深埋岩溶隧道爆破开挖对围岩损伤及渗流特性的影响

深埋岩溶隧道开挖会造成围岩特殊的损伤破坏形式,并且损伤区也会影响围岩渗流场及隧道边界的涌水状况,对深埋岩溶隧道爆破开挖作用下围岩的损伤及渗流特性有重要的研究意义。为了研究爆破开挖对深埋岩溶隧道围岩损伤及渗流的影响规律,基于COMSOL Multiphysics软件建立数值模型并嵌入应力-渗流-损伤耦合方程式进行计算,采用解析法计算了简化条件下岩溶隧道开挖时围岩的应力分布,并与数值计算结果进行比较。结果表明:解析法与数值法计算的围岩应力分布有一致性,爆炸荷载使靠近溶洞侧隧道肩部及脚部区域会产生较大的拉应力;爆破后会在隔水岩柱形成“齿”状损伤区,同时引起肩部及脚部区域流速的增加,其可作为判断溶洞方位的参考依据;溶洞净距减小、洞径及水压增加会引起“齿”延伸倾角及最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的增加,可根据“齿”延伸方向判断损伤区检测的合理方位,根据最大涌水位置变化、隧道边界涌水量的变化,合理调整涌水防治措施强度及重点防治部位。研究成果可为溶洞位置判定、隧道损伤区检测以及边界涌水防治措施提供参考。

顶部隐伏溶洞对隧道围岩变形特征影响分析——以齐岳山高速公路隧道为例

齐岳山高速公路岩溶隧址区强致灾性隐伏溶洞较为发育,为研究隐伏溶洞对隧道围岩位移影响的变化规律,选取围岩等级、隧道埋深2个地质因素,对溶洞大小、溶洞与隧道的距离2个形态因素开展数值试验,讨论支护对围岩位移的影响,分析顶部隐伏溶洞对隧道围岩不同方向变形的影响,系统研究不同因素对顶部溶洞作用效果的影响规律。得到如下研究结果:1)顶部溶洞对围岩变形在垂直方向和水平方向的作用效果是相反的,在垂直方向,顶部溶洞减缓拱顶和拱底的收敛效果;在水平方向,顶部溶洞加剧拱腰的收敛效果,且对拱顶、拱底、拱腰位移变化的影响依次减小。2)随着围岩级别提高、隧道埋深增大、溶洞尺寸增大、溶洞与隧道距离减小,顶部溶洞对隧道围岩变形影响的作用效果增强;在因素设计范围内,各因素对顶部溶洞作用效果的影响差异明显。

在役岩溶隧道衬砌水压分布及预警控制标准研究

随着强降雨天气的频发,在役岩溶隧道衬砌开裂、渗漏水及失稳破坏事故日益增多。地表降雨补给下衬砌背后积聚高水压力是岩溶隧道发生水压灾害的主要原因,对在役岩溶隧道开展监测预警是避免灾害发生的重要手段。以郑万线岩溶隧道为依托,开展了相似模型试验及渗流数值模拟,研究了不同岩溶形态下衬砌背后水压分布规律及衬砌隆起位移,制定了岩溶隧道运营监测预警控制标准。结果表明:当地表降雨补给超过隧道排水能力时,衬砌背后将形成“地表补给+洞内排水”的动水压力,仰拱底部极易积聚高水压力;地层中存在岩溶管腔和溶蚀裂隙带时,地表降雨将会导致衬砌水压局部增高,衬砌承受偏压荷载,并使仰拱受力进一步劣化;以隧道仰拱中心水压力和隆起位移作为控制基准,将岩溶隧道运营监测预警等级划分正常运营、临时补修、限速整治和封闭整治。研究成果可为岩溶隧道的结构设计优化及监测预警提供借鉴。

