川藏铁路深埋隧道围岩灾变分析与思考（特约稿）

国家新时期世纪工程川藏铁路面临全球最为复杂的工程地质条件。受深部环境和工程扰动影响,沿线深埋隧道围岩失稳灾变问题凸显;符合深部特征的围岩灾变分析研究,既是川藏铁路深埋长隧安全建设的重大现实需求,也是提升我国特殊地质条件下深部工程开发能力的关键。为此,以“深部围岩灾变分析”为核心,从深部围岩孕灾的原位地质环境与工程扰动效应入手,重点开展了深部围岩质量分级、大变形判识和岩爆孕灾等方面的理论方法研究与思考。首先,概述了川藏铁路深部围岩孕灾的原位地质环境特征,并从试验模拟和理论分析两个层次揭示了深部围岩孕灾的工程扰动效应;进一步,以修正的BQ法为基础,发展了可综合反映地应力、地温和地下水影响的围岩质量分级方法,初步应用于川藏铁路深部多场耦合环境下的隧道围岩分级修正研究;最后,针对川藏铁路深埋隧道围岩灾变的两种典型显现形式(大变形与岩爆),提出了隧道围岩大变形分级多因素分步评估方法,以及深部围岩岩爆综合预测研究思路和预测模型与方法。相关研究成果和学术思想可为川藏铁路沿线深埋隧道围岩灾变分析与稳定性研究提供借鉴与参考。     

川藏铁路雅安至林芝段工程地质环境及主要工程地质问题（特约稿）

为全面掌握川藏铁路雅安至林芝段沿线区域工程地质环境,查清主要工程地质问题,为建设施工和通车运营提供科学依据,通过归纳总结各阶段勘察设计、科研专题研究成果,详细阐述了川藏铁路雅安至林芝段工程地质环境,系统分析了主要工程地质问题,提出铁路减灾选线原则,主要工程地质问题的工程对策建议,施工和运营阶段需要重点关注的重大工程地质问题及研究重点。研究结论表明：1）川藏铁路雅安至林芝段具有显著的地形高差、强烈的板块活动、频发的山地灾害、敏感的生态环境、恶劣的气侯条件、薄弱的基础设施等六大工程环境特征,也是面临的六大挑战。具有工程建设环境极其恶劣、铁路长大坡度前所未有、超长深埋隧道最为集中、山地灾害防范任务艰巨、生态环境保护责任重大五大工程建设难题。具有高原高山峡谷区地理数据快速准确获取难、地质灾害早期识别评估难、超级工程与物流保障难、生态环境风险大、重大工程建设及防控风险大等“三难两大”风险。2）研究区域属大型滑坡、冰川泥石流、冰湖溃决等山地灾害的集中区和易发区,并且各类灾害在复杂的环境条件下易形成链生性灾害;研究区域内的活动断裂与高烈度地震、高地应力、高地温、高压涌突水等多场耦合下的深埋隧道重大不良地质发育,影响和制约铁路工程选线及工程建设;3）采用“空天地”综合勘察手段,查明研究区的主要工程地质问题,通过采用隧道穿越方式绕避大型复杂的浅表地质灾害、采用减少埋深、缩短长度、傍山靠河、走行于相对低温廊道、避开长大水平径流区等针对性工程措施,可有效应对浅表层及隧道不良地质问题。4）本研究成果可指导川藏铁路建设施工运营,也可为滇藏、中尼等铁路的勘察设计及建设施工提供参考。     

偏压连拱隧道合理开挖方法的数值模拟研究

针对铜黄高速公路汤屯段大田双连拱隧道进口段埋深浅、地质条件复杂、存在偏压以及隧道结构受力复杂等特点,采用FLAC3D对隧道合理开挖方法进行了三维数值模拟研究.通过与隧道典型断面的拱顶下沉、支护结构受力、地表沉降的现场监测数据对比分析得出科学结论,能够动态地指导偏压双连拱隧道全过程施工,确保施工安全.     

