全断面隧道掘进机护盾受力监测及卡机预警

全断面隧道掘进机(简称TBM)在穿越深部软弱地层时围岩收敛变形较大,围岩容易挤压护盾,导致TBM卡机,影响TBM正常掘进。通过分析TBM卡机灾害孕育过程,得到了预测TBM卡机的重要条件：一是围岩变形量大于预留的空间,二是额定推力不能克服摩擦阻力。为了监测实际工程TBM卡机状态,提出了一种监测护盾变形的方案以及护盾受力的计算方法,可通过监测得到的变形估算护盾的受力,进而计算出护盾受到的摩擦阻力,得到TBM卡机的状态。根据TBM受到的摩擦阻力、TBM正常掘进时所需推力和TBM额定推力之间的关系,将TBM卡机状态分为4个等级,即无卡机、轻微卡机、卡机和严重卡机,并提出了对应的处理措施。结合TBM卡机条件以及护盾受力监测方案,提出了TBM卡机灾害预警流程。在兰州水源地输水隧洞工程中应用了该监测方案和卡机灾害预警流程,应用结果表明,预测的卡机状态与TBM实际状态基本一致,说明该方法具有一定的可靠性,对指导TBM隧道施工具有重要意义。     

位移释放率对双护盾TBM护盾压力的影响研究

为了研究隧洞纵向位移（LDP）释放率对双护盾隧洞掘进机（TBM）围岩变形及护盾压力的影响,在FLAC3D中采用应力释放法对LDP曲线实现了较好的控制,并指出采用计算时间步控制的缺陷,在考虑护盾与围岩之间不均匀间隙情况下,详细分析了应力释放率对TBM掘进中围岩LDP曲线变化规律、护盾所受挤压力及围岩塑性区的影响。得出了以下结论：（1）不同岩体力学参数下,LDP曲线受应力释放率的敏感程度不同;（2）随着应力释放率的逐渐增加,围岩LDP曲线特征及与TBM护盾相互接触的部位有所不同,TBM护盾接触挤压力和所受摩擦阻力逐渐增大;（3）护盾外围塑性区的形状与应力释放率和护盾与围岩之间的不均匀间隙有关,当在较大的应力释放率下,塑性区呈现自上而下逐渐减小的特征。     

上公山隧洞4+439部位TMB卡机地质条件及后护盾顶部塑性变形分析

被选做长距离地下隧洞施工的岩石掘进机(TBM)以快速施工优势明显著称,当遇到软弱围岩加断层破碎带时,常发生卡机等事故,面临工期延误等挑战。穿越元古界黑山头组砂质板岩等软弱岩体的上公山隧洞,施工中多次发生围岩大变形卡机等施工地质灾害。其中较严重的是在桩号4+439侧向扩挖过程中TBM后护盾出现变形裂缝的严重事故。采用X-衍射粘土矿物分析、岩体受力模型分析和有限元数值模拟方法,研究软弱围岩与TBM相互作用下莫尔圆和库伦强度曲线的关系变化,模拟断层出露于隧洞掌子面不同部位时所产生的位移变化。结果发现,断层出露于掌子面中部时顶拱位移最大,侧向扩挖状态下护盾变为有侧向约束的单轴压缩状态,使顶部受压,反分析得到后护盾刚度系数K=153.00 k N/mm。鉴于所研究软弱围岩和小角度交切断层等不利地质条件,TBM正常适用受太多影响使工期延误,最终剩余洞段被钻爆法所取代。     

