含水疏松砂岩地层深埋隧洞冻结施工技术与实践

冻结法施工是一种有效应对富含水不良地质段的隧洞施工方法,然而200.0 m级埋深隧洞采用水平冻结法施工尚无先例,且缺少相应的基础数据可供参考。本文依托引洮供水一期工程总干渠7#隧洞典型洞段的冻结法施工实践,研究了国内少见的富含水粉细砂层冻结加固工程冻土力学性质,基于此,研究了200.0 m级埋深隧洞冻结壁参数,确定了冻结孔布置方式、冻结施工基本参数、深埋高水压情况下冻结孔开孔方法,以及冻结施工特殊要求等技术参数。同时,还研究了相应工程技术措施,以减少冻胀和后期融沉对隧洞结构的影响。本文研究成果将为200.0 m级深埋隧洞水平冻结法施工提供技术和实践参考。     

复杂地质条件输水隧洞冻结施工段支护控制研究

穿越含水疏松砂岩层的深埋输水隧洞围岩稳定和支护控制问题是长距离输水生命线工程中的难点,其施工开挖和支护控制方法目前尚不完善。结合某深埋输水工程疏松砂岩层的支护工程实践,分析了疏松砂岩层冻结施工过程及解冻后土体力学性质的演化以及围岩支护联合受力机制,采用有限元法揭示了冻融过程下围岩的变形规律及支护受力演化特征,并提出疏松砂岩层冻结施工及分步联合支护的设计理念和支护方案。研究结果表明,采用分步联合支护方法能够得到较理想的支护效果,冻结施工段进行支护结构刚度设计和数值验证时应考虑冻融过程对围岩的扰动弱化,让各种支护手段在时间和空间上实现有效结合,使围岩和支护结构紧密结合,形成受力机制明确的联合受力体。     

软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究

泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4～5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。     

某地铁区间隧道冻结施工冻胀效应随机预测分析

土层冻结引发冻胀,引起地面上升和变形,过量的不均匀沉降或变形可能危及周围地面建筑.南京地铁某区间隧道穿过地层为软一流塑状淤泥质粉质粘土,拟采用人工冻结法作为辅助施工方法穿越该不良地段.为对地面建筑物进行变形控制,需要对冻结法施工冻胀效应进行预测.采用随机介质理论对该工程冻结施工的冻胀效应进行预测,介绍了冻胀效应分析的基本过程,编制了计算分析程序,分析了水平冻胀引起的地面隆起、曲率变形规律.结果表明:水平冻胀引起的地面变形均满足地面变形控制要求.     

四排局部冻结法在上海地铁修复工程中的应用

上海地铁某修复工程,在完好隧道与破坏隧道连接段采用冻结法施工垂直封水挡土止水墙,取得圆满成功。利用现场监测数据,判别了冻结管是否漏盐水以及隧道内是否充填密实,得出了冻土壁温度场形成规律,计算出积极冻结期结束时间。在浦东隧道清淤排水、浇筑混凝土止水墙阶段,分析了各施工工序对冻土墙温度影响。分析结果表明,冻结法施工质量的好坏可由温度反映出来。通过合理布置温度监测点,采用信息化施工,掌握温度变化规律,可确保复杂工程冻结施工安全。     

高压旋喷注浆施工技术在砂岩地质隧洞中的应用

以宁夏沙坡头水利枢纽北干渠下段（西夏渠）隧洞工程为例,详细介绍了高压旋喷在砂岩隧洞中的施工原理、施工过程中的工艺、材料选择、旋喷参数的确定、喷射固体直径的估计、布孔形式、主要技术要求和质量保证措施及施工后成桩效果的分析。     

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。     

临夏盆地新近系极软岩工程地质特性——以临夏州供水保障生态保护水源置换工程为例

临夏盆地广泛分布有新生代红色碎屑岩,主要为新近系临夏组(N_2l)地层,根据岩性组合可分为四个岩性段(N_2l~1～N_2l~4),其岩相及厚度变化较大,盆地中心以泥质胶结的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主的细粒相沉积,有从盆地中心向边缘沉积厚度逐渐变薄,由细粒的泥岩向砂岩、砂砾岩过渡的趋势。本工程极软岩隧洞围岩长度约46.18 km,约占总干线总长的41.4%,通过野外地质测绘、勘探及试验,基本查明了极软岩的工程地质特性,为隧洞施工过程中遇到的相关工程地质问题进行了预测,并针对工程地质问题建议了相应的处理措施。     

