地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用

在公路隧道施工中,由于勘察设计的局限性和隧道围岩地质条件的复杂多变性,施工人员对隧道掌子面前方的不良地质情况往往了解不清,致使隧道掘进过程中局部地段经常出现塌方、涌水等地质灾害,导致人身伤亡,工期延误,造成巨大的经济损失。因此,在公路隧道施工中进行超前地质预报就显得十分重要。本文以崇- 遵高速公路夏家庙隧道掘进超前地质预报为例,介绍了地质雷达方法在溶洞等不良地质灾害预报中的应用。      

电阻率值的GM(1,1)灾变模型在南昆铁路铝厂隧道快速施工超前地质塌方范围预报中的应用

根据隧道掘进掌子面处突出性淹埋整个掌子面塌方的地质信息,建立ＧＭ（１,１）灾变模型,超前预报了其塌方的范围,经隧道掘进验证,预报较为准确。     

隧道超前地质灾害预报综述

隧道超前地质灾害预报在隧道施工中是十分重要的环节。文章对隧道超前地质灾害预报内容、原则、形式、方法、流程方面的研究现状进行了论述。着重对隧道超前地质灾害预报的各种方法进行了分析对比。隧道超前地质灾害预报的方法各有优缺点和局限性,应该取长补短,综合分析,根据实际情况确定应该采取的方法及其组合。在隧道超前地质灾害预报工作中,必须处理好与施工单位的关系。     

TSP203系统在芭蕉溪隧道超前预报中的应用

地球物理勘探方法应用于隧道掘进中的超前预报工作, 不仅具有快捷、准确的特点, 而且还能进行实时处理与显示。以上(海)瑞(丽)高速公路湖南境内邵(阳)—怀(化)段芭蕉溪隧道的超前预报为例, 通过TSP203探测, 可以及时、详细、准确地了解开挖掌子面前方的地质情况, 从而为施工单位合理安排施工作业进度、减少工程隐患提供了科学依据。     

电阻率值的GM（1,1）灾变模型在南昆铁路铝厂隧道快速施工超前地质塌 …

根据隧道掘进掌子面处突出性淹埋整个掌子面塌方的地质信息，建立ＧＭ（１，１）灾变模型，超前预报了其塌方的范围，经隧道掘进验证，预报较为准确。     

长极距定源建场法超前预报掘进工程隐患

巷道或隧道掌子面超前预测预报,受空间限制和现场电干扰等诸多因素的影响,难以获得信噪比高的电位数据。将长极距定源建场法用于地下掘进工程超前预报,在AB电极中间段,掘进掌子面前方的电阻率或极化率异常地质体都会使近似均匀电流场发生扰动,形成电场或激发极化率异常,从而使这种预报方法对掌子面前方或附近异常体具有一定的分辨能力。这一超前预报方法克服了电法仪器需要在巷道内供电所带来的诸多不便,适用于煤矿等生产矿山以及交通、水利水电等掘进工程领域超前预报。      

岩溶地区隧道施工综合预报技术案例分析

由于岩溶地区隧道地质条件的复杂性,在隧道施工过程中实施准确及时的隧道综合地质超前预报是非常有必要的,并且对隧道内不同段落进行风险评价和风险分级,以实现和提高对岩溶隧道不良地质灾害的综合预报。此次研究以伊家岩隧道为工程背景,通过严格实施该综合超前地质预报方案,成功预报了隧道掌子面前方的岩溶,结合预报结果和实际揭露的对比分析,其综合预报准确率可到90%以上,证实了该综合预报方法具有较高的系统性和工作效率,有效地指导了隧道的安全施工,为同类工程提供了技术资料和经验。     

双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究

由于受护盾、管片及电磁干扰的影响,地质素描、炸药激振地震法、电磁法等超前地质预报方法在双护盾TBM施工中无法使用。根据双护盾TBM技术特点,以CCS水电站引水隧洞为工程背景,提出了以地质分析法、物探法、和超前钻探等为主的综合超前地质预报方法。综合超前地质预报采用"由粗到细、点面结合"的原则。地质分析法包括隧洞沿线地质分析、施工地质观察、岩渣及掘进参数分析等,不占用TBM掘进时间,成本低,可全洞段采用。物探法包括ISIS地震法和BEAM电法。物探法和超前钻探占用TBM掘进时间,且预报成本较高。因此,应根据预报精度、预报成本及是否占用掘进时间综合权衡后,确定采用何种预报方法。基于综合超前地质预报结果,针对不良地质条件,提出了相应的处理措施。研究结果表明,综合超前地质方法符合双护盾TBM施工特点,能有效识别掌子面前方的不良地质条件,同时可为工程应对措施提供基础支撑,从而有效避免或降低不良地质条件的影响。     