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。

隧道岩溶施工处置技术研究

岩溶隧道处置技术一直是工程界的重点及难点问题,结合某高速铁路贵州区段施工状况,将隧道岩溶分为串珠型或管道型的线状溶洞、洞穴型溶洞及洞厅型溶洞,根据其不同的填充性质提出了不同的施工处置措施。并具体结合丫口寨隧道、斗磨隧道、大独山隧道,对典型岩溶,包括无充填型溶洞群、暗河、富水填充型岩溶、过水通道型岩溶及黏土填充型岩溶的处置措施进行分析,主要结论为,针对岩溶隧道,应综合考虑岩溶类型和特征,因地制宜进行设计、施工。

跨管状垂直落水溶洞隧道施工变形分析及加固措施

岩溶区隧道施工会遇到溶洞的侵入,威胁施工安全。以实际工程为背景,采用数值模拟的方式研究垂直落水溶洞对隧道开挖及支护结构的影响,并提出隧道加固措施。研究结果表明,隧道开挖过程中,临近隧道的溶洞壁会存在向洞内坍塌的趋势,施工存在一定的坍塌风险;受围岩偏压的影响,初期支护出现了向溶洞内“挤入”的变形,增加了初期支护隧道纵向方向的压应力,隧道仰拱处出现弯折变形;二次支护结构变形量较小,但仍存在沿溶洞轮廓发生变形的情况。结合模拟计算结果,提出了仰拱底部设置钢筋混凝土板、衬砌结构优化、施加护拱的加固措施及优化排水的措施保障工程安全,通过现场监测验证了加固结果,该研究可为同类型工程提供参考。

贵州高速公路基于无极调光的隧道照明能耗测算

高速公路隧道照明在不同管控策略下能耗差异较大,当前无极调光模式下动态变化因素较多,导致测算照明能耗比较困难。为量化研究公路隧道运营过程中采用智能无极调光控制系统时的能耗水平,提出了一种基于季节、历史天气和实时洞外亮度的能耗计算模型。首先分析了公路隧道照明设计现状与不同天气工况下的调光控制策略,为公路隧道照明的能耗计算提供理论支撑;其次构建了基于季节、历史天气预测和单日实时洞外亮度变化的能耗计算模型,并以贵州省在建小寨隧道为例测算了能耗情况。结果表明,基于季节、历史天气统计与洞外亮度等因素测算的能耗能更加真实有效反映智能无极调光系统的实际运营状况,为运营管理单位实时调整照明控制策略与节能升级改造提供重要的参考依据。

浅埋偏压岩溶隧道围岩应力特征分析

为研究溶洞对浅埋偏压隧道开挖围岩应力分布的影响,以建新隧道浅埋偏压段为工程案例,运用FLAC3D软件建立二维数值分析模型,对比分析不同施工阶段围岩应力分布及应力比值。分析结果表明:溶洞处于深埋侧拱腰方向时,会导致围岩应力集中位置从拱肩向边墙脚处转移,提高围岩整体偏压程度,该现象在拱肩处最为显著。

穿越充填溶洞隧道加固方案优化研究

在岩溶地区建设高速铁路隧道,隧道开挖过程中会遇到岩溶空腔和低承载力充填物等问题,采取超前预加固措施至关重要。文章介绍了针对大型低承载力充填溶洞的两种预加固方案,其中大管棚预加固方案使用热轧无缝钢花管进行加固,通过注浆和充填钢管的方式增强围岩强度;小导管预加固方案则通过安装小导管并进行注浆压密,提高岩体的稳定性和密封性。

不良地质条件下的隧道洞身开挖施工探析

为了提升不良地质条件下隧道洞身开挖施工质量与安全性,通过实际案例,分析了不良地质条件下隧道开挖施工的影响因素,并对不良地质条件下的隧道洞身开挖施工要点进行了探究。结果表明,在不良地质条件下进行隧道洞身开挖施工时,通过综合运用地质预测技术、合理的施工工艺和支护措施,可以有效解决地质问题,提高施工质量,并确保施工安全和工期。