滇中引水工程隧洞软岩工程地质特性研究

本文通过对滇中软岩的地质特征、物理力学性质、水理性质及流变特性等进行深入研究, 得出红层软岩抗剪、抗压强度低, 随着黏土矿物及泥质含量的增加, 物理力学性质逐渐降低, 在饱水状态下泥质岩类抗压强度降低了30%～40%, 粉细砂岩类强度折减了20%～30%, 其崩解性与膨胀性也受黏土矿物及泥质含量所控制。试验表明红层软岩蠕变效应明显, 长期抗压强度为单轴抗压强度的70%, 长期抗剪强度值与直剪试验相比内摩擦角降低了约20%, 黏聚力降低了60%。在研究总结众多工程经验、学术成果的基础上, 结合滇中红层工程地质特性及岩体的长期强度值, 提出滇中软岩隧洞挤压变形评价方法与围岩分级对应关系, 为判别隧洞可能发生软岩大变形的洞段提供依据。     

大型过江隧道盾构始发冻结施工技术

南京市纬三路过江通道盾构直径达14.93 m,盾构始发段地质条件复杂,地下水丰富,盾构始发风险巨大。为确保始发安全,盾构始发加固采取三轴水泥搅拌桩加垂直冻结相结合方法,有效防范了施工风险。详细介绍了该隧道盾构工程中始发端冻结施工技术。     

内蒙古苏尼特左旗北部中―上奥陶统巴彦呼舒组地层划分与沉积环境分析

巴彦呼舒组是一套分布于中蒙边界中东部的奥陶纪海相地层,研究程度有待提高。笔者采用路线调查、剖面测量、薄片鉴定等手段,对内蒙古苏尼特左旗北部巴彦呼舒组的典型剖面进行了研究。巴彦呼舒组可划分出两个岩性段:一段主体为灰绿色、浅黄色、青灰色变质粉砂岩、粉砂质板岩、长石细砂岩,粉砂质板岩中夹灰岩透镜体,产笔石Haddingograptus oliveri、Jiangxigraptus alabamensis、Jiangxigraptus sextans、Proclimacograptus angustatus;二段主体为灰绿色、黄绿色、灰褐色变质长石细砂岩、岩屑长石细砂岩、粉砂岩和硅质粉砂岩。据化石组合特征与沉积构造分析,巴彦呼舒组的形成时代为中―晚奥陶世,沉积环境为近源的大陆斜坡环境。区域地层对比结果反映中―晚奥陶世研究区沉积环境稳定,具有大陆斜坡的环境特征。     

塔里木盆地塔中地区志留系柯坪塔格组沉积相与沉积模式

塔中地区志留系自下而上包括柯坪塔格组(下沥青砂岩段、灰色泥岩段、上沥青砂岩段)、塔塔埃尔塔格组（红色泥岩段和砂泥岩段）、依木干他乌组。通过对塔中地区志留系钻井岩心观察和盆地西北部阿克苏、柯坪、巴楚等地露头剖面的观察,塔中地区志留系下沥青砂岩段岩石类型主要为绿灰色泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩、极细砂岩和细砂岩,部分井发育中细砂岩和中砂岩,砂岩层中常见大量撕裂状泥砾和黄铁矿,发育水平纹理、平行层理、低角度交错层理和楔状交错层理,在露头剖面中可见槽状交错层理。发育的主要沉积相类型为前滨-临滨、浅海陆棚、受风暴影响的浅海砂坝或潮汐砂脊等。在部分井的志留系底部还可见砂砾岩沉积,砾石磨圆较好,砾石成分为石英岩、燧石、泥砾、砂岩砾及其它变质岩砾,向上过渡为中粗砂岩和中细砂岩,发育板状和槽状交错层理,具向上变细的粒序结构,具河流相沉积特征,如塔中30、塔中161井的志留系底部。总体认为塔中地区志留系柯坪塔格组下沥青砂岩段为无障壁滨线-陆棚为主的沉积体系,具有海侵背景下受风暴控制的滨线－陆棚沉积模式, 随海侵发展形成宽度几十公里以上的滨线－陆棚砂岩沉积体,垂向上为滨岸砂到陆棚砂的演化序列。上沥青砂岩段以潮坪沉积为主,并有部分前滨和临滨沉积,横向相变,垂向交互叠置,在砂体发育程度和规模上较下沥青砂岩段差。根据岩心物性和测井物性分析,浅海陆棚沙坝和滨岸沙坝砂岩储集性好于潮坪相砂岩。     