TBM护盾−围岩相互作用荷载识别方法

随着隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）开挖隧道埋深逐渐加大,穿越的地层结构更加复杂,如何降低卡机风险成为亟待解决的问题。提出了一种基于牛顿迭代和有限元理论的TBM护盾?围岩相互作用荷载反演方法。该反演方法以护盾内表面测点应变测量值与计算值的误差作为目标函数,并引入Moore-Penrose广义逆对反演方程进行求解。采用了护盾外表面有限分区的策略,定义各分区节点荷载值为反演参数,可以方便地控制反演参数的数量。各分区内部荷载通过节点值插值得到,实现了护盾表面任意分布荷载的离散拟合。算例结果表明：该反演方法计算效率高,对观测值误差具有很好的免疫效果;能够有效地获取护盾外表面的荷载分布规律和摩阻力的大小,在一定程度上能够为现场安全掘进、卡机预警以及事故处理提供指导。同时,该反演算法也可以扩展到低维情况,对其他结构受力或者物理参数的反演具有一定的借鉴意义。     

极软弱破碎富水地层TBM脱困应对方法与措施研究

某铁路隧道工程平导洞TBM在穿越软弱破碎富水地层时出现涌水溜坍,在地质探测和管棚施工过程中存在钻孔压力过大、泥浆裹钻、孔内喷涌等异常情况,盾尾左侧突发涌水并携带大量泥沙涌出,造成盾体及主梁区域围岩变形,TBM被困,风险极大。为应对现场出现的问题,使TBM快速脱困,采取了超前钻探、注浆加固、高位支洞泄水、安装双速减速机以及超前管棚支护和护盾周边扩挖的方法,最终实现了TBM的安全脱困。这些方法的联合使用,为极端软弱破碎富水地层TBM的施工与险情处理提供了可靠的借鉴方案。     

挤压地层双护盾TBM围岩变形及应力场特征研究

为研究挤压地层双护盾隧道掘进机（TBM）作用下围岩变形及应力场特征,采用FLAC3D建立了完整模型,并详细阐述了隧道掘进机（TBM）施工过程中的模拟方法,重点分析了隧洞纵横断面内围岩位移场、应力场、塑性区特征。模拟结果表明,两腰下部范围内的围岩与TBM护盾发生接触并产生挤压,拱顶并未接触;受刀盘与护盾连接处的尺寸高差和前后护盾的锥度影响导致仰拱围岩内出现3次加卸载,仰拱内部环向应力和径向应力均大于拱顶和两腰,而且其主应力方向与径向线斜交,受扰动剧烈,但仰拱下方70°范围内的围岩基本处于弹性状态;横向断面内围岩塑性区自上而下逐渐减小,且距掌子面越远塑性区范围越大,但后盾塑性区范围变化不大。     

深埋长隧道TBM施工关键问题探讨

针对深埋长隧道开挖所面临的高水压、高地压、高地温、大变形、难支护等问题,分析总结传统钻爆法开挖与支护技术、全断面隧道掘进机（TBM）施工技术、TBM导洞扩挖技术应用中的优劣,TBM导洞扩挖法为深埋长隧道开挖提供了新的设计思路。由于深埋长隧道的建设环境与浅埋隧道建设环境存在显著差异,TBM施工将面临3个关键问题--岩爆问题、卡盾（大变形）问题和未准确探测前方地质而发生的施工事故（涌水、突泥等）。为揭示TBM施工过程中卡盾的存在性,分别针对某一特定地质条件下深埋软、硬岩TBM施工进行理论分析和数值模拟研究。结果表明,软岩地层TBM施工发生卡盾,而硬岩完整地层TBM施工未发生卡盾。     

千米深埋隧洞高地应力稳定分析及其工程应用

在深埋隧洞勘察设计和施工过程中,高地应力的存在,是影响洞室稳定的重要因素。作为南水北调西线隧洞的天然试验工程,引大济湟工程的千米埋深引水隧洞也面临高地应力下硬岩岩爆和软岩塑性变形问题。根据引大济湟工程地勘资料,拟定硬岩和软岩的典型物理力学参数。应用ANSYS有限元分析程序对围岩进行稳定性分析,在重力地应力场和全地应力场下,按线弹性法和弹塑性法计算,分析比较得到了不同埋深条件的硬岩和软岩的变形分布特性、最大拉应力分布特性、最大压应力分布特性及可能岩爆区和塑性变形区分布、剪切破坏区分布。分析成果较好地应用于引大济湟工程实践,同时也反应出施工阶段的跟踪复核的重要性。     

