渝怀铁路圆梁山隧道桐麻岭背斜东翼岩溶涌水突泥灾害与整治方案比选

圆梁山隧道是在建铁路重庆至怀化线的关键性控制工程,隧道全长11.068km,最大埋深约780m.隧道施工穿越桐麻岭背斜东翼时,遇到了水平循环带岩溶强烈发育地段,该地段岩溶十分发育,且连通性好;加之数次强降雨,Dk361+764、DK360+873等段多次突发大规模的涌水突泥砂、块石灾害,造成部分施工机具掩埋损毁,施工掘进严重受阻,蒙受巨大的经济损失,初步分析认为涌水突泥与地下暗河或岩溶泉群的主管道网络发生较为密切的联系,可以直接接受大气降水补给.为了确保隧道施工和运营安全,针对背斜东翼段岩溶发育情况、涌水突泥特征及其降雨影响程度,进行了泄水洞排水、平导排水、封堵和堵排结合4个整治方案比选,最终采用了泄水洞方案;2003年5～9月雨季,背斜地区多次普降(特)大暴雨,DK361+764、DK360+873等地段又再而三地突发大规模的涌突水(泥、砂、块石),都通过兴修的泄水洞排泄掉了,隧道及其衬砌结构安然无恙,表明采用泄水洞方案整治背斜东翼段的岩溶涌水突泥灾害是正确的选择.     

渝怀铁路圆梁山隧道桐麻岭背斜东翼岩溶涌水突泥灾害与整治方案比选

圆梁山隧道是在建铁路重庆至怀化线的关键性控制工程,隧道全长11.068km,最大埋深约780m。隧道施工穿越桐麻岭背斜东翼时,遇到了水平循环带岩溶强烈发育地段,该地段岩溶十分发育,且连通性好;加之数次强降雨,DK361 764、DK360 873等段多次突发大规模的涌水突泥砂、块石灾害,造成部分施工机具掩埋损毁,施工掘进严重受阻,蒙受巨大的经济损失,初步分析认为涌水突泥与地下暗河或岩溶泉群的主管道网络发生较为密切的联系,可以直接接受大气降水补给。为了确保隧道施工和运营安全,针对背斜东翼段岩溶发育情况、涌水突泥特征及其降雨影响程度,进行了泄水洞排水、平导排水、封堵和堵排结合4个整治方案比选,最终采用了泄水洞方案;2003年5～9月雨季,背斜地区多次普降(特)大暴雨,DK361 764、DK360 873等地段又再次突发大规模的涌突水(泥、砂、块石),都通过兴修的泄水洞排泄掉了,隧道及其村砌结构安然无恙,表明采用泄水洞方案整治背斜东翼段的岩溶涌水突泥灾害是正确的选择。     

渝怀铁路圆梁山隧道桐麻岭背斜东翼岩溶涌水突泥灾害与整治方案比选

圆梁山隧道是在建铁路重庆至怀化线的关键性控制工程，隧道全长11．068km，最大埋深约780 m。隧道施工穿越桐麻岭背斜东翼时，遇到了水平循环带岩溶强烈发育地段，该地段岩溶十分发育，且连通性好；加之数次强降雨，DK361＋764、DK360＋873等段多次突发大规模的涌水突泥砂、块石灾害，造成部分施工机具掩埋损毁，施工掘进严重受阻，蒙受巨大的经济损失，初步分析认为涌水突泥与地下暗河或岩溶泉群的主管道网络发生较为密切的联系，可以直接接受大气降水补给。为了确保隧道施工和运营安全，针对背斜东翼段岩溶发育情况、涌水突泥特征及其降雨影响程度，进行了泄水洞排水、平导排水、封堵和堵排结合 4个整治方案比选，最终采用了泄水洞方案； 2003年 5～9月雨季，背斜地区多次普降（特）大暴雨，DK361＋764、DK360＋873等地段又再次突发大规模的涌突水（泥、砂、块石），都通过兴修的泄水洞排泄掉了，隧道及其衬砌结构安然无恙，表明采用泄水洞方案整治背斜东翼段的岩溶涌水突泥灾害是正确的选择。     