老坑段——肇庆瑞砚石产出层位

老坑段是新建立的级别低于组的岩石地层单位，是泥盆纪老虎头组的组成部分，位于老虎头组中的段，该段岩石为一套泥质岩与砂岩组成的碎屑岩组合，岩石以浅灰色，灰白色细－粗粒石英砂岩或含砾英砂岩，粉砂岩为主，夹紫灰色，紫色，青紫色，青灰色，灰绿色泥质岩（含铁水云母页岩，泥质板岩，粉砂质页岩）形成于滨岸碎屑潮坪相，地质年代属中泥盆世，老坑段夹４层颜色，成分，结构，构造特殊的泥质岩或板岩或粉砂质泥岩，与老虎头组上     

阿尔泰诺尔特地区晚古生代的沉积环境和古地理分析

诺尔特地区位于新疆阿尔泰东北部,地理位置属富蕴县.该地区主体构造为北东向,出露地层为前震旦系富蕴群、震旦系哈巴河群、泥盆系忙代恰组和石炭系红山嘴组,其中后两者占主导地位.泥盆系为一套类复理石建造,主要岩性有粉砂岩、细砂岩、钙质粉砂岩和少量火山岩;石炭系红山嘴组可以分为三个段,一段为粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩与粉砂岩交替的韵律沉积岩、岩屑砂岩等,二段为粉砂质泥岩、粉砂岩、钙质粉砂岩和生物屑灰岩,三段火山物质大量出现,下部为火山碎屑和陆源碎屑的混合沉积,上部以凝灰岩为主,顶部出现火山角砾岩.根据岩性特征和沉积构造分析,泥盆系的沉积环境为浅海-半深海,以大陆斜坡为主;石炭系的沉积环境为浅海陆棚、滨岸和开阔台地,其中又包括一些小环境.通过沉积环境的分析,可以得出三种沉积相模式.     

基于AHP和模糊综合评判的TBM施工风险评估

岩石隧洞建设中面临很大和众多的风险,利用TBM施工的深埋长隧洞受多种不确定因素影响,具有随机性和模糊性,目前的研究方法难以对其进行准确定量分析。通过深入分析影响TBM施工的风险因素,建立了TBM施工风险综合评价指标体系。基于风险影响因素的层次性,提出了TBM施工风险二级模糊综合评判计算模型,并利用层次分析法(AHP)确定各级因素权重,利用模糊集法确定隶属函数,划分了风险接受等级。以南水北调西线工程深埋长隧洞TBM施工为例,应用二级模糊综合评判计算模型对该工程TBM施工风险进行分析,计算结果表明,该方法是合理性实用的。其理论、方法、思路和结论可供同类工程借鉴。     

地铁超长水平冻结法冻结壁形成特性研究

根据带相变瞬态温度场的传热控制微分方程,应用数值方法分析了地铁超长水平冻结法温度场分布规律,模拟冻结壁形成过程.应用准三维方法将三维问题转化为二维问题,通过对冻结管沿程水平方向盐水温度分布的计算,分析水平方向冻结壁发展的差异性规律.结果表明:对于地铁超长水平冻结法施工,冻结管沿程冻结壁发展存在较大差异,包括冻结壁交圈时间、冻结速率,冻结壁厚度等.为以后水平冻结法施工冻结壁形成过程的预测与评价提供了方法,同时该方法也可以用于竖井冻结施工中冻结壁形成的分析和研究.     

