陕北地区饱和红黏土隧洞工程特性及施工方法初探——以榆林黄河东线引水工程为例

榆林黄河东线引水工程以输水隧洞为主,其中秃尾河以西段隧洞围岩大部分为新近系饱和红黏土,该类洞室的稳定性是隧洞施工的关键问题。通过详细地质调查,结合室内试验,对红黏土的工程特性进行研究,利用有限元方法计算因隧洞开挖带来的变形量,并采用HSS弹塑性本构模型,对钻爆法施工时的饱和红黏土隧洞围岩稳定性进行数值模拟计算,结果发现:隧洞采用钻爆法开挖时,洞室产生的位移变形迅速且位移量大,特别是深埋段,开挖后下沉量最大可达30 cm,而采用盾构法施工时,洞室顶部位移最大仅为12 mm,表明盾构法施工能够很好地控制周围地层的变形,对周围环境影响很小。研究结果证明了传统钻爆法开挖洞室稳定性差,盾构法施工更适宜于该类隧洞的结论。     

极软围岩中隧洞施工方法探讨

以甘肃省引洮供水二期工程中的极软岩隧洞施工过程为例,对隧洞掘进方式进行探讨,对爆破开挖(钻爆法)和机械开挖对两种开挖方式在工程中的应用情况及优缺点进行对比分析,结果显示:引洮供水二期工程中隧洞围岩类别多为Ⅳ、Ⅴ类,Ⅳ、Ⅴ类围岩以软岩～极软岩为主,机械开挖应用较为广泛。为以后在极软围岩隧洞掘进施工提供参考。     

北京地铁复兴门折返站工程隧洞侧壁水平位移观测

本文根据北京地铁复兴门折返站工程开挖全过程中隧洞侧壁土体水平位移观测结果,结合其它工程的观测资料,分析了浅埋隧洞注浆开挖全过程中土体水平位移的一些规律。初步探讨了如何运用测斜仪在施工过程中进行安全观测的问题,并从水平位移这个角度评价一种先在土体中注浆然后采用新奥法施工的新施工方法。     

城市地下轻轨隧道与上部建筑物相互作用及稳定性实例分析

某轻轨隧洞相临重庆市某高层建筑（水晶城堡）岩体地基,采用工程地质定性分析、附近同类工程建设的经验类比、三维弹塑性有限元数值分析等多种技术手段, 对拟建建筑和地下轻轨隧道的相互影响及其稳定性进行综合分析与评价,全面分析了修建高层建筑对轻轨隧洞围岩位移、应力及对其安全系数产生的附加影响。分析表明, 修建上部建筑物对地下洞室的开挖位移和应力有微量扰动,洞顶最大附加位移量为1.15 mm,塑性区变化不大,由此可认为在正常施工和工程地质情况无异常的情况下,该工程的修建不会对地下洞室的安全和围岩稳定性构成影响,可为同类地下工程建设提供一定参考。     

隧道洞顶围岩竖向全位移量测及变化规律研究

围岩内部位移通常是在工作面开挖后再进行量测,因而导致现场量测结果存在一定损失。为得到隧道施工过程中围岩内部位移的变化规律,自行研制开发了适用于量测隧道洞顶围岩竖向全位移的多点位移测试仪,该仪器具有测试原理简单、现场埋设方便、测试数据精度高的特点,且比传统多点位移计的测点多。结合阿拉坦隧道,利用该仪器对隧道洞顶处的围岩内部位移进行了量测,得到了隧道浅埋段洞顶围岩内部位移的变化规律,经分析发现,如果采用传统多点位移计进行洞内量测围岩内部位移的方式,围岩内部位移的损失程度将达25%以上,这将给围岩稳定性的判定造成直接影响;此外,通过对监控数据的分析,还得到了隧道开挖引起的围岩松弛范围。其结果对隧道的开挖与支护具有重要指导意义。     

某输水工程隧洞预裂爆破施工技术应用分析

爆破是隧洞施工的主要开挖工艺,本文以辽宁某输水工程为例,对输水工程隧洞施工过程中的爆破施工技术进行分析,采取钻爆法施工,计算了线装药密度、炮孔数目、炮孔间距、炸药单耗、装药量等参数,并对施工关键技术和质量控制方案进行对比,确定应在本隧洞预裂爆破施工中,根据实验和经验公式确定的爆破参数,发现爆破后的隧洞轮廓面较完整,效果比较理想,损失较小。说明选用的爆破参数可行,为以后的类似工程具有指导意义。     

基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩变形特征,研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关,提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后,采用一步挖穿分期释放的模拟方法,研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律,以相同的位移释放系数为出发点,构建,开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系,并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机,得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明,提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单,拟合效果良好,推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。     

