反平面线源荷载作用下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应研究

为加深理解波源距离和非完全粘结对地震波散射的影响规律,结合位移不连续模型、波函数展开法、Graf公式和镜像方法推导了反平面线源荷载下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应的级数解,并通过衬砌内外边界条件残余量与级数解截断项数的关系校验了该解的精度。通过对该级数解进行参数分析,系统地探讨了衬砌与围岩的接触刚度、衬砌模量、衬砌厚度、隧道埋深和波源距离等因素对衬砌内表面位移和周向剪应力的影响。结果表明:衬砌与围岩的接触刚度对隧道的动力响应具有显著的影响,尤其在某些较小接触刚度情况下隧道动力响应幅值可能非常大;增大衬砌模量会减小位移,但同时会导致周向剪应力增加;增大衬砌厚度能同时减小位移和周向剪应力;增大隧道埋深会使最大位移和周向剪应力向隧道拱顶附近移动;增大线源与隧道的水平距离会使隧道背波侧相对幅值增大。

瞬变电磁法和地震反射波法在不良地质洞段超前地质预报中的应用

物探方法是超前地质预报的主要手段,通过不良地质体与围岩物性参数差异,及时发现和预测地质条件的变化。较完整一完整围岩岩体物性参数与不良地质体物性参数存在较明显差异,有利于分辨出不良地质体;但是在地质条件差洞段的不良地质体与围岩岩体物性参数差异极小,不利于分辨出不良地质体,使得岩体质量情况和地质灾害风险预报难度极大。本次采用瞬变电磁法与地震反射波法的综合物探法,在滇中引水工程大理Ⅱ段Ⅴ_(特)类岩体开展专项超前地质预报工作,主要利用岩体视电阻率、应力梯度、纵波波速、横波波速等参数对未开挖段岩体质量和可能存在的地质灾害风险进行预测。创造性地通过“日进尺”这一指标间接对开挖岩体破碎程度进行评价,经对比,预报成果中符合长度占实际开挖过程中问题段长度的85.1%,预报结果与开挖成果较为吻合;此外,对坍塌失稳段、突泥涌水段也有明显反映,为该方法组合在不良地质洞段超前地质预报中的应用提供了借鉴。

超前地质预报技术在昌波水电站导流隧洞施工中的应用

导流隧洞作为水利水电工程的重要组成部分,其施工技术的先进性直接影响工程建设的质量。针对昌波水电站复杂地质条件下的导流洞开挖施工项目,采用探地雷达和地震波反射结合的方法进行超前地质预报,利用探测技术计算隧洞长度和围岩类型,设计多种开挖施工工艺和质量控制体系,提高了昌波水电站导流隧洞的开挖效率和安全性。

基于波速法的隧道稳定性超前预测

利用地震波纵波速度(V_(p))超前分析隧道围岩的稳定性。首先研究地质强度指标(I)、扰动参数(D)等Hoek-Brown常数与V_(p)之间的关系,然后采用Hoek-Brown准则推导隧道塑性区位移公式,考虑到V_(p)可以从TSP203PLUS中获取围岩的弹性模量、泊松比和V_(p)等一系列参数,最终形成确定隧道塑性区位移的新方法。为证明该方法的有效性,对某隧道进行超前评估,并通过卡斯特纳方程对预测结果进行验证。结果表明,提出的方法计算隧道所得塑性区位移与卡斯特纳方程基本一致,此方法获取的参数更为便捷,具有良好的工程应用前景。

基于隧道超前地质探测的围岩分级研究

为探明隧道掌子面前方的围岩等级以保证后续施工安全,进行超前地质预报是最常用的技术手段。该文以青海加西公路JX-1标互助北山特长隧道为例,依据2种超前地质预报方法即地震波法和地质雷达法,探明隧道掌子面前方的围岩等级,纠正隧道设计阶段围岩等级不明确的误差,验证依靠超前地质探测查明围岩等级方法的可行性。此方法预测的围岩等级与开挖情况符合,能够为后续隧道工程建设提供参考。

基于谱减法的隧道地震波超前探测去噪方法

为快速有效地去除隧道地震超前探测数据中具有随机、频带广和能量强特征的噪声,提升偏移成像质量,进而有效探明隧道掌子面前方灾害源,充分利用谱减法在压制随机噪声上的优势,将其引入隧道地震波探测数据处理中,形成基于谱减法的隧道地震波超前探测去噪方法。该去噪方法可以有效去除随机噪声且计算效率较高,可以满足隧道的快速施工要求。通过对典型不良地质模型进行数值模拟,表明利用谱减法可有效压制隧道环境中的随机噪声干扰,地震记录中反射波信号信噪比更高,在此基础上的偏移成像结果伪像干扰更少,可有效提升探测准确性。将该方法应用至实际隧道地震探测中,成功探明了隧道掌子面前方的岩体破碎带分布位置和范围,证明应用该方法进行超前探测具有有效性和实用性。

