DBQ系统——深埋隧洞软弱围岩分类方法

以巴顿岩体质量分类体系Q系统为基础,考虑高地应力和低外水压力对软弱围岩的影响,建立DBQ软弱围岩分类系统。在现场地质调查和参数收集的基础上,把该系统应用到丹巴某深埋隧洞已开挖洞段。结果表明其适用性良好,为该隧洞软弱围岩快速准确分类及支护设计提供了依据。     

岩爆与围岩分类

岩爆是高地应力条件下完整脆性硬质围岩失稳的一种表现型式,岩爆烈度如何影响围岩类别尚不清楚,探索岩爆与围岩分类的关系,对准确判别高地应力条件下的围岩类别有着重要意义。本文以某深埋隧洞围岩分类为依据,对我国水利水电地下洞室围岩分类中岩爆烈度与围岩类别的关系、岩爆判别指标的选取等问题进行了探讨。     

考虑地下水、注浆及衬砌影响的深埋隧洞弹塑性解

对于深埋隧洞,地下水-围岩-注浆圈-衬砌共同形成了一个水压平衡体系,传统的隧洞应力与塑性区计算方法均未同时考虑上述4个因素的共同作用。以深埋隧洞为研究对象,将围岩、注浆圈、衬砌视为均质各向同性连续弹塑性介质,基于地下水动力学、弹塑性力学及摩尔-库仑屈服准则,推导了4个因素共同作用下深埋隧洞轴对称问题的应力弹塑性解与塑性区计算公式;利用Matlab编制程序对某隧洞工程进行了计算,并与传统计算方法进行了对比,验证了公式的正确性,指出了传统计算方法的缺陷;讨论了注浆参数对塑性区的影响规律,提出了最优注浆圈厚度的确定方法。     

常用围岩分类方法对某深埋隧洞的适用性分析

某深埋隧洞局部地应力高达42 MPa,局部外水压力高达10 MPa,具有高地应力、高外水压力的特点。一般认为,最大主应力大于20 MPa属于高地应力,外水压力远大于1 MPa为高外水压力。采用Q系统、RMR分类、水电规范HC分类、国标BQ分类等4种常用围岩分类方法对该隧洞进行了围岩分类。分类结果表明,高地应力条件下,Q系统的适用性较好,RMR分类、HC分类、BQ分类适用性均差。4种分类方法在高外水压力条件下的适用性均差。出现上述现象的主要原因有:Q系统通过最大切向应力与岩石抗压强度的比值σθ/σc的大小,反映高地应力对围岩类别的影响。故其在高地应力条件下的适用性较好;RMR分类没有考虑高地应力对围岩类别的影响。其分类结果在高地应力区特别是岩爆段偏高;HC分类在高地应力区简单地采用降级的方法。其分类结果误差较大;BQ分类对岩石强度过于敏感。其分类结果在高地应力区过于保守。这4种方法均未考虑高外水压力对围岩类别的影响。论文提出了一种“归一化方法”,可以对不同分类方法分类结果进行相互比较。     

锦屏二级水电站深埋隧洞外水压力研究

对于富水区深埋隧洞来说,外水压力是一项重要荷载,是隧洞设计及施工中需重点研究的问题,国内外已有众多学者对此展开研究,但对高外水作用下的隧洞围岩稳定及支护结构设计依然是个难题。本文采用考虑降雨入渗渗流场分析的有限单元方法,对锦屏二级水电站深埋引水隧洞的外水压力进行了研究,提出富水区深埋隧洞渗流控制"以堵为主,堵排结合"。通过对围岩高压固结灌浆,封堵地下水,利用灌浆圈围岩和隧洞衬砌支护联合承载。     

