧道施工灾害的关键因素之一,其形态各异、岩性复杂以及高渗透性,都极易导致隧道涌水、塌方等施工灾害,给隧道安全高效掘进带来了巨大挑战。总结分析断层破碎带的形成机理,包括破碎带地层的形成原因、破碎带地层的岩体性质及其与盾构施工安全之间的内在联系。重点介绍了近年来盾构隧道穿越破碎带所面临的刀具磨损、开挖面稳定控制、同步注浆质量控制、衬砌外水土压力确定、破碎带地质预报和地层处理等方面问题。结果表明:断层破碎带岩体破碎,黏聚力低,渗透系数从10^(-5)~10^(-3)cm/s不等,且含水率较高;对于高水压断层破碎带管片结构防水应采取防、排结合,以排为主、以防为辅;含断层破碎带盾构隧道工程建设应做好断层破碎带的综合超前地质预报,将传统的地质分析法、超前钻孔法等与新型探测技术、数字技术相结合。研究结果可为盾构隧道穿越断层破碎带提供借鉴与指导,对进一步提高中国隧道及地下工程建设水平有着积极意义。

穿越不良地质段的长距离深埋输水隧洞纵向变形数值分析

以珠江三角洲水资源配置工程为依托,研究长距离深埋盾构隧洞在穿越不良地质段时衬砌结构的纵向不均匀变形,以保障隧洞施工与运行期的安全稳定。本文采用三维非线性有限单元法对长距离深埋隧洞纵向变形开展研究,精细模拟衬砌接缝以及缝间螺栓,考虑围岩应力的开挖释放,计算复杂地质条件下隧洞衬砌接缝变形与应力状态。研究结果表明:设计参数下,断层破碎带处接缝的最大张开和错台变形量分别为1.065 mm与0.276 mm,螺栓最大拉应力为363.05 MPa,内衬环向拉应力最大值为0.99 MPa,隧洞纵向稳定性满足设计要求;断层破碎带弹性模量的变化对衬砌的纵向变形有较大影响,接缝变形与螺栓应力均随断层模量的减小而显著增加。该结果合理,具有较好的规律性,可为类似工程的设计提供参考。

泥水盾构开挖面泥膜渗透特性与压力传递机制

泥膜可以将泥浆压力传递到开挖面土体骨架上,转化为土体有效应力,因此泥膜的渗透特性是保持泥水盾构开挖面稳定的关键因素。采用泥浆渗透试验,研究了开挖面水力梯度、地层土体粒径和泥浆渣土含量等对泥膜形成的影响规律。试验结果显示,水力梯度越小,越不利于泥膜形成。细砂地层有利于泥膜形成,但泥膜和渗透带很薄,易被破坏;中砂和粗砂地层虽不利于泥膜形成,较厚的渗透带却有利于开挖面稳定。泥膜的渗透系数比渗透带的渗透系数低100倍以上,渗透带的渗透系数介于10-7~10-5m/s,而泥膜的渗透系数的小于10-8m/s;泥膜或渗透带的渗透系数越小,地层超静孔压的影响范围越小,孔压下降得越快。当泥浆中掺有渣土时,泥浆的渗透速度高于未掺渣土的泥浆;渗透带的渗透系数随泥浆密度增大而增大,且地层超静孔压下降速率随泥浆密度增大而减小。

复杂地质条件下超大直径隧道TBM选型及应用

格鲁吉亚KK公路隧道采用超大直径单护盾TBM进行开挖,地质情况复杂、埋深大、工期紧,存在突泥涌水、反坡掘进距离长、穿越断层破碎带易卡机等问题。为保障隧道安全、快速施工,有效应对工程重难点和施工风险,在考虑隧道工程地质条件、围岩岩性、潜在地质风险、各类型TBM特点的基础上,综合分析3种类型TBM的优缺点及权重得分,以确定较合理的TBM类型,并在此基础上,从TBM可靠性、快速掘进、涌水涌泥等方面着手,分析解决这些风险对TBM设备的要求,实施过程中成功穿越多条断层破碎带,月均进度达到400m的指标,实现快速掘进。

水下浅埋盾构隧道接缝渗漏时围岩沉降分区

针对水下浅埋盾构隧道接缝渗漏问题,开展多组模型试验。通过改变渗漏位置、压力水头两项参数对地表沉降、渗漏量和地层应力进行分析,结合模型试验结果对理论椭球分区法进行修正,并对隧道渗漏后的围岩沉降进行分区。结果表明:压力水头增加,漏缝处埋深越浅,发生渗漏时地表沉降增量越大;渗漏量和平均有效主应力曲线均可划分为初始阶段、漏砂漏水阶段和收敛阶段;收敛阶段土拱稳定,不漏砂只漏水且平均有效主应力基本恢复至漏砂前;依据砂粒运动特征将隧道围岩沉降分为侵蚀区、位移区和稳定区,经偏移修正和曲线修正后侵蚀区和位移区的水平向长度与压力水头、漏缝处埋深正相关;压力水头增量相同时,漏缝处埋深越大,侵蚀区水平向长度受压力水头增加的影响越明显;压力水头越大,侵蚀区水平向长度受渗漏位置变动影响越明显。