涔天河工程1号泄洪洞出口边坡与隧洞联合变形分析

涔天河水利枢纽扩建工程1#泄洪洞出口段开挖断面大、坡度较陡、围岩风化程度高、洞口偏压严重。由于受持续强降雨影响,隧洞出口段上半洞开挖完以后,洞口边墙围岩及洞顶仰坡出现了系统性拉裂现象,导致工程停工。为尽快恢复施工,保障水库按时下闸蓄水,在原有支护措施基础上提出了一系列增强加固支护措施,并增加洞室及边坡变形监测。通过建立能反映真实施工过程的大型三维计算模型,利用初期变形监测数据,对围岩的变形参数进行初步估计,并预测了隧洞出口下半洞及出口明渠基础开挖产生的变形情况,初步研究表明,在初设与增强加固支护措施的保护下,洞口及边坡的总体安全性可以得到保障,研究成果促进了工程恢复施工。而后,结合新增的由于隧洞出口下半洞及出口明渠基础开挖产生的变形监测数据,对施工开挖进行了全过程反演分析,获得了更为准确的岩土体变形参数,变形监测数据与数值模拟结果吻合良好,说明了反演分析的可靠性。最后,对工程永久衬砌施工进行模拟,计算了工程完工后永久衬砌新增变形量,并对衬砌应力进行了安全校核。本文研究成果对工程快速恢复施工及水库按时蓄水泄洪产生了较为重要的作用。     

TBM在不良地质洞条件下的施工技术

TBM掘进机以其快速、高效、安全、优质等优点越来越广泛地被应用于隧洞开挖施工中,尤其更适用于深埋超长隧洞,然而在不良地质洞段中TBM掘进缓慢,甚至有卡刀可能,反而不如钻爆法灵活,这就需要根据围岩性状采取特殊技术处理措施,辅以监控量测手段对支护方案进行验证、调整支护措施、修正设计参数等。结合辽宁大伙房输水隧洞工程,总结了在不良地质洞条件下的超前地质预报方法、不良地质段处理措施以及围岩变形监测方法。     

江坪河水电站溢洪洞围岩稳定性仿真分析

以江坪河水电站溢洪洞进口段为工程背景,基于大型有限元分析软件ANSYS,模拟地质地形,包括不同岩层、断层条件,采用弹塑性有限元模型和Drucker-Prager屈服准则,对溢洪洞施工全过程进行非线性数值仿真计算分析,得到了不同岩层围岩的应力和位移分布规律。通过对位移、应力场,特别是拉应力大小、深度的分析,以及塑性区和点安全系数分布等的综合分析,对溢洪洞进口段在开挖未支护和开挖后及时支护两种工况下的稳定性进行了评价。计算结果表明,隧洞进口段围岩开挖未支护时,洞顶下沉位移大,有大面积塑性区和超过岩体抗拉深度的区域,稳定性差。及时支护后,洞顶塑性区和超过岩体抗拉深度的区域减小,稳定性明显提高,但CK2强风化层支护区的点安全系数略大于1.0,且内部仍有小于1.0的区域。因此,建议CK2强风化层加强支护,最好采取钢拱架强支护措施,其结果为设计和施工提供了重要参考。     

高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究

隧道工程二次衬砌施作时机是隧道界普遍关注的问题。依托正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程,以围岩及初期支护基本稳定速率作为二次衬砌施作时机判定指标,采用位移断面监测数据回归分析和数值分析相结合,建立基本稳定速率的理论求解方法,从而确定二次衬砌施作时机;同时,选取贺家庄隧道试验段作为工程实例,对高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机进行研究。研究结果表明：当拱顶下沉变形速率值小于0.55 mm/d,边墙水平绝对收敛速率值小于0.11 mm/d时,即可进行二次衬砌施作。此次研究为类似工程的设计和施工提供了参考依据。     

甘肃引洮供水工程饱和黄土工程地质研究

当黄土分布区地下水埋深较浅时,黄土常呈饱和状态,不具湿陷性,简称饱和黄土,甘肃引洮供水一期工程总干渠13#、14#、15#隧洞通过饱和黄土,通过常规土工和扫描电子显微镜等综合测试,对饱和黄土的显微结构及化学成分进行了研究,并探讨了其微观结构与物理力学性质及工程特性之间的关系,认为应选择盾构法进行饱和黄土隧洞开挖。     

双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究

由于受护盾、管片及电磁干扰的影响,地质素描、炸药激振地震法、电磁法等超前地质预报方法在双护盾TBM施工中无法使用。根据双护盾TBM技术特点,以CCS水电站引水隧洞为工程背景,提出了以地质分析法、物探法、和超前钻探等为主的综合超前地质预报方法。综合超前地质预报采用"由粗到细、点面结合"的原则。地质分析法包括隧洞沿线地质分析、施工地质观察、岩渣及掘进参数分析等,不占用TBM掘进时间,成本低,可全洞段采用。物探法包括ISIS地震法和BEAM电法。物探法和超前钻探占用TBM掘进时间,且预报成本较高。因此,应根据预报精度、预报成本及是否占用掘进时间综合权衡后,确定采用何种预报方法。基于综合超前地质预报结果,针对不良地质条件,提出了相应的处理措施。研究结果表明,综合超前地质方法符合双护盾TBM施工特点,能有效识别掌子面前方的不良地质条件,同时可为工程应对措施提供基础支撑,从而有效避免或降低不良地质条件的影响。     