断层破碎带隧道突水突泥灾变演化模型试验研究

为研究断层破碎带隧道开挖扰动作用下突水、突泥灾变演化过程,建立了三维地质模型试验系统,以江西永莲隧道F2断层突水、突泥灾害为例,通过大量的材料配比及物理力学性能参数测试,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及正常围岩相似材料,对隧道突水、突泥灾害进行研究。试验结果有效地揭示了无支护条件下断层破碎带隧道的洞周位移、渗流压力、应力-应变以及突出物质量等特征参数对时效性的响应规律。随着时间的增长,渗流压力整体呈上升趋势,越靠近开挖面其波动范围及幅度越大;突出物质量在发生突水、突泥灾害前出现短时减小后迅速增加;洞周围岩拱顶以竖向位移为主,而拱腰以水平位移为主;在相同相应力状态下,拱腰位置应变比拱顶位置大。将试验灾变特征与现场实际演化过程进行对比分析,两者结果较为吻合。该系统可广泛应用于其他地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

应力-渗流-损伤耦合作用下管道型岩溶隧道突水灾变规律研究

为研究管道型岩溶隧道的突水灾变规律,以毕节市大寨隧道为工程背景,考虑围岩的应力-渗流-损伤耦合作用,采用FLAC 3D对管道型岩溶隧道掘进过程中围岩位移、塑性区、渗透系数以及涌水量变化规律展开数值模拟研究,在此基础上了对比分析了无岩溶管道以及不同岩溶水压对隧道突水灾变特征的影响。数值模拟结果表明：（1）隧道掌子面距岩溶管道4 m以上时,隧道围岩稳定性良好,而隧道开挖一旦全部揭露岩溶管道,则管道内充填岩体会逐渐塑性屈服并发生整体滑移失稳,导致隧道出现突水突泥事故,这与实际工程状况保持一致。（2）管道型岩溶隧道掘进过程中的涌水量大致呈“S型曲线”变化,表现出很强的突发性和较大的体量性;（3）溶洞承压水通过岩溶管道向隧道内发生突水存在一个启动压力,只有超过这个启动压力,隧道才会发生突水突泥事故,且其突水量与岩溶水压呈现出明显的指数递增关系。     

富水软岩隧道突泥塌方及地层沉降的模型试验

在富水软岩地层中修建隧道容易出现突泥塌方,对施工及周边环境产生严重影响。北岗隧道围岩强度低且地下水丰富,在施工中多次遇到突泥涌水现象,出现了围岩大面积坍塌、地表开裂、地下水位下降等严重灾害问题。以北岗隧道为原型,开展了室内模型试验,再现了该隧道的破坏现象,研究了隧道突泥塌方的影响因素、破坏规律及影响范围。结果表明:（1）地表未出现裂缝时,隧道开挖导致的地表和地层内部变形可以采用Peck的正态分布曲线描述;（2）涌水是造成隧道围岩发生严重坍塌的根本原因;（3）隧道破坏从拱顶开始,呈拱形破坏型式;（4）地表的两条主裂缝在隧道塌方初期形成,塌方对地表沉降和裂缝的主要影响区域位于两条主裂缝之间。     

金华山软岩铁路隧道施工过程围岩屈服接近度分析

隧道施工过程中围岩处于复杂应力状态下,隧道围岩屈服区演化特征的确定对于围岩稳定性分析和开挖支护方案优化具有重要的意义。采用屈服接近度指标衡量围岩破坏接近程度可以合理地描述复杂应力状态下围岩的应力危险性,对Mohr-Coulomb类岩体材料的屈服接近度函数进行了相应的推导,并在非线性有限元用户子程序上编程予以实现。介绍了赣州-龙岩铁路DKl33+095～DKl38+237段软弱围岩单线隧道正台阶步施工方案以及湿喷纤维混凝土支护方案。为了对该隧道施工过程中隧道围岩屈服区的演化特征进行合理评价,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟,分析了施工过程中隧道围岩屈服接近度分布特征,判定了隧道台阶步施工过程中隧道围岩的稳定性。分析结果表明:该隧道施工过程中围岩破坏区主要发生在下台阶步施工过程中;屈服接近度指标比传统的塑性区分布提供的信息更加丰富,有利于工程技术人员定量地评价隧道开挖支护方案。     