盾构隧道穿越区的溶洞预处理技术

我国地域辽阔,道路交通网遍布各种地域,这其中不可避免的会在地下进行隧道钻挖,这使得盾构隧道技术已成为构建城市地下工程中不可或缺的施工技术之一。随着隧道工程的不断扩展,我国的盾构隧道技术也已经相对成熟,但由于其工程受到地质影响较大,当穿越如岩溶发育强烈等地质复杂环境时,仍然会面临施工风险和阻碍。因此,本文从盾构隧道穿越溶洞区域的预处理技术的重要意义入手,深入探讨地质勘探、溶洞处理、及稳定性评估等预处理技术的具体施工步骤。通过实施综合的地质勘探、精确的溶洞填充、以及严格的质量监控,以为盾构隧道工程提供一套完善的溶洞预处理方案,确保工程的安全性、可靠性和经济性,同时也为隧道工程的未来发展提供参考和展望。

公路隧道洞身开挖控制技术研究

为提升公路隧道工程建设质量,加强隧道洞身开挖控制技术的应用,对隧道工程建设中的关键问题进行深入分析,并着重探讨了公路隧道洞身开挖控制技术要点的应用。通过研究发现,在现代公路隧道施工过程中,成本高、安全风险高、地质条件复杂是主要特点,建设人员需根据公路隧道施工特点,制订严密的施工计划,加强隧道洞口技术与隧道洞身技术的施工质量管控,控制地下水位,保持洞身的稳定,对不良地质进行综合处理,确保隧道施工达到最佳效果。

格莱村隧道岩溶超前探测及溶洞治理技术研究

随着我国铁路隧道建设的迅速发展,西南地区修建的喀斯特岩溶隧道数量逐年增加,所遇见的突水、突泥、坍塌等地质灾害层出不穷,极大影响了隧道施工与安全。针对上述问题,本文依托渝昆高速铁路格莱村隧道工程,分析了岩溶隧道施工的重难点问题,梳理了岩溶治理技术流程,并采用综合超前地质预报技术对格莱村隧道的岩溶发育地段进行了勘探,提出了拱墙空溶洞、拱墙充填溶洞、隧底溶洞的治理措施,为其他类似隧道工程提供了一定的参考价值。

隐伏富水溶洞对隧道围岩稳定性影响分析:以云南云盘山隧道为例

为研究岩溶隧道开挖过程中隐伏充水溶洞引起的围岩稳定性问题,依托云南营盘山隧道工程,以溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距三种因素为研究对象,结合新型的三维雷达探测技术,并采用PLAXIS 3D进行数值模拟,分析了隧道各监测点位移、应力场的变化规律和影响效应。结果表明:隧道开挖会使应力场发生变化,隧道拱顶、拱腰处的围岩以压应力为主,隧道仰拱下方的围岩以拉应力为主,各部分的应力变化也是导致围岩向隧道内扩张的主要原因;单一变量下,隧道半径为5 m时,位移、应力的变化最大,溶腔内水压增加至500 kN/m^(2)时,位移、应力所受影响最大,溶洞与隧道的净距达到3 m时,位移、应力场变化尤为明显;围岩稳定性对溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距的敏感程度存在差异,大小为隧道与溶洞净距>溶腔水压>溶洞尺寸,可为相似工程的安全施工提供参考。

孔—巷瞬变电磁隧道不良地质体超前预报方法研究

在复杂环境下进行隧道施工,需要解决对溶洞、裂隙等小规模不良地质体的精细探测。为此设计了掌子面前方存在小规模溶洞的隧道施工模型,在掌子面中心点向隧道施工方向打一个钻孔,将电性源放入孔中进行激发,在掌子面上进行阵列式数据采集,采用时域有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演计算。结果表明可以通过源的移动对目标体进行电磁测深,通过掌子面上电磁场分布规律确定不良地质体的平面位置。采用孔中电性源激发的方式,可以提高瞬变电磁对小规模溶洞的探测能力,为隧道环境中提高超前预报精度提供一种可行性手段。

