隧道掌子面超前锚杆连续交替式布设方案研究

在软弱围岩隧道中掌子面不稳定问题十分常见。掌子面超前锚杆作为一种重要的掌子面支护手段,目前常规采用的间断式布设方案存在锚杆的支护效果会随隧道推进过程中其支护状态的变化而忽强忽弱的问题。针对这一问题,本文提出了一种连续交替式掌子面超前锚杆布设方案。该方案将掌子面上的所有锚杆布设点位均等划分成若干个部分,在隧道推进过程中进行连续逐部分交替布设,使隧道在推进过程中锚杆支护状态更趋均匀稳定。为系统性评价新方案的可行性,以渭武高速木寨岭公路隧道为工程依托,在掌子面锚杆用量处于相同水平的条件下,分别对常规的间断式布设方案以及新提出的连续交替式布设方案进行设计。并进一步借助FLAC3D数值模拟平台,对掌子面超前锚杆采用两种不同布设方案时,对于掌子面变形以及地层变形的控制效果进行对比。结果表明,常规间断式锚杆布设方案对于掌子面变形以及地层变形的控制效果并不稳定,受支护状态变化的影响较大,而新提出的连续交替式布设方案可以在不提高支护成本的前提下,将隧道推进过程中掌子面超前锚杆对于掌子面变形以及地层变形的控制效果维持在稳定水平,且均显著高于常规方案的最低水平,克服了常规布设方案支护效果严重高低不均的缺陷。本研究为掌子面超前锚杆布设提供了一种新方法。     

超前地质预报在歌乐山隧道施工中的应用

隧道在施工中不可避免地会遇到诸如溶洞、突水、坍塌等常见的地质灾害,为了将地质灾害影响程度降到最低,施工前进行超前地质预报是十分必要的.详细介绍了TSP超前预测预报方法的原理,并以歌乐山隧道为例子,针对该隧道复杂的地质条件,施工过程中采用超前预测预报和红外线探测技术相结合,成功地预报了掌子面前方的地质信息以及隧道涌水情况,有效地指导了该隧道的安全施工.     

偏压小间距公路隧道施工的三维数值模拟

以云南平年隧道为工程背景,采用MARC三维非线性有限元法程序,对新奥法修建的偏压、错台、浅埋小间距隧道模拟了先行隧道不同超前距离情况下的动态施工过程。掌子面距离的变化对洞室的横向位移的影响大于竖向位移,且对于左洞更为显著;随着左右洞掌子面距离的增大,洞周位移、中间岩柱位移均减小,但部分范围内地表沉降值有所增大,局部区域受力、变形恶化。     

土体参数不确定性对软土隧洞掌子面稳定影响分析

岩土体参数取值对于工程设计意义较大,为更好地评估土体参数不确定性对软土隧洞掌子面稳定的影响,采用Monte-Carlo随机模拟方法,分析了土体参数变异性及样本容量水平对掌子面稳定特性的影响,提出了掌子面设计安全系数的确定方法。结合工程实例评估了设计安全系数的合理性,分析结果表明,样本容量较大时,土体参数的不确定性对软土隧洞掌子面稳定特性影响较小;小样本条件下,土体参数不确定性影响随着样本容量的降低逐渐增大。研究成果可为临时性的隧洞掌子面支护设计提供依据。     

富水断层隧道高位排水工法及其作用效果研究

大相岭隧道富水断层区段极易引起突水、突泥现象,具有很大施工风险,高位排水能够有效降低掌子面前方高水压力积聚程度。基于现场实测和动态流-固耦合数值力学方法,研究不同水位条件下高位排水工法与隧道稳定性之间关系,提出最优高位排水管分布方案。研究得出：大相岭隧道F6断层水压最高达到1.98 MPa,排水后可实现安全施工,衬砌背后水压降低至10 m左右,因此,防涌突水主要集中在掌子面开挖期;拱顶排水管排水量最大,越靠近拱脚的位置排水能力越差,从拱顶到拱脚呈下降趋势,应使拱顶附近排水管密度大于拱脚附近;实际施工中为更快达到均匀降水效果,应先对拱顶部位打设排水管,后对拱脚部位打设排水管;研究了排水管根数、排水量及掌子面挤出变形相互关系,从经济性和疏水加固效果出发,提出了排水管合理布置方法及建议参数,对富水断层隧道掌子面防突与塌方及运营隧道结构设计具有重要参考价值。     

掘进巷道工程隐患电激励征候与预警

巷道或隧道等掘进工程中,当施工掌子面前方存在储水构造等低电阻率隐患时,于掌子面供电的供电电流会被隐患吸引,使掌子面后方已开挖巷道内电场呈异常分布,形成一种隐患电激励征候,表征参数为一段观测距离上的电位或电场强度分布;随着巷道掘进,掌子面逐渐迫近隐患,巷道内分布电场的异常幅度会不断加大,电激励征候表征越显著.通过巷道或隧道内电场分布的异常幅度和变化趋势,无需通过视电阻率的转换,即可实现隐患的预警预报.电激励征候的测试通过远参考电极即无穷远电极和测量电极系来完成绝对电位的测量,提高了测试电位的幅度和信噪比,为解释推断提供了可信度高的数据参数.     

TSP-203系统数据采集的改进方案

TSP-203系统（Tunnel Seismic Prediction System）是针对复杂地质条件设置的隧道挖掘超前地质预报系统,目前广泛应用.该系统从数据采集、处理和成果评估高度智能化,采用该系统可以预报隧道工作面前方至少100m围岩地质体的性质、位置和规模,并可算出其岩石物理力学参数,为确定合理的支护参数提供依据,提高了隧道施工安全和质量.本文针对TSP-203系统的野外工程中遇到的精度和勘探成本问题,根据石油地震勘探的理论方法,考虑系统观测的激发和接收两大因素,提出系统数据采集的改进方法：1）在信号激发方面提出组和爆炸方法;2）在针对信号接受方面提出传感器新的安装改进方法.     

绕射波在坑道中超前探测小构造的应用

本文阐述了应用绕射波探测坑道掌子面前方小构造的技术,在速度低于上下围岩的中等速度的特定层位中,地震波将在前方的小断层或小构造处反射,以绕射波形式返回到检波器,其最远的探测距离达184m。     

土质围岩开挖破坏模式研究

结合大量土质隧道围岩破坏调研资料和室内模型试验,研究土质围岩破坏的位置和形态,以破坏位置和特点探讨了土质围岩的破坏模式,并对各破坏模式进行了定义。研究表明,土质围岩破坏模式有未支护段破坏模式、掌子面破坏模式、未支护段和掌子面同时破坏模式及不发生破坏4种;未支护段破坏模式可分为自稳破坏、进尺破坏和不破坏;未支护段自稳破坏模式主要受洞形跨度和跨高、围岩条件控制,而进尺破坏模式主要受进尺和围岩条件控制;掌子面破坏模式的破坏面可近似为对数螺旋曲面或斜平面,未支护段破坏模式的破坏面可近似为抛物线曲面,未支护段和掌子面同时破坏模式的破坏面近似为数螺旋曲面或斜平面和抛物线曲面相交。