高地应力下深埋隧洞软岩段围岩时效特征研究

“引大济湟”调水总干渠输水隧洞埋深大,地应力较高,其中穿越的洞段Ⅳ、Ⅴ类围岩占有较大的比例,在高地应力作用下围岩开挖卸荷后极可能出现大变形失稳、垮塌等,这些都极大地影响着TBM的掘进效率及施工进度。根据洞室开挖过程中实际揭示的围岩地质条件及变形特征,采用三维黏弹塑性数值方法,对围岩的流变特性与时效变形进行研究;在对实测地应力场进行分析基础上,结合围岩现场变形规律,对围岩蠕变力学参数进行了反演,进而对隧洞开挖区域的软弱围岩进行黏弹塑性数值分析,获得了规律性认识,为动态调整设计提供科学依据。     

隧洞变形引起的TBM施工事故综合风险分析

国内采用岩石隧道掘进机（简称TBM）施工的隧洞呈现深埋、超长趋势,变形引起的TBM卡机事故屡见不鲜,为了减少这些事故,可以预先对变形引起的TBM风险事故进行综合评价,因此,在单元风险研究的基础上对综合风险计算及评价准则进行研究。采用概率理论推导了变形引起的TBM风险事故的综合风险概率的计算模型,根据推导的模型可以近似计算出5类后果等级事故发生的概率;采用TBM的卡机时间与纯掘进时间的比值作为分级指标,结合以往TBM施工的统计数据划分工期损失后果等级,再结合风险的概率分级,建立变形综合风险评价准则;采用研究的理论,对工程选取段TBM施工卡机风险进行了两种工况下的计算分析。计算结果表明,施工时若不采取任何措施TBM施工风险比较大,但采用合理的措施之后风险可控制在可接受的范围内。     

GPS在过江隧道江底沉降监测中的应用

文章结合GPS技术的发展，详细阐述了隧道过江监测施工的过程，并试图在现有的方式方法上探讨更先进的技术方法。     

三江地区南澜沧江带火山岩构造岩浆类型

从火山岩地质，岩石组合，岩石化学，稀土元素，微量元素，大地构造环境等诸方面论述了南澜沧江带可细化为5个火山岩构造岩浆带，即大平掌裂谷火山岩带，大兴山-小街洋脊火山岩带，大兴山-热水塘洋内弧火山岩带，邦沙陆缘弧火山岩带，小定西-民乐陆内弧火山岩带，这种细化对探讨该区的特提斯演化有极重要的作用。     

河流堰塞的地貌响应

堰塞作为一种极端地表过程,深刻影响着河流地貌的变化,特别是河流纵剖面的变化。其对河流纵剖面的影响主要体现在两方面:一方面,堰塞坝将抬高局地的侵蚀基准面,阻碍了上游河道侵蚀,形成河流裂点;另一方面,堰塞坝溃决往往形成大型/巨型洪水,造成下游河道和岸坡的剧烈侵蚀。稳定的堰塞坝形成后,在1~105 a的时间尺度上对河流裂点的发育以及河流纵剖面变化上甚至会超过构造、气候和岩性作用,占据主导。本文在简要概述堰塞地貌相关概念的基础上,介绍了部分河流堰塞的研究方法和案例,以及河流堰塞的发育过程和研究意义。目前多仅从堰塞坝与河流纵剖面的空间关系的相关性来论证其地貌响应,并且发现一些堰塞坝与河流纵剖面的相关性,但是也有一些古堰塞坝对现代河流纵剖面的影响并不显著,原因可能与堰塞坝规模、溃决洪水次数、堵江的持续时间和距今年代的不同有关,目前还缺乏深入研究。     

河流渗滤系统对地表污水的净化作用综述

河流渗滤系统可充分利用水环境的净化功能,提高污水处理效率,避免地下水遭受污染.河流渗滤对地表污水的净化是一种自然过程,它作为天然的过滤器及生物地球化学反应器,可以除去河水中多种污染物,包括天然有机物、合成有机物、无机物、颗粒物、细菌及病原体等.文章分析了影响河流渗滤系统自净作用的影响因素,包括河流沉积物的组成、河流渗滤系统的结构、季节等.最后提出了今后研究河流渗滤系统的方向.     