深埋隧道工程高地应力影响下围岩稳定性分析

隧洞围岩稳定性分析目前主要采用的方法仍以经验判断为主,但高地应力区的深埋隧道,其围岩稳定性问题越来越突出,定量的分析评价显得非常重要。结合正在建设的引大济湟干渠工程中的深埋引水隧道,在分析隧道工程地质条件的基础上,分析隧道沿线地应力的分布规律,利用Fl AC3D软件采用强度折减分析法对隧道围岩进行稳定性定量分析,并对围岩发生岩爆的可能性进行判别。结果表明,隧道埋深较浅时,岩土体以垂直自重应力为主;随着埋深增加,隧道的围岩稳定性逐步降低;在引水隧洞围岩的第十九至第二十六段有中等岩爆至弱岩爆,部分地段可能有较强岩爆。研究结果可以为工程施工提供技术支撑,也可为类似工程的建设提供借鉴。     

乌鞘岭特长隧道复杂地质条件下断层带应力及变形现场监测分析

乌鞘岭隧道是我国迄今为止已建成最长的单线铁路隧道,隧道总长约为20.05 km,而F7断层是乌鞘岭隧道中最长、地质条件最为复杂的活动断层,对隧道施工十分不利。根据F7断层特点及施工中遇到的问题,在乌鞘岭隧道岭脊地段F7断层区段,对洞室开挖后的围岩及支护衬砌结构进行各项应力监测和收敛变形监测,分析了围岩、衬砌系统受力及变形变化趋势,从而探究围岩挤压大变形的机制,掌握围岩应力释放与围岩压力的作用规律;并根据现场监测结果,提出对隧道穿越F7断层区段的断面采用动态优化设计方案及改进的施工措施,避免隧道出现大变形,从而保证隧道穿越F7断层区段安全、快速的进行。     

含软弱夹层层状隧道围岩变形机理研究

堡镇隧道地质条件复杂,局部地段处于高应力区,围岩变形具有变形速度快、变形量大且破坏严重、持续时间长的特征。通过对堡镇隧道左线出口段围岩变形量测资料和掌子面地质素描的比较分析后发现,不论强度高、节理裂隙发育的砂质页岩,还是处于高地应力、强度低、围岩破碎的炭质页岩,掌子面有软弱夹层分布时,其变形破坏程度较相邻段同类围岩严重的多。因此,依据软弱夹层与掌子面围岩的典型组合情况,结合堡镇隧道所揭示的不同围岩室内三轴试验结果,建立了含软弱夹层围岩的力学模型,探讨了含软弱夹层围岩变形破坏的形成演化过程,揭示了高地应力条件下软弱夹层引起围岩变形失稳的机理。     

隧道地应力测试及岩爆预测研究

高地应力以及由此诱发的地质灾害（如岩爆等）是目前隧道施工中经常遇到的工程地质问题,地应力测试则是进行隧道岩爆及其其他灾害预测预报的重要内容,利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力应用较为广泛,作者采用岩石声发射Kaiser效应法对隧道岩体初始地应力场进行了测试,结果表明,笔架山隧道应力总体状态为稳定型,岩体应力量级普遍较低。利用所测得的地应力场数据,结合国内外相关岩爆判据判定和理论分析,进一步得出笔架山隧道不会发生岩爆的结论。通过2D-σ有限元数值模拟,对笔架山隧道开挖中是否会产生岩爆等施工地质灾害做出了最终的判定,这种综合预测方法的准确性和可靠性较以前单一的岩爆预测方法大大提高,在岩爆预测理论和工程应用方面具有很好的参考价值。     

地下厂房洞室群岩爆趋势综合预测方法

以拉西瓦水电站地下厂房洞室群原设计方案为例，基于其赋存地质条件调研结果和岩爆产生基本条件，对岩爆趋势进行宏观预测；并结合研究区其他高地应力现象，建立了岩爆预测类比判据。进而基于厂房开挖后二次应力场数值计算结果，以所建判据圈定了岩爆可能发生部位及强烈程度。结果表明，将宏观判据与类比判据结合的岩爆综合预测方法，考虑因素全面，也尊重了研究区实际情况，因而合理可行。     