城市复杂地质与环境条件下小净距隧道设计

以厦门环岛干道会展中心隧道工程为背景,探讨了在城市复杂地质与环境条件下小净距隧道下穿排洪箱涵时隧道平面、纵断面线型设计;隧道结构支护参数设计;隧道下穿排洪箱涵施工方法及隧道监控量测设计.分析结果可为类似地层的小净距隧道的设计与施工提供参考和经验.     

双连拱浅埋偏压隧道受力机制分析

浅埋偏压地质条件下修建双连拱隧道难度大,对支护结构强度及支护时间要求高.总结了双连拱隧道的施工方法,利用ANSYS程序模拟双连拱隧道施工工序,研究每步开挖完成后产生的围岩塑性变形,全部开挖完成后支护结构的弯矩和轴力,中隔墙的应力状态,支护结构的安全系数,得出的结果对双连拱隧道施工过程,支护结构的强度和施作时间具有指导意义,为以后浅埋偏压地质修建双连拱隧道提供参考.     

双护盾TBM施工隧道中的综合地质预报案例分析

为了分析双护盾TBM施工隧道超前地质预报技术的应用效果,通过对双护盾TBM的施工环境的分析,明确TBM施工隧道地质预报工作的难点。采用被动源HSP法、主动源ISP法和RTP法进行西藏DXL隧道的综合预报,并结合案例,分析了综合预报技术在双护盾TBM中的探测效果。结果表明,通过被动源HSP法、主动源ISP法探测掌子面前方地层构造界面分布位置与规模,辅以RTP法探测异常区富水特性,能较好地实现双护盾TBM施工隧道前方不良地质体的预报,有效地指导施工。     

TSP203Plus超前地质预报技术在贵广铁路客运专线长大隧道施工中的应用技术研究

贵广铁路线路中特大长隧道、特大断面的隧道所占比例达到75%以上,隧道穿越某些地质情况复杂地区,可能遇到的工程地质问题及地质灾害较一般浅埋隧道更多、更严重。因此,在隧道施工中开展超前地质预报工作非常有必要。TSP203plus的工作原理和系统工作特点能满足工程预报需要。在贵广铁路部分隧道超前地质预报中证实了TSP203plus作为一种隧道地质预报手段的合理性和有效性。在对TSP203plus超前地质预报产生的误差原因进行分析的同时,提出了提高预报精度对策,从而指导不良地质条件下的隧道安全快速施工。     

综合预报技术在TBM隧道掘进中的改性应用

基于TBM隧道施工的特点和地质适应性方面的局限性,单一的超前地质预报方式较难满足TBM施工的需求,实际施工中易因偏差导致采取的应对措施不足而造成TBM停机的状况发生,为解决此类问题本文通过分析TBM施工常用的地质预报方式原理以及适用范围,选择性地提出“长距离整体预报+中距离重点分析+短距离循环对比”的综合预报技术,成立超前地质预报应用管理小组,加强预报过程实施、结果研判以及现场应对管理。依托在大瑞铁路高黎贡山隧道应用实践,验证了综合预报技术可以增加超前地质预报的准确性和对施工的指导性,做到了不同探测方法的结果的相互验证和相互补充,可为以后TBM施工提供借鉴。     

TBM引水隧洞瓦斯处理方法研究与应用

科学的瓦斯处理施工技术是保障隧道(洞)安全高效开挖的重要前提.目前在公路铁路隧道、煤矿巷道等领域瓦斯处理技术已相对成熟,然而在TBM引水隧洞施工中尚缺乏有效可靠的瓦斯处理方法.文章通过参照煤矿、铁路及公路等瓦斯隧(巷)道的处理方法,结合水利工程TBM施工隧洞的特点,系统地研究了适用于TBM施工隧洞的瓦斯处理方法.总结形...     

