岩溶地区地下水位变动带隧道涌水问题的思考

通过鸡冠山隧道涌水实例及广泛收集岩溶地区隧道涌水案例,总结出岩溶地区隧道季节变动带涌水具有反应时间快、水量大、泥沙重的特点,并综合分析地下水季节变动带隧道的水文地质特征,将其划分为一般山岭隧道及向斜构造地下水位变动带两种类型,且对两种类型涌水机理进行了阐述。岩溶地区隧道前期勘察应重点划分隧道岩溶地下水系统及地下水动力分带,查明岩溶发育特征与规律;施工期和运行期应结合岩溶揭露情况和涌水情况开展针对性的补充勘察,做好降雨、涌水过程和涌水压力监测,判断和预测最大外水压力和涌水量。针对涌水问题,提出封堵和排泄两种处理思路:施工开挖揭露的岩溶现象不可盲目封堵,需尽可能维持原通道的通畅,针对可能涌水的隧道衬砌设计不可仅考虑围岩结构,应充分考虑外水压力,做好围岩固结灌浆;常规隧道“环形排水系统+中心沟”排水系统可靠性差,针对大流量涌水,多采用泄水洞排水。      

隧道围岩内地下水渗流边界效应影响研究

根据水位条件、施工工艺和防排水设计原则将隧道渗流计算围岩透水边界条件大致划分为4种类型,并分析了不同透水边界条件适应的施工工况。基于复变函数理论和保角映射方法,推导得出4种透水边界条件下隧道围岩内任一点孔隙水压力和隧道涌水量解析计算公式,通过与数值解的对比,印证了解析解的准确性。在此基础上,根据不同透水边界条件下隧道涌水量和围岩关键点孔隙水压力随埋深直径比（ ）的变化规律,分析了透水边界条件的变化对浅埋隧道和深埋隧道的影响,并探讨了浅埋水下隧道渗流计算中透水边界条件的选取。相关结论与认识对于隧道渗流计算和排水设计具有一定的指导作用和参考价值。     

公路隧道防排水技术进展

综述了公路隧道近几十年防排水技术的进展。其内容包括 :公路隧道防排水技术标准 ,复合式衬砌防排水技术 ,断层、破碎带地层中的防排水技术 ,隧道导排水结构。并结合某些工程问题进行了讨论。     

广东地区某公路岩溶隧道水害分析及其数值模拟研究

结合岩溶区公路隧道的实际情况,研究隧道涌水量计算的关键因素,并通过降水量、降水强度和入渗强度定量分析隧道涌水量。文章根据大宝山的实际情况,采用降水入渗法和地下径流模数法计算隧道两侧洞口段雨季涌水量,针对强降水过程,分析隧道可能出现的最大涌水量。研究结果表明:隧道排水能力理论上可满足降雨的排水要求,但实际排水能力受工程施工材料、工程的不均匀性以及长期的淤堵等因素影响。文章明确了广东地区公路岩溶隧道水害影响因素,考虑临界状态和破坏状态的水压力建立岩溶隧道涌水模拟模型,水压力临界值随隧道衬砌结构厚度的增加逐渐增大。      

岩溶隧道涌水及其专家评判系统

在我国岩溶区许多的铁路、公路隧道及水工隧道的修建中,遇到大量的岩溶涌水、突泥问题,给工程施工和运营带来很大危害。基于岩溶水文地质学的最新理论和国内外工程实践,结合作者多年实践经验,提出隧道岩溶涌水专家评判系统。该系统认为岩溶隧道涌水是隧道与岩溶水系统在四维时空交汇的结果,因此,必须根据隧洞揭露的强岩溶层、岩溶水系统分布、水动力分带、岩溶结构面分析确定涌水的可能性及性质。在此基础上,根据岩溶水动态计算动态涌水量。      

川东南隔挡式构造区隧道空间展布影响下岩溶涌突水特征简析

隔挡式构造区隧道工程涌水特征研究多局限于某个具体隧道工程及对应的特定岩溶水系统,缺乏关于隧道空间展布影响下涌突水问题的系统研究。文章提出以隧道穿越区岩溶发育及岩溶水水平与垂直分带差异作为隧道空间布置类型划分的主要标准,将隧道空间展布区的岩溶水文地质特征分为七类,对不同类型中岩溶含水介质空间结构特征、岩溶发育差异以及岩溶水在此区域流动的特点进行分析,并对八种类型的隧道涌突水的特征进行比较。据此,结合研究区拟建渝万客专铜锣山隧道和明月山隧道案例,分析此两隧道展布区域的岩溶水文地质特征,分别属于补给-垂直入渗型类型及补给径流-水平径流型类型。进一步对此两隧道可能遭遇的岩溶涌突水进行定性评价和涌水量计算,认为铜锣山隧道主要出现雨季涌水现象,水量大小受降雨强度控制,而明月山隧道涌水量较大。      