隧道施工期洞身段滑坡的超前地质预报

针对隧道施工期洞身段的滑坡超前地质预报, 以某高速公路某座隧道为例进行技术探讨, 介绍了隧道工程概况及滑坡区域基本工程地质条件。采用地质法中的趋势外推法、地质雷达波反射法、超前钻孔法, 对滑坡在隧道穿越区的延伸、规模、物质组成、工程和物理力学特性及其与隧道的空间位置关系进行了分析预测。得出了超前地质预报的综合评判结论, 减小甚至规避了单一方法的缺陷, 并提出了针对性的施工处治思路。实践证明本隧道洞身段滑坡超前地质预报是成功的, 对类似工程具有一定的参考价值。     

隧道超前地质预报技术及应用

在隧道开挖过程中,对掌子面前方的地质条件进行比较准确的预报,可有效地防止工程事故、加快施工进度以及保证工程质量。本文对隧道超前地质预报的一些常用方法及其优缺点做了简要的介绍和比较,并以某高速公路隧道建设为例,介绍了地质雷达在超前地质预报过程中的应用情况,为地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用积累了一些经验。     

锦屏一级水电站引渠内侧自然边坡的稳定性

层状岩体顺层滑动但却存在反倾的后缘结构面的边坡稳定性研究尚未见到具体讨论。本文采用了数值模拟方法对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了分析,通过结构面参数折减法,求得该边坡稳定性系数为1.191,后端岩体对前端不稳定体不存在推力。通过数值分析方法和极限平衡法对结构面相关参数的敏感性进行了分析对比,对比表明采用参数折减法的数值分析方法结果可靠。本文为类似复杂岩体边坡稳定性判定提供参考。     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

数字图像处理技术在隧道掌子面的应用

在隧道施工过程中,为了解开挖方量以及隧道前方的地质构造等信息,有必要对掌子面图像进行分析。传统分析中大多数以人工素描为主,效果因人而异。为了克服传统方法的局限,将图形、图像处理及三维建模技术引入对掌子面图像的处理中,建立隧道掌子面地质图像画像系统,对一系列跟踪拍摄的掌子面图像进行处理,自动提取出掌子面上不同岩层的边界,获取岩层的特征信息,以此对围岩分级。根据相邻掌子面上岩层目标的对应关系,建立起隧道的三维模型,为隧道施工提供必要的参考信息。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析

因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。     

基于广义Hoek-Brown准则的隧道纵向变形曲线研究

纵向变形曲线是隧道开挖面空间约束效应的直观反映,多数纵向变形曲线的研究并未考虑围岩质量和应力水平的影响。基于广义Hoek-Brown准则,采用有限差分法,提出了能够量化不同围岩质量及应力水平下开挖面空间效应差异的纵向变形曲线函数表达式,可以简便地得到不同地质条件下的隧道纵向变形曲线,通过误差分析及与已有研究成果对比,验证了该方法的合理性与普适性。研究结果表明：围岩基本质量指标值相同时,围岩纵向变形曲线随着埋深增加变得更加平缓,即围岩应力及位移的释放过程越缓慢,埋深相同时,随着围岩基本质量指标值的降低,围岩纵向变形曲线显示出同样的趋势,相对于开挖面前方,开挖面后方纵向变形曲线的这种特点更加明显;开挖面处纵向变形也是围岩质量与应力水平的函数,最大值不超过隧道径向变形最终值的30%。     