浅埋偏压隧道洞口施工技术及稳定性分析研究

龙潭隧道是沪－蓉高速公路工程的控制性工程。地质条件复杂,集浅埋、偏压、涌水、涌泥、岩爆等地质问题于一身,是典型的复杂条件下的长大公路隧道。隧道洞口段处在浅埋偏压段时,施工难度相当大。从隧道开挖与支护的安全性出发,论述了浅埋偏压隧道的设计与施工情况。以右线出洞口为例,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D),对其施工开挖过程及支护进行了模拟。通过对开挖支护后围岩的应力场、位移场及塑性区特征的分析,得出了一些建设性的结论,对工程的施工具有指导意义。     

分岔隧道模型试验与数值模拟超载安全度研究

超载试验能得到隧道的超载安全度,通过大型地质力学模型对分岔隧道进行了超载试验,模拟了分岔隧道在不同侧压系数下围岩的变形、应力分布和破坏情况。同时,应用三维数值分析软件对模拟区域进行了模拟。模型试验和数值模拟结果分析表明,随着侧压系数K的增加,分岔隧道的侧向位移增加,拱顶位移由向下变为向上;当侧压系数为K=3.5时,应力达到极限;当侧压系数K≥4.0时,位移突变,最终最大位移达到100 mm;塑性区骤增,隧道拱顶围岩开始开裂,且有块体掉落。分岔隧道的拱顶和两帮是最易破坏的区域,隧道超载安全度为3.5。     

Model test and stress distribution law of unsymmetrical loading tunnel in bedding rock mass

The exit section of Duck River Tunnel owns characteristics of bedding geology and unsymmetrical loading terrain. A centrifugal model test concerning the destruction process of Duck River Tunnel is conducted. Test results are concluded as follows: The surrounding rock at the bottom of the right sidewall is the first to be destroyed; the fracture planes in surrounding rock on both left and right side lead to the ground surface; the rupture angles are different from homogenous rock mass. Results of numerical model are consistent with the test results. For doing some comparative study, numerical models of homogeneous and bedding rock mass are respectively established. Conclusions are summarized from numerical analysis as follows: The stress distribution law of bedding surrounding rock is basically similar with that of homogeneous surrounding rock, while the stress value of bedding surrounding rock is larger than that of homogeneous rock. Meanwhile, the surrounding rock stress of the structural plane increases or decreases by leaps and bounds, and the stress intensity at the bottom of right sidewall is the highest as well as the surrounding rock, there is also the most easily destructible, which is the same as the test result. The research results have significant reference value to similar projects.     

硅质页岩岩粉侵入钻井液体系中泥饼性能研究

钻井液在页岩钻探中对维护孔壁稳定十分重要,其滤失形成的泥饼对保护储层同样有着举足轻重的作用。为了研究页岩岩粉侵入低固相钻井液中对泥饼基本性能的影响,选取湘西北硅质页岩岩粉为研究对象,通过正交试验设计并对结果进行了极差分析和方差分析。研究结果表明:岩粉的含量是影响泥饼厚度的主要因素;影响泥饼韧度的主要因素为滚动时间以及岩粉的粒径;质量分数为6%的200目岩粉在滚动6 h后形成的泥饼最薄;150目的岩粉在质量分数为6%时滚动12 h后形成泥饼的韧度最大;级配为（200+100）目时,质量分数为2%的岩粉滚动24 h后形成泥饼最薄;级配为（200+150）目时,质量分数为4%的岩粉在滚动12 h后形成泥饼韧度最大。研究结论对钻井液现场的固相控制有积极意义。      

