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。     

CSAMT法在昆玉线宝峰深埋隧道勘察中的应用

宝峰深埋隧道洞深附近地质情况复杂,需对岩体完整性进行评价。依据可控源音频大地电磁法(CSAMT)的带地形二维非线性共轭梯度(NLCG)反演结果,把电阻率异常分为Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅲ类及Ⅱ类,分别对应极破碎岩体(Ⅴ级围岩)、破碎岩体(Ⅳ级围岩)、较破碎岩体(Ⅲ级围岩)和完整岩体(Ⅱ级围岩)。结合围岩分级结果,查明了宝峰深埋隧道洞深附近岩性、断层破碎带及岩溶位置,对岩体完整性进行了评估。经钻孔及地质资料验证,CSAMT勘探达到了预期效果。      

贵阳市政 BJ-1 隧道施工地质超前预报及监控量测技术

BJ-1隧道为一浅埋、偏压的市政隧道,泥、页岩风化严重,岩体破碎,岩溶及地下水发育,地下管线和地表建筑物密集,施工安全风险极大。为确保隧道施工安全、保障地表建筑物及居民安全,隧道的施工地质超前预报和监控量测工作非常重要。在分析隧道可能存在的主要工程地质问题的基础上,结合地质预报重点及难点,以地质法为基础、以地质雷达和HSP声波反射法为主要物探手段,对隧道进行了综合地质预报。根据施工安全控制需要,制定BJ-1隧道施工监测实施大纲,重点实施隧道净空收敛、拱顶下沉、地表沉降和爆破振动等监测工作,建立隧道工程监测预警制度。对超前地质预报及隧道监测成果进行综合分析,为本隧道工程的安全施工决策提供了可靠依据,有效地避免了隧道施工过程中危险事件的发生。本研究方法对同类城市隧道工程设计、施工具有重要参考价值。     

莲花隧道软弱围岩大变形预测方法适用性评价研究

评估地质条件以及开挖风险是地下空间设计和施工中的重要阶段之一。在选择合适的开挖方法和支护系统时,识别和估计岩体的变形潜在趋势非常重要。在本研究中,对萍莲高速莲花隧道中的岩体变形潜在趋势进行了研究。首先介绍了莲花隧道的工程地质环境、隧道围岩工程特性、岩体质量评价以及现场实测的隧道变形情况,然后运用经验法和半经验-半理论法预测莲花隧道变形趋势,并将预测结果与实际变形监测情况进行对比。结果表明,莲花隧道的大变形主要受松散破碎、遇水膨胀的软弱围岩和丰富的地下与地表水以及断层破碎带与构造活动的影响。对于莲花隧道而言,现行大变形预测方法普遍存在一定问题:经验法主要依据岩体质量分级结果进行变形趋势预测,具有一定的主观性,其预测结果与实际变形情况存在一定偏差;半经验-半理论方法中运用围岩强度与应力关系进行预测效果较好,但基于围岩强度应力比的Jethwa法、Hoek法与ISRM法预测结果偏保守,且针对无变形段的预测效果较差。综上所述,在工程勘察与设计阶段,应客观、细致地进行围岩质量分级、地应力量测、地下水与地质构造勘探等工作,结合经验法、半经验-半理论方法对大变形趋势和变形量值进行预测,综合研判隧洞沿线变形趋势,为大变形支护结构设计、施工措施提供充分可靠的依据。     