考虑围岩蠕变全过程与扩容的深埋隧洞非线性位移解

深埋隧洞围岩变形是一个复杂的非线性力学问题,其中岩石的蠕变全过程和扩容是两个重要的影响因素。引入扩容角考虑塑性体积变化的影响,推导Hoek-Brown屈服准则下考虑与不考虑洞周面力的深埋隧洞围岩非线性应力解。借助可描述蠕变全过程行为的河海模型,获得了围岩黏弹塑性区蠕变位移表达式。针对不同NVPB蠕变参数和不同材料参数m值情况,讨论分析了洞周面力与扩容角对隧洞洞壁蠕变位移的影响规律。结果表明：在高地应力作用下,采用非线性蠕变模型描述深埋隧洞围岩蠕变问题可获得蠕变全过程曲线;扩容角增大或洞周面力和材料参数m值减小时,相同时刻隧洞洞壁蠕变位移增大,对围岩长期稳定不利。研究结论对深埋隧洞围岩临崩预报具有一定指导意义。     

锦屏二级水电站交叉隧洞围岩稳定性分析

锦屏二级水电站引水隧洞具有埋深大等复杂的地质情况,因此在已有隧洞的基础上开挖与之相交的主隧洞,主隧洞（特别是在交叉部处）围岩性质弱化并且围岩自身稳定性降低。因此结合高地应力区深埋隧洞工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,并且通过模型试验,分析围岩在开挖中的应力释放及应力分布规律,为深埋隧洞交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供依据。     

深埋隧洞力学响应监测与测试设计的思考

深埋隧洞工程越来越多,但相关工程经验积累不足,设计和计算方法远未成熟,深埋隧洞工程设计和施工安全控制需要大量现场监测和测试数据的支撑,而现有的监测和测试设计方法均针对浅埋工程的特点提出,在深埋隧洞施工过程中应用时遭遇到极大挑战。为此,首先依据现场揭露现象和多种先进观测技术获得的成果,分析了深埋硬岩隧洞施工期围岩的开挖力学响应特征和运行期衬砌的力学响应特征,剖析了现今主流观测方法存在的问题,提出了6条关于深埋隧洞典型断面监测和测试设计的建议,为促进此类工程相关设计方法的完善提供参考。     

基于云模型的隧洞围岩工程地质分类方法及应用

本文将云模型理论应用于隧洞围岩工程地质分类,通过建立隧洞围岩分类多级定量指标体系及评价等级标准,计算隧洞围岩云模型隶属度,将定性评价与定量划分成果进行结合,判定隧洞围岩工程地质类别。通过工程实践应用,该方法对围岩分类问题中的模糊性和随机性进行了统一,围岩分类结果与多位地质工程师联合判断结果相比较,在共计15段围岩中有14段相同,具有高的准确度,云模型理论应用于隧洞围岩分类是合理可行的。     

深埋隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂特征及影响因素

通过理论分析和数值计算研究深埋地下隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂,并分别对准静态和瞬态开挖缷荷引起的围岩开裂机制与开裂特征进行分析。采用双向受压条件下的压剪裂纹扩展模型和应力强度因子计算公式,分析了开挖面上岩体应力瞬态释放和围岩应力瞬态调整对围岩开裂过程的影响,并分别对准静态和瞬态卸荷引起的围岩开裂机制及影响因素进行探讨。研究结果表明,围岩开挖缷荷是深埋隧洞围岩发生开裂的重要原因之一,高地应力条件下围岩以剪切型断裂破坏为主;瞬态卸荷存在动态拉应力效应,开挖卸荷时间越短,引起的拉应力区及围岩开裂范围越大;围岩开裂深度及范围随着侧压力系数增加而增大,且开裂区近似成V型。深埋隧洞围岩开裂特征及影响因素研究,对进一步认识围岩开挖破坏的力学机制具有重要的意义。     

高纬度寒区浅埋隧道的温度场及防寒抗冻探讨

专门针对东北高纬度寒区浅埋隧道冻害机理的研究较少,对东北寒区隧道进行了现场温度实测,讨论了东北高纬度寒区浅埋隧道的冻害形成机理和防寒抗冻措施.现场温度实测表明,传统的保温措施无法保证隧道不发生冻害,合理的防排水措施是高维度寒区浅埋隧道的主要防寒抗冻方法.建议在高维度寒区浅埋隧道全长设置中心深埋水沟、排水盲沟和保温侧沟,在冻结深度很大和月平均气温极低的寒区隧道排水设计中建议尝试使用顶进中心深埋水沟的施工方法,以降低工程造价及提高施工安全.中心深埋水沟直径应在80cm以上,以保证维护的便利.根据洞口地形选择合理的出水口形式,且做好保温防冻措施.     