引红济石工程长隧洞施工防水与排水

介绍了引红济石工程长输水隧洞施工防排水方案,参照国内类似工程和结合秦岭Ⅱ线平导洞施工经验,通过对隧洞涌水的分析,提出了长输水隧洞施工的抽排水措施、封堵措施和抽排水设备。     

岩溶隧道涌水对降雨的响应特征

引入时间序列分析方法,以铜锣山岩溶长大隧道为例,采用相关分析和频谱分析,定量研究了该隧道涌水对降雨的响应特征。结果表明,隧址区岩溶地下水系统储量十分丰富,具有很强的调节能力和过滤作用,致使隧道涌水与降雨的相关程度不高,平均滞后时间长达12.62 d,由此推断,隧道涌水与降雨之间的连通性较差。此研究成果可为隧道后期的防排水管理提供科学依据。      

特长隧道高压大流量突涌水治理施工和技术探讨

结合工程实例,介绍了长大隧道施工中高压大流量突涌水治理所采用的超前地质预报、突涌水的预防及帷幕注浆封堵等主要施工技术。并对岩溶发育富含水地区隧道工程的施工进行了分析和探讨,并提出了可行性施工方案。     

隧道地下水处治的设计理论及方法研究

隧道施工地下水的处治问题一直困扰着隧道工程界,对地下水作用的认识仍未达成共识,为此需要从概念上和方法上对本问题进行深入研究。本文在国内外研究现状分析基础上,开展了隧道施工对地下水渗流变化的影响分析、隧道水压力物理模型试验研究、隧道衬砌水荷载及其相关问题的数值分析,提出针对不同防排水模式的水荷载计算模式、隧道地下水处治的理念和方式。主要创新点如下:明确提出高水压的概念,建立隧道衬砌水压力计算的概念模型,提出针对隧道不同埋深段及地下水发育状况采取不同处理策略的隧道防排水原则,研究成果为高压富水隧道设计提供了理论依据。     

铁路隧道下穿公路引起的路面沉降规律和控制基准研究

目前,铁路隧道下穿公路引起的施工沉降规律和控制基准研究都是以某具体工程为背景制定的,缺乏统一的控制基准。从公路纵坡、横坡、平整度及工程结构稳定本身的需要出发,通过比较分析,提出了采用平整度要求控制施工路面不均匀沉降;在考虑路基高度、隧道尺寸、埋深、地质和施工方法影响条件下,通过FLAC数值计算软件对单双线铁路隧道下穿公路的数值模拟,分析路面沉降规律,得到了沉降槽宽度系数和最大沉降量的预测模型;结合平整度要求及沉降槽宽度系数预测模型制定了铁路隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准。通过大量工程实例来验证了提出的沉降控制基准的合理性,其结果可为铁路隧道下穿其他建筑物引起的地表沉降控制基准的制定提供参考。     

扁平大跨度公路隧道松动荷载计算方法探讨

确定松动荷载的方法多为规范法和理论公式法,这些方法都建立在对以往隧道松动荷载统计和分析的基础上。双洞八车道扁平大跨度公路隧道是近几年发展起来的一种隧道形式。由于其跨度增加、扁平率降低,现有松动荷载的算方法是否适用于双洞八车道公路隧道,已成为隧道建设者面对的重要问题之一。以广州龙头山双洞八车道公路隧道为研究背景,概括和总结了各种松动荷载的计算方法;应用这些方法计算龙头山隧道的松动压力,分析和对比计算结果,并通过数值计算和实测围岩压力对各种方法的合理性进行了分析;根据各种方法的产生背景和内容,分析其各自的适用性;根据研究结果,对扁平大跨度公路隧道进行了适应性分析和讨论。     

Leaking behavior of shield tunnels under the Huangpu River of Shanghai with induced hazards