EH4高频大地电磁测深法在公路隧道勘查中的应用

九石公路地处四川甘孜藏族自治州九龙县境内,地质构造情况复杂,工程勘察设计中需要对岩体完整性及断裂破碎带进行分析评价。根据EH4高频大地电磁法对隧道进行勘察的反演结果,将电阻率反演异常分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等三类异常,其中Ⅴ类异常电阻率小于100Ω·m的区域划分为物探,对应为极破碎岩体(V级围岩);Ⅳ类异常电阻率值在100～300Ω·m,对应为破碎岩体(Ⅳ级围岩);Ⅲ类异常以电阻率大于300Ω·m为划分依据,对应为较破碎岩体(Ⅲ级围岩)。综合地表路线踏勘与地质剖面、钻孔资料,对所测大地电磁测深剖面紧张综合解释推断,初步查明九石公路长海子隧道轴线附近岩性、断层破碎带、富水地段等位置;根据《工程地质手册》中对围岩完整性分级要求,对隧道轴线经过岩体进行围岩等级划分,为下一步工程施工提供基础地质资料。经钻探等资料验证,EH4高频大地电磁法达到预期效果。     

TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。     

光纤光栅锚杆传感在隧道应变监测中的技术研究

针对隧道施工和运行长期监测的需要和当前的岩土监测所用电磁传感器的不足,基于分析了光纤布拉格光栅(FBG)传感监测原理和实现方法,在直径为22 mm的普通螺纹钢上设计和制作了隧道应力应变监测用的FBG锚杆传感器,并分析FBG探测锚杆轴向应变的原理。通过试验室和公路隧道现场对已制作的FBG锚杆进行动态测试与应用,效果良好,并突出了FBG锚杆传感灵敏度高、稳定性好、测量范围大、结构简单和能在野外岩土结构工程进行长期有效监测等优点。     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

地质条件对隧道工程影响分析

通过采用浅层地震弹性波速度分析、孔内波速测试、钻孔数字测井和井下电视摄像，钻探工程以及钻孔围岩物理力学测试数据等方法，对隧道工程作了简要的概括。着重对隧道区特殊地质条件(地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、水文地质条件、围岩物理力学指标及类别)进行了综合分析及合理划分，将大同煤田侏罗系含煤地层对隧道区产生的严重影响论述如下：①煤层采空区、开采面积、开采深度、煤柱比例、顶板垮落、地质构造、冒落带、裂隙所引起的地层稳定性。②褶皱带、断层、片麻岩风化带、节理、裂缝、岩石质量低等所引起的地层稳定性做了详细的、科学的论证与评价。最后对隧道区各段施工中出现的问题和采取的措施提出了建设性的建议如下：①对煤层冒落带或裂隙带应采取有效治理和防范措施。②对基岩风化带、岩体破碎应采取围岩加固措施。③对褶皱造成岩体破坏和破碎应采用导管注浆锚固等措施加固围岩。④对处于煤层火区内，隧道施工中会受到高温有害气体的危害，应进行钻孔帷幕灌注，密闭火区。⑤对煤层采空区瓦斯气体有可能沿裂隙、裂缝转移或富集应加强监测与防范。⑥对塌陷裂缝应进行分段支护。⑦对地表裂缝应进行灌浆或充填处理等。     

地震CT技术在隧道工程中的应用

详细介绍了地震CT技术的原理及其特点，并结合工程实例，分析了它在隧道工程中对隧道前方地质情况进行超前预报的实用性，以及对工程施工的指导作用，指出了该技术在隧道工程领域的广阔应用前景。     

汶川地震公路隧道普通段震害分析及震害机制研究

在汶川地震中隧道普通段出现了严重的震害,为了提高高烈度地震区隧道普通段的抗震性能,通过统计分析汶川地震公路隧道普通段震害调查资料,对隧道普通段进行了震害分析。结果表明,隧道普通段震害主要发生在软岩均一段、软硬围岩交接段软岩部分以及围岩缺陷段。通过三维有限差分数值模拟和现场典型震害分析,研究了公路隧道普通段的震害机制,探明了围岩均一普通段隧道震害机制,即硬岩隧道普通段基本无震害,软岩隧道普通段震害较严重,衬砌结构受地震惯性力影响较大,强制位移次之;探明了围岩软硬交接普通段隧道震害机制,即震害主要发生在软硬围岩交接段软岩部分,震害的主要影响因素为强制位移,地震惯性力次之;探明了围岩缺陷普通段隧道震害机制,即震害主要由地震惯性力造成强制位移影响很小。研究成果可为高烈度地震区公路隧道普通段的抗震设防提供参考。     