综合物探在水工隧洞软岩变形区探测中的应用

为查明某水工隧洞软岩变形区发育规模及衬砌损坏情况,选用探地雷达法、地震映像法及超声三维成像法进行综合探测,通过研究变形区电磁波、地震波反射信号相位及超声横波振幅特征,分析软岩变形范围、深度及其对衬砌结构的影响,取得良好效果,为处理方案设计提供科学依据。

复杂地质富水条件下TBM施工隧洞综合超前预报体系实践

【目的】为了准确地对钻爆与TBM联合施工的隧洞进行综合超前预报,【方法】以秘鲁圣加旺Ⅲ水电站引水隧洞工程为依托,基于探构造与探水结合、物探与地质手段结合、预报结果与地质分析结合的超前预报思路,对现有常用超前预报技术进行研究。改进TST与CFC技术在TBM隧道中的观测系统布置方式,使之适应TBM隧道工况,并在实际开挖掘进中检验该综合超前预报体系的准确性。【结果】结果显示,建立的以地质资料为基础、以三维地震波法与CFC超前探水方法为核心、以超前钻探和超前注浆为保障的综合超前预报体系,准确性良好,预报的定性准确率为90.5%,定位准确率为82%。【结论】结果表明,在该体系的指导下,实现了对不良地质体的超前治理,进而有效避免了富水断层破碎带对TBM施工的干扰,保障了TBM高效安全掘进。该综合超前预报体系兼容钻爆法与TBM法施工隧洞,对同时开展两种施工方法的引水隧洞具有借鉴意义。

大空间隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法

大空间地下隧道结构的地震反应特点主要包括两方面:地震波传播方向通常不垂直于结构纵轴,沿纵轴方向结构各点在同一时刻的地震反应并不相同;结构的剪切变形随着横截面尺寸的增大而更加显著。然而,现有的大型地下结构地震反应分析拟静力方法多为针对地震动垂直入射条件下结构横断面地震反应分析的二维方法,难以计算隧道等长线型结构的纵向地震反应;而基于弯曲梁理论提出的纵向整体式反应位移法,虽能完成非一致地震动输入下隧道结构纵向最不利地震反应计算,但无法合理描述结构的剪切变形特点。该文基于大空间隧道结构纵向地震反应的规律和特点,结合铁木辛柯梁理论,确定了通过自由场地震反应获得大空间隧道结构纵向地震反应最不利时刻的方法,发展了适用于大空间隧道结构纵向地震反应分析的整体式反应位移法,并通过数值算例对该方法的有效性和计算精度进行了验证。

基于公路隧道的地震波反射法超前地质预报应用效果研究

超前地质预报技术在隧道工程中预报效果的准确性对指导施工安全及进度具有重要意义,尤其是针对断层破碎带、突水、岩体不良等存在安全隐患的隧道,研究超前地质预报的工作是关键所在。因此,本文通过研究地震波反射法中的TSP技术与TST技术在工程应用中的优劣性,对比这两种方法的应用效果,以提高工程预报技术的准度,经比对发现,TSP技术具有操作简单、经济性高,但存在预判结果不准的缺陷,而TST的经济性与操作性相比于TSP技术略有不足,但是预报结果较为准确,具有与实际开挖结果更为贴合的优点,该研究结果可为公路隧道超前地质预报探测提供参考借鉴。

隧道超前地质预报技术及综合应用

隧道掘进过程中围岩地质条件复杂多变,单一的地质预报方法存在多解性,准确率较低。基于分析不同超前地质预报方法的适用范围,建立地质分析与物探长距离预报和短距离预报相结合的综合预报解译方法,并以某高速公路隧道超前地质预报为例,采用地质分析法、地震波反射法、电磁波反射法、瞬变电磁法进行了综合超前地质预报及工程应用。结果表明:综合超前地质预报能较准确查明掌子面前方不良地质体的分布范围及性质,可有效降低施工风险,为地质灾害处理和围岩设计变更提供依据。

爆炸地震波作用下深埋圆形隧道的动力响应分析

深地下结构在爆炸地震波作用下的动力响应是防护工程设计和评估的重要问题,发展适应深部特点的快速计算方法具有重要意义。采用集中质量方法将圆形隧道离散为有限自由度体系,并将爆炸地震波的作用看作一系列作用在集中质量上的动力,利用局部变形理论将围岩的弹性抗力简化为弹性链杆,采用矩阵力法考虑结构在各种内力作用下产生的自身变形和弹性半空间的变形,并据此建立结构动力方程矩阵。通过对结构动力方程的求解,可以得到结构的动力集中系数和结构内力、弯矩、位移等参数。采用所提出的方法计算一个算例,分析围岩等级、荷载作用位置、正压作用时间以及入射波角度等因素对隧道衬砌结构动力响应的影响。