盾构-矿山法隧道并行施工的相互扰动分析

盾构隧道和矿山法隧道的施工,对围岩扰动的形式和程度不同;并行近接情况下,对彼此的扰动也将不同。以南宁轨道交通地铁1号线百佛区间的盾构-矿山法隧道小净距并行施工为研究对象,根据实际施工进度情况建立监测分析系统,分析了盾构-矿山法施工在竖直和水平方向位移的相互扰动。盾构法隧道后行,盾构的挤推作用,导致先行矿山法隧道拱顶上升、净空收缩;盾构弱化围岩和盾构沉降影响区的作用,导致先行矿山法隧道拱顶下沉、净空扩容。矿山法隧道后行,矿山法隧道侧向卸荷作用,导致先行盾构隧道管片产生管片隆起和净空扩容。研究成果揭示了小净距并行施工时,盾构隧道-矿山法隧道相互间的扰动规律;可以为类似小净距并行隧道施工顺序的选择,及相应辅助施工措施的采用,提供技术支撑。     

The Detection of the Boulders in Metro Tunneling in Granite Strata Using a Shield Tunneling Method and a New Method of Coping with Boulders

While tunneling metros in granite strata using a shield tunneling, cutter heads of shield machines frequently get stuck and are damaged by boulders. Currently, effective methods for solving this problem have not been found in the world. By studying the Shenzhen Metro Line 7 in China, this research proposed a new method for predicting and coping with boulders in metro tunneling using a shield tunneling by combining microtremor survey, supplementary precise geological prospecting and surface drilling blasting. Moreover, with the elaboration of the principle and implementing steps, this method was applied in the specific engineering example. To begin with, the characteristics of H/V curve shapes of boulders exposed in the excavated sections using the shield tunneling were obtained. On this basis, we interpreted and judged the distribution forms of boulders in the unexcavated sections ahead. Afterwards, supplementary precise geological prospecting was performed to the boulders in the predicted positions according to the interpretations so as to verify and revise the interpretations. After ascertaining the distribution location and size of boulders ahead shielding sections, surface drilling blasting or punching was carried out to blast boulders. Engineering application results showed that this method has favorable effects and can provide a scientific and reasonable guidance for the development of theories of microtremor survey and the detection of boulders.     

盾构辅助常压开仓技术在南宁地铁隧道中的应用

盾构开仓是盾构隧道施工中难以避免的一道工序,结合南宁地铁四号线总部基地站-飞龙路站区间隧道的盾构开仓实践经验,介绍了素桩加降水这一辅助常压开仓技术在南宁地铁隧道中成功应用的实例。在介绍工程应用背景的基础上,详细叙述了辅助开仓方法中素桩及降水施工的技术要点,可为南宁地区盾构开仓方案选择提供指导,也可为类似条件下盾构开仓方案的选择提供借鉴。     

硬岩隧道高压气体膨胀破岩开挖试验

为了解决传统钻爆法在隧道工程中振动大的问题,引入一种新型破岩技术--高压气体膨胀破岩技术。通过在某隧道掌子面采用该技术进行现场试验,获得该技术试验时的振动速度值和试验后的破岩效果,将获得的结果与传统钻爆法得到的相应结果进行对比分析,结果表明,高压气体膨胀破岩技术在施工时产生的振动比钻爆法小,证明了将该技术应用在隧道工程中是可行的,解决了该隧道采用钻爆法施工振动风险大的问题,为类似工程破岩提供了一种新途径。     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

暗穴环境下非饱和黄土边坡稳定性分析

黄土暗穴在水土流失方面作为一种独特的侵蚀方式,往往会威胁到建设在非饱和黄土层之上的公路边坡稳定性。基于考虑基质吸力的强度折减有限元程序,本文通过开展不同位置暗穴、单双暗穴和基质吸力赋存与丧失等条件下边坡稳定性的对比研究,着重对影响边坡稳定性的暗穴、基质吸力等因素进行了研究。研究结果表明,当暗穴接近地表时由于存在一定的减载效应而利于坡体的稳定,而当暗穴接近边坡坡脚时则成为黄土边坡稳定性的不利因素,在边坡底部存在的双暗穴明显削弱了边坡的稳定性,基质吸力使得非饱和黄土边坡安全系数增大,潜在滑动面变深,反之则使安全系数减小,潜在滑动面上移,基质吸力的丧失或减小以及暗穴的削弱作用使得潜在滑动面位置变化较大。     

石笕岭隧道掘进爆破方案设计

分析了石笕岭隧道短台阶掘进爆破施工中存在的问题，在使用自制简易凿岩平台可实现全断面掘进钻眼条件下，提出了全断面掘进爆破方案。采用工程类比法设计，并通过场试验确定了合理适用的光面爆破参数。探讨了在隧道掘进中，利用非电毫秒差雷管孔外微差接力传爆，扩大起爆雷管使用段数的方法。