贵南高铁软弱围岩隧道关键施工技术

贵南高速铁路九万大山2号隧道工程穿越Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩区域,地质条件十分复杂。以该工程为例,探讨了不良地质条件下隧道工程的掘进、爆破及支护等关键施工技术。     

TBM隧道综合超前地质预报及其在阳灵隧道的应用

超前地质预报对于实现隧道施工的信息数据化,灾害防治的有效化,施工支护的经济化等方面具有不可代替的作用。对比分析钻爆法中的超前地质预报方法在隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)特定的施工环境下使用的有效程度,提出综合“长短距离、物探钻探、声波电磁、重点平时”的TBM隧道施工下的超前地质预报体系的构想,并基于水平声波剖面法(horizontal sonic profiling, HSP)声波反射法、钻孔过程监测系统(drilling process monitoring, DPM)超前钻探、瞬变电磁仪等方法,利用三维正演计算的理论研究,进而压制了单一超前地质预报方法的多解性和误差叠加性,从而提高预报的精确度和可靠性。基于本研究的电磁响应规律以及去除电磁干扰研究,指导宜兴阳灵隧道瞬变电磁法的实际工程应用,并对预报结果进行总结对比,从而为今后工程提供借鉴参考。     

TBM隧道综合超前地质预报及其在阳灵隧道的应用

超前地质预报对于实现隧道施工的信息数据化,灾害防治的有效化,施工支护的经济化等方面具有不可代替的作用。对比分析钻爆法中的超前地质预报方法在隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)特定的施工环境下使用的有效程度,提出综合“长短距离、物探钻探、声波电磁、重点平时”的TBM隧道施工下的超前地质预报体系的构想,并基于水平声波剖面法(horizontal sonic profiling, HSP)声波反射法、钻孔过程监测系统(drilling process monitoring, DPM)超前钻探、瞬变电磁仪等方法,利用三维正演计算的理论研究,进而压制了单一超前地质预报方法的多解性和误差叠加性,从而提高预报的精确度和可靠性。基于本研究的电磁响应规律以及去除电磁干扰研究,指导宜兴阳灵隧道瞬变电磁法的实际工程应用,并对预报结果进行总结对比,从而为今后工程提供借鉴参考。     

基于现场数据的TBM掘进速率研究

为了研究TBM掘进速率在不同地质条件下的变化规律,基于吉林引松供水隧道工程开敞式TBM现场掘进数据,将TBM刀盘破岩过程分为3个阶段：挤压阶段、起裂阶段和破碎阶段,并对破碎阶段应用统计回归方法,分析在不同岩石饱和单轴抗压强度、完整性系数的条件下,TBM刀盘贯入度与刀盘推力、刀盘扭矩的关系.研究表明,在特定施工条件下,刀盘贯入度随刀盘推力增大呈幂函数曲线增长,随刀盘扭矩增大呈线性关系增长,增长率与岩石饱和单轴抗压强度、完整性系数密切相关.进一步建立对于不同强度、完整性岩石的掘进机掘进速率模型,进行实际工程施工预测,预测结果的平均相对误差都低于16%,表明模型预测精度较高,可以为实际工程施工中操作参数的优化和不良地质条件的捕捉提供帮助.     

综合物探方法在隧道勘察中的应用

中西部地区铁路沿线的地形、地质条件复杂,直接进行隧道工程建设将会有较大的安全隐患,为了预防施工过程中可能出现的由不良地质现象引发的事故,采用综合物探方法对隧道线路周围的断层位置及产状、地层岩性分界情况等进行勘察,进而指导地质钻探工作的有目的进行,为隧道开挖过程中避开各种地质危害提供依据,保障施工安全。通过对隧道待勘察路段的地质地貌分析,通过甄选对比,并根据勘察任务要求,有针对性的选择应用地震折射法和高密度电法进行综合勘察。文中详述了地震折射法和高密度电法的野外工作方法技术、资料处理,并根据勘察目的,先单独解释两种勘察方法的效果,再综合两种方法对该路段的地质构造情况进行综合解释,推断出该高速铁路路段中的破碎带、断层及其走向等不良地质情况。最后对地震折射法和高密度电法进行综合勘察应用效果做了评价。     