高水压条件下大理岩破坏机理试验研究

锦屏二级水电站深埋隧洞中大理岩洞段处于高水压力和高应力环境中, 该段在施工过程中多次发生严重突水灾害。对该段大理岩的高水压条件岩石力学试验表明, 高水压条件下, 岩石应力-应变曲线在峰值应力附近出现明显平缓段, 应力降大, 岩石峰值强度及脆性破坏后破碎程度随水压力升高而升高, 岩石试件以压致拉裂破坏为主。基于高水压条件下裂纹周边应力解析分析, 认为裂隙中高水压力存在降低了裂隙尖端附近高应力集中效应, 与加载方向一定小夹角范围内的微裂隙尖端附近最大拉应力集中程度接近, 这使得岩石中应变能可进一步积累、压致拉裂型微裂隙数量进一步增加, 岩石呈脆性破坏, 并且破碎程度明显增加。研究工作对深埋隧洞突水灾害防治及强降雨诱发高速滑坡灾害预防具有重要的理论和现实意义。     

隧道近距下穿山坡楼房爆破振动测试研究

以成渝客运专线新红岩隧道为工程背景,测试了隧道近距下穿山坡楼房爆破时引起的地面振动。通过对隧道浅埋侧（隧道地表斜坡下部）和深埋侧（隧道地表斜坡上部）的地表振动数据分析,研究了地表的振动速度、振动主频及振动安全评价方法。结果表明：在浅埋隧道爆破的近区,入射纵波为主要载体,地表水平和竖直方向振动的主要成分可以认为是入射纵波在水平和竖直方向的投影,浅埋侧和深埋侧地表水平和竖直方向振速的大小取决于爆心距和入射纵波与竖直方向的夹角两个因素;隧道采用电子雷管进行单孔连续起爆,相比非电雷管爆破,可以有效降低地表振动强度,同时能够提高地表振动主频;地表振动主频方面,地表竖直方向振动主频普遍高于水平方向,而且浅埋侧地表竖直和水平方向主频大多高于深埋侧地表对应方向的主频;隧道近距下穿山坡楼房进行爆破施工时,建议在浅埋侧和深埋侧地表同时布置爆破振动监测测点,并根据浅埋侧和深埋侧地表测点的峰值振速、爆破振动主频与建筑物固有频率的关系对地表振动安全进行评价,以减少隧道施工爆破对地表环境和周围建筑物造成的振动破坏。     

基于引力搜索法的隧道围岩微震定位研究

针对目前深埋隧道围岩微震源定位难且精度不高等问题,采用启发式算法——引力搜索法（GSA）对隧道围岩微震源位置进行搜索,并将该算法与粒子群算法和单纯形法的搜索结果进行对比。发现在双速度模型和三速度模型下,引力搜索法相较于粒子群算法和单纯形法,都具有快速收敛、精度较高的优点,且与震源位置的距离能够控制在10 m以内。对双速度模型,引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了83.71%,相对于粒子群算法提高了7.77%。对三速度模型,引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了70.67%,相对于粒子群算法提高了39.36%。可见,该方法为深埋隧道微围岩震源定位提供了一种新思路。     

川藏铁路拉林段地应力特征及高地应力风险调控选线策略

随着我国铁路向青藏高原等西部山区延伸,长大深埋隧道越来越多,高地应力已成为对线路方案起控制作用的一类复杂地质状况,对其风险以在选线阶段就着手调控最为主动,但前提是能够对隧址区地应力状态定量评估。川藏铁路拉林段地应力实测数据表明,地应力结构以逆断型和走滑型为主;最大主应力方向分布于N19°W~N30°E之间。地应力随埋深分布最重要的规律为:地应力状态转换深度约为500 m,小于该深度时,最大水平应力随埋深变化紊乱,但最大值不超过极高应力量级;大于该深度后,最大水平应力可用海姆公式估算。据此提出:对于埋深小于转换深度的隧道,宜采用施工期动态调整支护结构和施工方法的手段,控制高地应力风险;对于埋深大于转换深度的超深埋隧道,利用隧址区地应力可用海姆公式估计的认识,宜运用选线手段,通过方案经济技术比较择优确定线位。最后建立了高地应力风险调控选线作业程式。研究为破解铁路方案比选阶段缺乏地应力定量评估方法的难题开拓了思路。     