隧道的两种减震措施研究

运用 Newmark 隐式时间积分有限元法并采用粘–弹性人工边界,计算了不同地震动作用下不同的围岩材料对隧道地震反应的影响,并通过改变隧道衬砌一定范围内围岩材料的参数,计算了隧道的地震反应,分析了在隧道施工中设置减震层和注浆加固一定范围内围岩这两种方法的减震效果、适用条件及其减震机理。计算结果表明:减震层或加固层的设置使隧道衬砌位移差减小,从而使其应力减小,起到保护隧道衬砌的作用;对于处于软弱围岩中的隧道,可以采用在较大的范围内注浆加固围岩的办法进行减震,充分发挥围岩的承载能力;而处于稳定性极好的坚硬围岩中的地下结构,可不考虑抗震问题,即使是处于强震区,只是对于重要的建筑物才采用设置减震层的方法进行减震。计算结果可为地下结构的抗震设计提供了依据。

地下结构抗震分析的振动法与波动法对比研究

针对地下结构抗震分析中应用广泛的波动方法与振动方法,从物理方程和有限元格式出发,明确了两种方法的区别与联系。通过标准数值试验,证明了振动方法是波动方法采用下卧刚性基岩假设和地层水平无限延伸假设,仅考虑SV波垂直向上入射的一种特例。采用波动方法模拟弹性地基,对比振动方法结果,表明弹性地基和刚性地基上地表位移响应和隧道结构内力响应均有显著差异。建议应根据具体场地条件,选择振动或波动方法进行地下结构抗震设计研究。

浅层地震反射波法在隧道工程勘探中的应用

地震反射波法应用广泛,不仅可以用于勘察岩层界面、探明岩石和土的物理性质,而且可以用于寻找断层、破碎带等不良地质体等。本文结合某隧道勘查实例,介绍了反射波法的原理及数据处理和解释方法。结果表明地震技术在隧道工程勘查中具有良好的应用效果。

公路隧道综合超前地质预报技术及应用

针对公路隧道超前地质预报中单一超前预报方法精度不足的问题,对比当前主要超前地质预报方法的特点与局限性,提出地质分析技术与物探技术相结合、洞内外相结合、长短距离预报相结合,以及多种物性参数互补的综合超前地质预报实施方案;以某高速公路隧道超前地质预报工程为例,阐述基于地质调查法、掌子面地质素描法、地震波反射法、地质雷达法的综合超前地质预报技术体系,预报掌子面前方节理裂隙水发育区域,及时、有效避免隧道岩溶突水、突泥等地质灾害的发生。结果表明,该综合超前地质预报技术能充分发挥各种预报方法的优势并相互验证,极大地提高公路隧道施工不良地质超前预报精度。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

综合物探方法探测城市地下巷道的可行性

随着经济、城镇化建设的快速发展,查明拟建地下巷道位置、埋深、规模和走向,对于地基处理和基础设计显得十分重要。笔者针对城市特殊的场地条件和干扰环境,开展了综合物探方法探测城市地下巷道的可行性研究,提出了以瞬变电磁法为主,浅层地震反射波法佐证为辅的新型综合物探组合模式,并深入研究了其可行性和互补作用。实践表明,上述综合物探方法组合既可适应于城市地下巷道的探测精度,又具有压制来自城市干扰的优势,是行之有效地方法。

隧道综合参数超前地质预报技术研究

本文介绍一种新型的隧道施工综合超前地质预报系统USEP,该系统采用综合参数法进行超前地质预报,综合参数为"波速+电阻率"。其中波速探测采用角度偏移和位置偏移的联合体系,电阻率探测采用瞬变脉冲电磁法重叠回线装置在掌子面进行扫描,最终实现综合参数及空间超前地质预报。文章利用课题组研发的USEP系统,结合108国道北京南村隧道的探测预报实例详细说明隧道综合参数及空间超前地质预报工作的原理与效果,并总结在复杂地质条件下采用"波速+电阻率"综合预报的必要性,它对隧道及地下工程施工超前地质预报工作有广泛的指导作用。

地震折射波法和高密度电法在隧道勘察中的应用

介绍了浅层地震折射波法及高密度电法基本原理和方法,结合工程勘察实例,阐明折射波法和高密度电法在铁路、高速公路隧道勘察中的应用效果,并介绍了这2种方法相结合在查明隧道隐伏构造和破碎带等不良地质体的位置、规模、性质、特征中的应用效果,提出提高这2种方法勘察精度的几个举措。