苏州地区发现康山群

最近笔者在“专题研究”过程中,对苏州市西南郊新郭镇 PX2孔争议地层进行了详细的工作,通过系统地采集样品,进行孢粉、密度、微量元素及铷锶年龄等测试。笔者认为该孔深部地层既不是中下泥盆统茅山群,也不能归属二叠系堰桥组,而应与浙北安吉孝丰的中上志留统康山群(S_(2-3) kn)相类比。PX2孔岩性可分为上、下两段。上段:灰、深灰色薄一中厚层状粉砂岩、细砂岩互层,夹泥岩或粉砂质泥岩,泥质或硅质胶结,不含钙,水平微层理发育,偶见腕足类化石碎片,伪厚309.84米。下段:为深灰色厚一巨厚层状泥质粉砂岩和泥岩,上部含细砂质条带,局部显水平页理。伪厚112米。岩性自下而上显示了由细变粗的反序列沉积特征,色泽深,岩     

基于Weibull分布的冻结砂岩损伤本构模型研究

冻结岩石的变形破坏特性是冻结法施工过程中的基础力学问题,在荷载作用下不同冻结温度岩石的力学特性和变形特征差异性较大,严重影响冻结壁的安全与稳定。因此,研究冻结岩石的损伤本构关系,对指导冻结法设计与施工具有重要意义。为分析荷载作用下冻结岩石变形破坏的全过程,采用Weibull分布描述岩石材料的非均质性,基于Drucker-Prager破坏准则,建立三轴应力状态下岩石损伤本构模型,结合冻结砂岩三轴压缩试验,重点分析本构关系中均质度系数m、平均强度F₀与冻结温度和围压的变化关系,对损伤本构方程进行修正,并基于此模型研究冻结砂岩的损伤演化规律。结果表明:在相同围压下,随着冻结温度的降低,砂岩峰值强度显著增大,峰值应变减小,压密阶段逐渐减弱,弹性变形阶段斜率增加,岩石脆性破坏特征明显。在相同冻结温度下,均质度系数m和平均强度F₀随围压升高无显著变化,而随着冻结温度的降低,m和F₀分别呈现指数增长和线性增长,说明随着冻结温度的降低,砂岩冻结越充分,内部自由水冻结成冰占比及冰体强度增长幅度越大,尤其在0~–10℃内提升效果显著,冻结作用提高了砂岩的均质性和平均强度。基于不同冻结温度砂岩的力学特性和变形规律,对不同冻结温度砂岩的损伤本构方程进行了修正。依据修正本构模型研究发现,损伤演化曲线能够很好地反映冻结砂岩压缩试验的压密、线弹性、屈服变形及应变软化各阶段的变形特征,验证了模型的合理性。研究结果为低温环境下岩石力学特性研究及地下冻结工程设计施工提供有益的参考。      

引红济石工程长隧洞施工防水与排水

介绍了引红济石工程长输水隧洞施工防排水方案,参照国内类似工程和结合秦岭Ⅱ线平导洞施工经验,通过对隧洞涌水的分析,提出了长输水隧洞施工的抽排水措施、封堵措施和抽排水设备。     

滇中引水工程昆明段岩溶水发育规律及对隧洞工程的影响

可溶岩区地下岩溶水对隧洞造成很大的威胁,如引起隧洞涌水、突水、突泥等。本文通过地质调查、勘探、抽水试验,分析滇中引水工程昆明段地下岩溶水发育规律及分布特征,为滇中引水工程以及今后地下隧洞工程设计和施工提供依据。调查分析显示,滇中引水工程昆明段岩溶在二叠系、石炭系、泥盆系可溶岩中均有分布,主要呈带状分布于地下水排泄基准面附近及断陷盆地、断裂沟谷内,其次在新构造运动控制的断裂地段及岩性变化造成的不同微水文地质单元交界处;在二叠系灰岩中,地下水分层排泄,石炭系、泥盆系中发育有落水洞,形成地下岩溶通道;在1900～2150m高程段岩溶发育密集,该高程区为岩溶地下水的主要径流区,对隧洞影响最大,存在涌水、突水、突泥、岩溶塌陷、遭遇岩溶空腔的隐患。