现代深部岩溶研究进展与展望

现代深部岩溶问题是随着工程建设向复杂场地延伸而逐渐显现,由它带来的一系列地质工程问题对越岭隧道工程具有极强的控制性和危害性,如渝怀线圆梁山深埋特长越岭隧道工程出现的高压突水、突泥问题,既控制了工程的施工难度,又是一个极具挑战性的理论难题。综述了现代深部岩溶相关概念、发育类型、发育特征、形成机制等方面国内外研究现状,勾画了现代深部岩溶研究今后的重点,主要包括现代深部岩溶概念的厘定、现代深部岩溶工程地质分类及特征、现代深部岩溶受控因素、现代深部岩溶发育机制及演化、现代深部岩溶对越岭隧道工程控制作用等几方面的研究。     

花岗岩隧道脆性破坏的温度效应研究

目前深埋硬岩隧道的岩爆等脆性破坏研究还较少考虑到温度的作用效应。采用精细网格数值模型,提出热-脆性-精细力学计算方法,应用能反映高地应力下硬岩脆性破坏特点的岩体劣化模型,结合能量计算指标,开展了不同温度作用下隧道硬岩脆性破坏的热力耦合分析。以瑞典APSE花岗岩隧洞岩柱为例,进行不同地温下隧道破坏区、能量释放值和应力指标的定量化对比研究。研究结果表明,隧道地温的增加将使岩体产生附加温度应力,进而增大其脆性破坏程度,计算结果与隧道现场的破坏规律基本一致。热-脆性-精细力学计算能合理描述硬岩的损伤和渐进破坏过程,计算结果较好地揭示了花岗岩等硬岩深埋隧道脆性破坏的温度作用效应,对于高应力、高地温下深部工程的稳定性评价具有指导意义。     

岩溶隧道涌突水灾害危险性评价指标体系及量化取值方法

深入分析了岩溶隧道施工过程中涌突水灾害的超前预测预报及风险评价体系的研究现状,提出了国内外关于岩溶隧道涌突水灾害的超前预测预报尚处于探索性研究阶段、如何提高预测预报的精度成为长大深埋隧道施工中涌突水灾害防治最为迫切、最为关键的问题。采用理论分析与实例统计相结合的方法,查明了岩溶隧道涌突水灾害的孕灾环境与主要致灾因子,选取“岩石可溶性、地质构造条件、地表汇水强度、地下水循环交替强度、隧道与地下水位的相对位置关系”5个评价因子,建立了岩溶隧道涌突水灾害危险性预测评价指标体系,并采用定性与定量化相结合的方法,重点对评价指标的量化取值方法进行了研究。     

高水压顶管隧道管节修复装置的设计与应用

富春江顶管工程为例,介绍了一种可快速拆卸的用于深埋顶管隧道对管节局部破损进行修复的装置。装置结构简单、紧凑,易于在圆形截面的隧道中进行快速拼装。该装置最高耐水压力0.8 MPa,可对地下水位以下30~80 m顶管隧道中出现沿轴线长＜0.4 m环状破损的管节进行注浆修复。这种设计能够有效解决深埋顶管隧道小面积局部破损、小范围漏水涌砂等问题,为深埋顶管等方法构筑的圆形隧道提供应急修复保障。     

深埋岩溶隧道限量排放条件下衬砌外水压力研究

针对深埋岩溶隧道衬砌外水压力展开研究,根据隧道排水量和衬砌水压力模型的理论推导,结合试验进行分析。结果表明,衬砌上水压在采取排水措施后随排水量的增加而减小;但是当注浆材料渗透系数降低到1.65×10-6 m/s、注浆厚度到55 cm后,衬砌上水压随注浆范围的增大变化已经不太明显,说明注浆半径的选取有一个合理范围。注浆圈可以起到控制排水的作用,当给定了隧道某一段的合理排放量以后,就可以确定注浆的范围和注浆水平。