大粒径卵砾石地层盾构刀盘选型及适应性评价

大粒径卵砾石地层是北京地铁修建过程中开挖难度最大的地层之一,给土压平衡盾构施工造成了一系列的难题。刀盘是土压平衡盾构的重要构件之一,合理的刀盘结构型式是大粒径卵砾石地层土压平衡盾构高效、可靠运行的前提。为了找出适用于大粒径卵砾石地层的刀盘结构型式,以北京地铁九号线盾构工程为背景,开展大粒径卵砾石地层土压平衡盾构开挖原型试验,基于＂北京地铁盾构施工实时管理系统＂和＂北京地铁建设安全风险技术管理体系＂收集盾构关键施工参数,以现场掘进试验数据有基础,对盾构掘进效能、盾构关键参数地层适应性及刀具磨损情况进行了对比研究。研究结果表明：1）大粒径砂卵石地层辐条式刀盘适应性更好,掘进效率更高,对刀具的磨损控制更为有利;2）辐条式刀盘可适当增大开口率至55%~65%;3）大粒径卵砾石地层,辐条式刀盘比面板式土压力控制更加稳定;提高盾构掘进速度的同时,应注意盾构土压力的控制,合理的盾构推进速度应为20~60mm/min。     

大伙房水库输水工程TBM施工管理方法

根据辽宁省大伙房输水工程隧洞施工条件及特点,选用3台开敞式TBM进行施工,并在实践中总结了一套TBM施工管理方法,可供同模式TBM工程施工参考.     

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计算模型,综合研究TBM隧道单洞掘进对单一建筑物变形的空间属性效应;从工程建设实际出发,系统研究空间属性对于TBM隧道双洞掘进连续下穿多座紧邻既有建筑物过程中诱发地层与既有建筑物的应力应变状态。研究结果表明:隧道埋深越浅,则建筑物受隧道开挖的沉降速率越大;在双线隧道开挖中,埋深越浅,建筑物受横向距离较近的隧道开挖影响占比越大,隧道埋深越大受双隧道叠加影响越大。隧道下穿不规则建筑物时对建筑物转角处以及在大尺寸建筑物附近的小型建筑物影响较大,在实际施工中需要进行监测。     

再制造全断面隧道掘进机刀盘多元损伤探究

为解决国内大量全断面隧道掘进机(TBM)未能全寿命使用,以及损伤修复相关问题。通过查阅国内外文献资料,分析TBM刀盘疲劳、磨损、蠕变、断裂等因素的影响程度,研究刀盘微观裂纹扩展机理,结合TBM刀盘特定服役环境(地质参数、结构参数、操作参数等)构建多元损伤模型,从再制造刀盘方面提出了多元损伤耦合框架。     

基于动态贝叶斯网络的TBM卡机风险预测

为了预测隧道机械施工时隧道掘进机（TBM）卡机风险,基于动态贝叶斯网络（BN）分析卡机概率系统. 通过专家知识以及解释结构模型确定风险因素和风险事件的因果关系,收集国内隧道机械施工地质条件实测数据,根据相关规范、研究成果和云模型云间划分法对风险指标进行区间划分,运用粗糙集分类原理对数据进行离散化,获取风险因素的原始先验概率和风险事件的条件概率. 结合软件GENIE,建立动态BN模型预测卡机风险. 结果表明：在无证据条件下,TBM卡机风险概率为8%;造成TBM卡机的关键风险因素是岩石类型、大量的地下水和断裂破碎带. TBM卡机的关键致因链为岩石类型→掌子面突泥涌沙→卡刀盘→卡机,大量的地下水→掌子面突泥涌沙→卡刀盘→卡机,高地应力→软岩大变形→卡护盾→卡机,围岩坍塌→卡护盾→卡机.