高速公路隧道工程溶洞处置方案施工要点分析

研究了高速公路隧道工程溶洞处置方案施工要点,在明确具体工程概况的基础上,从溶洞处置原则和方案制订两方面出发,分析了溶洞处置措施的适用性,总结喷混凝土封闭、超前支护、施作护拱、回填喷砂、二次衬砌等主要施工技术的应用要点,有利于提高溶洞处置效果,减少地质灾害的发生,保障施工过程的安全性与稳定性。

公路明(棚)洞道路保通方案的选择与使用研究

近年来,受极端气候和地震影响,公路发生斜坡地质灾害,如崩塌落石、泥石流等灾害愈加频繁,明(棚)洞作为有效防护手段,在越来越多的地灾治理工程中得到运用,并取得了良好的效果。目前,大多数明(棚)洞用于既有路改建工程,明(棚)洞施工首要面临的是如何实现道路的保通,通过对明(棚)洞结构形式、单向或双向保通、地形条件研究不同的保通方案,并根据实际工程应用案例进行分析。当采用洞内保通时,应充分考虑施工时模板支护体系的高度,在满足经济合理的原则下,适当增大结构内轮廓高度,最大程度地满足社会车辆通行,尽量减少施工给社会带来的不利影响。

不同位置承压溶洞对隧道施工影响研究

承压溶洞作为典型不良地质条件,在隧道近接其施工时,容易因为地层渗流的增加及塑性区的发展,产生突水突泥灾害,威胁到隧道施工安全。以金岩隧道工程为例,采用数值模拟手段,研究了近接不同位置(拱顶、边墙、拱底)承压溶洞时,地层与隧道结构的位移与渗流特点。结果表明:溶洞位于拱顶、边墙、拱底的地表最大沉降分别为3.10 cm、3.00 cm、2.93 cm。说明当拱顶存在溶洞时,地表变形最为危险,而拱底溶洞对隧道施工产生的地层扰动影响最小;随着向掌子面的靠近,地层渗流速度逐渐提高,且在临近掌子面时流速呈现陡增形态。3种工况中流速极值分别为0.026 cm/s、0.027 cm/s、0.030 cm/s,拱底流速最大,这是因为拱底溶洞埋深最大,溶洞压力水头最大所导致。当承压溶洞临近隧道边墙时,地层塑性区向溶洞贯通,再结合地层渗流分布,可见此工况最容易发生突水突泥灾害。

鄱湖灌区水工隧洞超前地质预报破碎带波动特性研究

水工隧洞的断层破碎带问题一直是其开挖施工过程中的重难点。为确保隧洞在开挖过程中的施工安全,施工单位在隧洞开挖前必须通过技术手段准确预报隧洞前方的地质岩性情况。本文依托国家172项重点水利工程“鄱湖灌区四干渠续建配套与节水改造项目”,结合数值模拟及现场试验,对比分析了预测前方围岩地质情况的可行性。结果表明:利用电磁波和地震波在充填土介质中传播特性,可判断破碎带的位置、规模,现场试验也验证了GPR和TGP探测技术在隧洞预报破碎带方面的准确性,但地下地质情况复杂多变,需要专业的数据解译人员,同时还要结合前期地质勘查资料,进而综合研判隧洞不良地质段。本文研究成果为隧洞破碎带的超前预报提供了理论依据及参考借鉴。

山岭隧道大型溶洞落石冲击数值分析

为研究溶洞区域可能存在的落石对山岭隧道结构受力的影响,文中以一项存在大型溶洞的山岭隧道工程为背景,通过建立考虑落石冲击力的隧道结构有限元模型,分析了不同重量落石情况下结构内力等的变化影响。结果表明衬砌拱脚与拱顶处结构内力较大,衬砌结构需要考虑拱脚适当扩大;随落石重量增加,结构弯矩增幅小于结构轴力增幅;35m高度处落石重量最大为80t时,隧道外拱衬砌满足承载能力极限状态设计要求。研究可为类似工程的落石处治分析提供参考。