The sedimentology of river confluences

Channel confluences are key nodes within large river networks, and yet surprisingly little is known about their spatial and temporal evolution. Moreover, because confluences are associated with vertical scour that typically extends to several times the mean channel depth, the deposits associated with such scours should have a high preservation potential within the rock record. Paradoxically, such scours are rarely observed, and their preservation and sedimentological interpretation are poorly understood. The present study details results from a physically‐based morphodynamic model that is applied to simulate the evolution and alluvial architecture of large river junctions. Boundary conditions within the model were defined to approximate the junction of the Ganges and Jamuna rivers, Bangladesh, with the model output being supplemented by geophysical datasets collected at this junction. The numerical simulations reveal several distinct styles of sedimentary fill that are related to the morphodynamic behaviour of bars, confluence scour downstream of braid bars, bend scour and major junction scour. Comparison with existing, largely qualitative, conceptual models reveals that none of these can be applied simply, although elements of each are evident in the deposits generated by the numerical simulation and observed in the geophysical data. The characteristics of the simulated scour deposits are found to vary according to the degree of reworking caused by channel migration, a factor not considered adequately in current conceptual models of confluence sedimentology. The alluvial architecture of major junction scours is thus characterized by the prevalence of erosion surfaces in conjunction with the thickest depositional sets. Confluence scour downstream of braid bar and bend scour sites may preserve some large individual sets, but these locations are typically characterized by lower average set thickness compared to major junction scour and by a lack of large‐scale erosional surfaces. Areas of deposition not related to any of the specific scour types highlighted above record the thinnest depositional sets. This variety in the alluvial architecture of scours may go some way towards explaining the paradox of ancient junction scours, that while abundant large scours are likely in the rock record, they have been reported rarely. The present results outline the likely range of confluence sedimentology and will serve as a new tool for recognizing and interpreting these deposits in the ancient fluvial record.     

Carbon river fluxes and weathering CO2 consumption in the Congo and Amazon river basins

Data on carbon river fluxes recently obtained by the authors for the Congo basin within the framework of the PIRAT Program (INSU-CNRS/ORSTOM) are compared with results previously obtained for the Amazon basin. A special interest is devoted to the bicarbonate river fluxes and to their relationships with river discharges. The flux of atmospheric and soil CO₂ consumed by rock weathering is estimated to be 3.1 × 10⁵ and 0.5 × 10⁵ moles/a/km² respectively for the Amazon and the Congo basin. These CO₂ fluxes represent, respectively, 67.4% and 74.7% of the total bicarbonate river fluxes. A comparison to other large river basins shows that this contribution is directly related to the proportion of carbonate rock areas. A transfer function between the weathering CO₂ flux and the river discharge is calculated for each basin and allows the reconstitution of the variations of this flux using the river discharge fluctuations during the last century. These interannual CO₂ fluctuations present average increasing trends of 10% for Amazon basin and only 0.7% for the Congo basin during the last century.     

天星河、文峰河流域岩溶水化学及影响因素

重庆东北部地区巫溪天星河、文峰河的岩溶流域水化学特征研究结果表明:研究区泉水样品的p H值为6.47~8.28,平均值为7.79;流域河水饱和指数(SIc)的平均值为0.14,表明其变化受到流域碳酸盐岩分布的控制。水化学类型以HCO3-Ca型水为主,Ca2+和HCO-3平均分别占阳、阴离子的75%和82%。通过分析Gibbs图,发现泉水的主要组分属于"岩石风化类型",主要反映了岩石的溶解作用对泉水水化学的影响。流域内部分水样NO-3和SO2-4较高,可能是受工农业生产等人类活动的影响引起,此外硫酸也参与了碳酸盐矿物的溶解。