苏通GIL综合管廊工程泥水盾构穿越致密复合砂层磨蚀性预测分析

高磨蚀性致密砂层中盾构刀具磨损严重制约施工效率。为准确预测大直径泥水盾构刮刀的磨损量与削掘距离寿命,本文采用隧道断面面积统计分析法和分段体积统计分析法对苏通GIL综合管廊工程DK0+~DK1+780段隧道所穿越的密实复合砂层进行统计分析。结合典型断面各地层面积权重,分段各地层体积权重及单一地层磨耗系数K得到了隧道穿越密实复合砂层各典型截面和分段上加权平均磨耗系数K'及其变化规律。根据加权平均磨耗系数K'及相应刀具磨损模型,对大直径泥水盾构在密实复合砂层中刀具磨损量及削掘距离寿命进行预测。并将预测结果与类似工程地质条件下南京长江隧道大直径泥水盾构实际施工过程中刀具磨损量及削掘距离寿命进行比较。研究结果表明:加权平均磨耗系数K'随掘进里程增加整体呈逐渐增大趋势,在1778m处取得最大值K'_max=18.36×10-3mm·km-1;刀具最严重磨损发生在安装直径D=12.07m处。取限定磨损量δ=5mm,对应的削掘距离寿命分别为L₁=1063m和L₂=453m,因此需要进行两次刀具更换。与南京长江隧道泥水盾构刀具实际磨损情况的对比表明预测结果具有较高的可靠性。该研究成果为苏通GIL综合管廊工程及类似地层条件下越江隧道盾构刀具磨损预测及更换提供了一定的理论依据。     

太古代片麻状花岗岩浅埋隧道变形破坏及地面塌陷分析——以集宁隧道为例

浅表古老花岗中浅埋隧道常处于拉张应力状态而拱顶下沉,波及地表产生地面塌陷,影响工程稳定及人员安全。以集宁隧道为例,采用工程地质调查、室内力学试验、围岩稳定计算相结合的方法,从太古代集宁片麻状花岗岩风化壳分带、岩体结构控制和岩体质量分级方面研究围岩变形破坏特征。花岗岩中-微风化特性、大部分隧道位于地下水位以下,节理裂隙夹泥,变形破坏以多组节理切割下块体掉落和塌方为主要形式。在花岗岩古风化壳与上第三系泥岩交界处出现差异变形和不均匀沉降。浅埋隧道段塌方发展到地表形成4个长轴与隧道轴线一致的椭圆形塌陷坑。现场应力监测结果显示顶拱接触压力小于自重应力,侧压力更小,对顶拱稳定不利。为保证施工人员和机械设备安全,在此区段采取针对块体稳定和塌方的加强支护措施,取得较好效果。     

凌子口隧道围岩稳定性分析评价

根据勘察资料对位于云南省昭通市北东约30km处凌子口隧道围岩的稳定性进行分析评价。隧道所处区域为滇东北拗褶带中心峡谷区，工程地质条件复杂，岩层分别为砂岩、白云岩、泥灰岩及钙质泥岩，岩体结构面主要为构造结构面，不良物理地质现象主要为进洞口附近残坡积层中发育的三个小滑坡。对隧道围岩计算得出各类岩体强度应力比均大于6，该隧道围岩能够承受围岩应力的作用，不会产生过大的整体塑性变形，剪切及弯折等变形破坏。但围岩中分离块体存在散块状松动坍塌的可能。本文根据分类评价结论及有关参数，提出了一次支护型式建议。     

Petrology of calc-silicate rocks from Koduru,Andhra Pradesh,India

Mineral assemblages, rock and mineral chemistry, and mineral reactions, in calc-silicate rocks from Koduru area, Andhra Pradesh, India are discussed. Mineralogical and bulk chemical differences indicate 3 calc-silicate rock types — type I with K feldspar+calcite+wollastonite+quartz+scapolite+diopside_ss +andradite_ss+sphene, has relatively high rock oxidation ratios. Type II is a highly calcic variety with high rock MgFe ratios, and has K feldspar+calcite+wollastonite+quartz+scapolite + diopside_ss±grossularite_ss+sphene+zoisite. Type III has K feldspar +calcite+wollastonite+quartz+scapolite+diopside_ss +sphene+hornblende+magnetite, and has relatively low oxidation ratio and low MgFe ratio. The 3 calc-silicate rock types have originated as mixtures of limestone/dolomite/marl.Diopside was produced by a reaction involving Ca-amphibole +calcite+quartz, and reversed during retrogression. Andradite_ss in type I rocks was produced at the expense of hedenbergitic component of pyroxene in a continuous reaction as a consequence of increase in the oxygen content of the original sediment relative to type III. Calcite+quartz reacted to give wollastonite. During cooling an influx of water caused scapolite to alter to zoisite.