The Quaternary deposits in Shanghai primarily consists of a phreatic aquifer group (Aq0) and five artesian aquifers (AqI–AqV) that are separated by six aquitards (AdI–AdVI). In the basin of the Huangpu River, the first artesian aquifer (AqI) is connected to the second artesian aquifer (AqII), forming a 50-m-thick artesian aquifer with a very high groundwater level. The highway tunnels under the Huangpu River of Shanghai are constructed at a maximum depth up to 45 m, within the artesian aquifer. These tunnels are lined with precast reinforced concrete segments without a second lining. Under high water pressure, it is difficult for the single shell linings to achieve water tightness. Different degrees of groundwater leakage have been observed in road tunnels under the Huangpu River. The tunnels constructed before the 1990s have had very serious groundwater leakage (e.g., >1 L/m²/day), and the recently constructed tunnels have leaked less than 0.1 L/m²/day. The factors influencing groundwater leakage include depth below groundwater level, differential settlement of the tunnel, and applied waterproof technologies. The increase in depth leads to a significant increase in groundwater leakage. The differential settlement causes gaps to open and offset between segments, as well as cracking of segments, which can also induce groundwater leakage. According to the analysis of recorded data, the number of leaking points tends to increase with the curvature of the settlement curve. In addition, inappropriate waterproofing materials and poor waterproofing design will also lead to groundwater leakage. Groundwater leakage causes deterioration of the structure, aging of the installations in the tunnels (e.g., facilities and pavements), as well as discomfort for users of the tunnels and adverse environmental impacts. Furthermore, groundwater leakage also causes structural deformation of the tunnel itself, leading to further leakage and hazards.     

山岭隧道堵水限排围岩力学特性分析

为了尽可能减少隧道长期大量排水带来的严重环境问题,高水位地区的深埋山岭隧道应采取“以堵为主,限量排放”即“堵水限排”的防排水设计准则。但在堵水限排情况下围岩的力学特性如何？是当前隧道衬砌结构设计急需解决的关键问题之一。首次建立了山岭隧道堵水限排情况下围岩力学特性分析的解析模型并进行了理论推导,分析了不同排水工况下围岩力学特性的变化并绘制了相应的围岩特征曲线,为堵水限排衬砌结构设计提供了理论依据。     

深埋隧道围岩-支护结构稳定性研究

依据隧址区工程地质特征,建立通-渝深埋公路隧道1:1实体模型。通过有限元数值模拟,结合量测资料,分析了隧道按全断面法和台阶法动态施工过程围岩-支护结构屈服接近度、位移和应力特征,以及支护结构钢支撑受力、二次衬砌轴力和弯矩特征。结果表明,在相同的地质条件和支护条件下,台阶法较全断面法没有明显的优势,为深埋公路隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

高水位隧道堵水限排围岩与支护相互作用分析

为了保护环境并尽可能降低衬砌结构所受的水压力,提出高水位山岭隧道应采取“以堵为主,限量排放”,即“堵水限排”的防排水设计原则。但对于堵水限排情况下衬砌结构的设计,目前尚没有规范可依,这是目前隧道设计施工亟待解决的问题。在隧道力学和渗流力学的基础上进行理论分析,研究渗流应力耦合作用下围岩的力学特性,利用特征曲线法分析了不同排放量下围岩与支护的相互作用,并与数值方法计算结果进行对比。计算结果表明：不同排水量下围岩特性曲线不同,支护阻力也不同,不同排水条件下围岩有效切向应力和有效径向应力的变化很明显,排水对围岩应力以及支护体系受力的影响是不容忽视的。另外,传统隧道设计方法在全排水时完全不考虑水的作用是不安全的。所得结论可为堵水限排衬砌结构设计提供理论依据。     

穿越古滑坡川主寺隧道施工地质问题及整治措施

由于在勘察设计阶段对地质条件的认识不足,或者因改善公路线型的要求,穿越大型古滑坡体的隧道工程难以避免。川主寺隧道即是一个穿越了大型古滑坡体的公路隧道。文章以该隧道赋存的地质条件为基础,初步讨论了古滑坡的基本特征,通过现场调研分析了穿越该古滑坡隧道建设中出现的洞口滑坡以及碎裂围岩坍塌等地质问题。并提出相应的整治措施。其研究成果对于穿越古滑坡隧道的修建具有重要的指导意义。     

水底隧道饱水地层衬砌作用荷载研究

与山岭隧道所不同,采用矿山法修建水底隧道,二次衬砌将承受很大外水压力,特别是穿越饱水破碎地层时,具有很大的施工风险。以厦门翔安海底隧道为工程背景,针对F4风化深槽地层,研究不同水位条件下,衬砌荷载与排放流量及排放方式之间相关关系。研究得出：当控制排放量为全排条件流量1/3左右时,可卸掉80%外水压力;从环境和经济角度考虑,可将出现拐点折减系数0.2作为水底隧道限量排放的设计基准值;从支护结构体系组成考虑,对于F4强风化深槽破碎围岩,必须施作注浆圈,才可以保证在水压、土压共同作用下衬砌结构安全,结果显示施作注浆圈能够减少衬砌作用荷载30%～40%,提高安全系数几乎一倍;从主体结构受力特征看,水底隧道最不利受力位置在墙脚和仰拱,因此,无论是防水型还是排水型隧道,均应对仰拱形式及支护参数加强设计。