基于剪切破坏的深长隧道掌子面隔水岩层安全厚度的研究

突水是复杂地质区域隧道修建时常见的地质灾害。掌子面前方隔水岩层是阻止突水发生的重要安全屏障。本文主要对隧道前方隔水层临界安全厚度的确定方法进行研究。首先基于Mohr-Coulomb破坏准则构建了隔水岩层剪切破坏力学分析模型并得到相应的隔水岩层安全厚度的计算公式;其次,对于深埋隧道,构造应力场对水平应力影响更明显,通过理论分析以及安全性角度分析,发现利用竖向应力计算法向应力更合理;然后,考虑隧道开挖对初始地应力的影响,对上述模型做了进一步的改进;最后,结合跃龙门隧道工程突水灾害的特点,利用区间非概率可靠性以及概率分析两种方法对隔水岩层厚度进行分析,并与现场实测结果进行对比验证。工程案例应用结果表明本文所提出的计算模型是有效的。本文的研究成果既是对现有的临界隔水岩层厚度的知识体系进行补充和完善,也可为后续的风险评估、风险对策的制定提供辅助信息。     

Visualizing the effect of excavation rate on rock deformation and fracturing of tunnels using a transparent soft rock surrogate

One of the most important problems during tunneling in soft rock is deformation and fracturing of the rock during tunneling. The problem was successfully explored by using a transparent rock surrogate to simulate the behavior of soft rock, which permitted visualizing conditions within the rock. Synthetic soft rock was made using consolidated fused quartz saturated with a blend of two mineral oils that have the same refractive index as the quartz. The tunnel was simulated using a smooth aluminum tube and two tunneling methods representing machining and blasting were considered. Two observation planes made of seeding particles were pre-placed within the model and used to track soil movements and crack propagation. Images of both planes were captured simultaneously using two orthogonal cameras. Rock deformations were concentrated in the vicinity of the tunnel face, and deformation rates behind the tunnel face were significantly greater than those ahead of the face. However, deformation rates and patterns varied considerably depending on the excavation method/rate. Fracturing mechanisms exhibited similar differences, for machining deformations occurred higher above the crown and propagated toward the tunnel face. Conversely for blasting deformations sprang from the crown upwards. These observations can assist with numerical simulations and in planning tunnel support systems.

     

Beam超前地质预报技术在铜锣山隧道中的应用

Beam是一种新型的电法超前预报技术,目前在国内应用很少。文章首先介绍了Beam超前地质预报方法的工作原理,然后结合Beam在国内垫邻高速公路铜锣山隧道施工中的首次应用,对该方法的具体工作过程和预报结果进行了介绍。与地质雷达、TSP预报结果以及实际开挖情况进行对比表明,Beam对掌子面前方水体具有良好的探测效果。最后对Beam在国内的推广应用提出了建议。     

深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出机制探讨

为深入探讨硬煤的煤与瓦斯突出机制,对深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出的相关理论和模型试验进行研究。根据断裂力学、岩石力学及煤与瓦斯突出有关理论,提出深部开采过程中硬煤掘进工作面薄板理论假设,并将该理论应用于深部硬煤掘进工作面煤与瓦斯突出模拟试验研究。对硬煤掘进工作面薄板理论分析,认为工作面尺寸、煤的弹性模量、围岩侧压系数、瓦斯压力等因素对硬煤掘进工作面突出具有较大影响。试验结果表明,在围岩应力、煤的坚固性系数较大的情况下,硬煤突出临界条件主要受围岩应力、煤的弹性模量、围岩侧压系数及工作面尺寸等因素影响,而受瓦斯压力影响相对较小;在围岩应力、试样的坚固性系数较大且煤的弹性模量和侧压系数稳定不变的情况下,发生突出的临界轴向应力随模拟工作面尺寸增大而近似呈线性减小。试验结论基本符合本硬煤突出薄板模型理论公式,在一定程度上验证了硬煤掘进工作面煤薄板模型理论及硬煤掘进工作面突出机制假设。     

隧道中的地质雷达技术应用效果

地质雷达勘探技术以其独有高分辨率、高效率、无损检测的特点可满足超前地质预报施工要求，在隧道施工，能够准确预报掌子面前方岩体构造情况和不良地质体，对隧道混凝土衬砌常见的问题如：衬砌和围岩的结合部的缺陷、局部裂缝、衬砌厚度不足、土衬砌与围岩出现的脱空、回填欠实、富水区等进行有效的检测。