地震荷载作用下大坂盾构隧道管片配筋校核

将盾构隧道管片视为分段曲梁、管片之间为铰接关系、管片与地层之间为非线性接触关系,边界采用无限元吸收地震波的反向与折射,地层服从Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,地震波采用EI-Centro波,采用地层-结构法,应用隐式动力有限元分析地震荷载作用下管片轴力与弯矩分布情况。根据有限元计算结果,结合结构力学方法,校核管片配筋是否合理。与荷载结构法相比,其方法可模拟围岩与管片、管片与管片之间的相互关系,并可考虑锚杆等支护结构对管片受力的影响,因而,计算结果更为精确。研究为盾构隧道管片配筋优化设计,降低隧道支护成本,提供了一种管片配筋校核计算方法与设计依据。     

东巨寺沟隧道湿喷纤维混凝土支护结构和围岩稳定性位移模糊判别

湿法喷射混凝土可有效地改善隧道内作业环境、反弹量小、喷射质量高,是隧道支护结构施工值得推广的工艺。首次在宝鸡－兰州铁路复线东巨寺沟铁路隧道选取试验段,实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构兼作永久性支护,免除二次衬砌工作,并进行水平位移收敛监测。采用非线性最小二乘法对该隧道水平收敛曲线进行回归分析,同时采用隧道稳定性模糊概率分析理论对不同断面位置处的隧道围岩稳定性进行判别分析。分析结果表明,采用湿喷纤维混凝土支护的隧道围岩处于稳定状态,可靠度指标高。     

基于ANP-KL-TOPSIS法的铁路隧道围岩安全性评价

为客观评价隧道围岩安全状态,结合围岩岩体结构及地质特征等影响因素,建立隧道围岩安全评价指标体系。用ANP法应用Super Decision软件建立指标因素关联图并计算出各指标权重。在传统TOPSIS法的基础上结合相对熵原理,用Kull-back-Leibler距离计算贴近度,构建隧道围岩安全评价模型。运用该模型对张吉怀铁路兰新乡隧道进口段七处隧道段的围岩进行安全性评价,得出各隧道段围岩安全等级,评价结果切合实际,对隧道施工有一定的指导意义。该评价模型简单可操作,可运用于隧道围岩安全性评价研究中。     

川藏铁路通麦?鲁朗段浅层结构背景噪声成像

为探明川藏铁路通麦?鲁朗段浅层地质结构特征,有效评估铁路沿线地质灾害风险,保障铁路设施安全运转,基于短周期密集台阵波形数据利用背景噪声层析成像技术获得了浅地表高分辨率的S波精细速度结构,并结合地质调查结果,精确判断沿线断层几何形态及活动特征.S波速度结构和地质调查结果显示沿线低速区和断层分布有很好的对应关系,断裂F1~F6较好地控制了下方低速区的几何形态.结合地质及地震资料可推断:（1）米林Ms6.9地震发震构造可能属于一条由一系列叠瓦状和背冲式断裂组成的断裂体系,该断裂体系的地震活动存在不断向北西端发育的趋势,地震危险性较高.在断裂体系北西端的拉月隧道,未来可能有较强的地震活动性.（2）嘉黎断裂南支西兴拉断裂在剖面处属于隐伏断裂,F5和F6可能都属于贡日嘎布曲分支,呈高角度W倾,强烈的壳内破碎带特征,可能与嘉黎断裂不断地高角度右旋逆冲剪切运动有关.（3）研究区密集的断裂控制着地下热流循环,高温流体的溶蚀作用加剧了构造作用中岩体的破碎程度,降低了岩体稳定性,易引发多种类型的地质灾害;因此,川藏铁路通麦?鲁朗段应配备能有效应对地质灾害的监测预警系统及应急机制,保障隧道及铁路设施的正常运转.      

Dynamic Response of Shallow-Buried Small Spacing Tunnel with Asymmetrical Pressure: Shaking Table Testing and Numerical Simulation

A series of shaking table tests were designed and carried out to study the seismic behaviors of a shallow-buried small spacing tunnel with asymmetrical pressure. The key details to shaking table model test, including test equipment, model similarity relation, similarity constant, model box, physical model, layout of transducers, seismic waves, and loading system were presented. The numerical simulation of the shaking table test was also carried out by using a finite element simulation software. The results show that: (1) the Fourier spectrums in the vertical direction and horizontal direction are different at the same measuring point. The structure of tunnel transforms the Fourier spectrum of horizontal direction. (2) The stability of middle rock pillar is poor under seismic wave action. The anchor plays an important role in strengthening the stability of middle rock pillar. The dynamic strain of anchor has accumulative effect. (3) The numerical simulation results are in significant agreement with the shaking table test results. (4) Compared with type of seismic wave, peak seismic wave has a significant effect on acceleration response of tunnel. The peak acceleration response of the tunnel is linear with the peak seismic wave, in the horizontal direction. The peak acceleration response is nonlinear in the vertical direction. (5) The axial force of cross section at arch foot is larger than other position. The shock absorption effect of 10 cm seismic isolation layer is better than 5 and 20 cm.     

高烈度区双洞隧道洞口段地震响应分析与振动台模型试验

强震作用下,隧道地下结构损伤严重,其中洞口段更是抗震的薄弱环节,但其影响规律和特点目前尚缺乏系统的计算分析和研究。以强震区扯羊隧道为例,首先采用FLAC3D对双洞隧道洞口段地震响应进行分析,再用模型试验的方法进行洞口段模型试验,测量其地震响应应变规律,观测其震害发展情况,并与数值分析结果相互验证。结果表明:地震作用下,隧道仰拱横向位移较大;随着隧道埋深增加,内力逐步增加,其中墙角部位内力较大;洞口处隧道围岩在强震作用下会产生贯通性裂缝,影响隧道洞口稳定;地震作用下的明洞与暗洞交接处内力较大;地震作用下的双洞隧道之间存在较强的动力相互作用。     

深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究

针对全断面隧道掘进机（TBM）开挖过程掌子面岩体软硬交替变化的特点,以兰州水源地建设工程为背景,采用模型试验与数值模拟方法研究了复合地层TBM开挖过程隧洞围岩的动态响应规律。通过开展相似配比试验配制了不同围岩强度比的复合地层岩体相似材料,运用光纤光栅技术全程捕捉了隧洞开挖过程复合地层应变演化规律,并分析了隧洞围岩的宏观破裂形态。模型试验结果表明：TBM推进过程中复合地层应变变化规律体现了掌子面推进的空间效应,软岩部分应变要大于硬岩部分应变,且随着开挖步数的增加两种岩层应变差值越大;隧洞内岩体完全挖除后,围岩宏观破裂形态表明因复合地层岩体物理力学性质的差异,上覆软岩变形破坏较为严重,破裂和变形较为显著,在软、硬岩层交界面出现“变形不协调”现象。选取工程沿线某洞段的地质力学参数,基于破坏接近度（FAI）指标评价了隧洞开挖过程中复合地层围岩的稳定性,数值结果表明：开挖过程软岩中FAI变化较为明显,塑性区和破坏区分布范围更广,而下部硬岩受开挖扰动影响较小,只有拱底小范围岩体进入破坏状态。模型试验和数值结果均说明交替变化的掌子面岩体在开挖过程中其围岩在变形破坏等规律方面存在明显差异,因此,TBM在复合地层施工可采取重点部位监测预警、提前采取相应措施等手段,减少或避免卡机事故的发生。该研究成果对于指导复合地层TBM施工具有一定的借鉴和指导意义。