局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

 以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例，考虑到海水的渗透性，采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明，隧道整体是安全的，此种情况下，隧道衬砌原则上可按无水压设计，衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时，隧道安全系数降低，破碎带越宽，注浆堵水圈厚度越小，安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比，含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此，必须做好破碎带的超前注浆堵水加固，以减少其渗水量，并对破碎带进行局部加固，此种情况下，隧道衬砌原则上可按有水压设计。     

海底隧道稳定性分析

本文采用有限元极限分析法分析了海底隧道的整体稳定性与存在局部破碎带下的整体稳定性。以某海底隧道为例,计算表明隧道整体是安全的。当存在局部破碎带时,必须做好破碎带的超前注浆堵水加固,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固;计算还表明,有局部破碎带时,隧道安全度降低,破碎带越宽,堵水圈厚度越小,安全系数越小;隧道倾斜破碎带较垂直破碎带安全系数小。     

泥质粉砂岩隧道变形及长期稳定性研究

以广东省惠清高速太和洞隧道工程为依托,通过室内试验和数值模拟,对典型软岩隧道大变形问题进行了研究.首先通过FLAC3D数值模拟软件对隧道开挖阶段的受力特征、施工变形进行计算;其次考虑了流变效应,通过单轴压缩流变试验得到泥质粉砂岩的应变-时间曲线,选取伯格斯黏弹性模型拟合出相关流变参数并运用于隧道长期变形的模拟计算中,对...     

大跨度隧道围岩流变参数智能分析及稳定性评价EI北大核心CSCD

流变模型和参数是软岩隧道工程稳定性计算的前提和基础,结合某实际工程,完成岩体物理力学试验数据及其岩土破坏形态试验分析,建立黏–弹–塑性软化模型作为泥岩长期稳定性分析的力学模型,并通过理论分析和经验类比方法预测泥岩的长期强度;同时结合试验和监测数据分析并利用人工智能分析方法,得到与室内试验较为吻合的流变参数。通过分析流变模型拟合曲线与试验流变曲线吻合度较好,该方法对于优化流变参数、提高数值模拟的准确性具有重要意义。在此基础上对大跨度隧道工程长期稳定性进行预测,分析认为:锚杆和衬砌受力变化总体岩体蠕变特征相似,支护初期应力加速增加,3~5 a后衬砌应力基本无变化,结构总体处于安全范围。     

厦门海底隧道强风化花岗岩力学特性研究

 厦门海底隧道海域隧道地段存在多处风化深槽,岩体主要为全、强风化花岗岩。由于该类岩石强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,在隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面会遇到一系列特殊的问题。主要通过对天然和重塑强风化花岗岩岩样进行一系列的室内试验,在掌握其基本物理力学特性的基础上,重点对其流固耦合作用下的力学特性进行研究,并建立该类强风化花岗岩的力学模型,通过反演分析对力学模型进行验证。研究成果对风化花岗岩类工程的力学参数取值有重要借鉴意义,对该类岩体中隧道的设计施工具有指导作用。     

向家坝大型地下厂房长期稳定性研究

对地下洞室的长期观测和量测都表明,许多在成洞之初呈现稳定的岩体,由于变形随着时间推移而不断发展,经过一段时间之后,洞体可能失稳或坍塌破坏,特别是大型地下洞室,地质条件复杂、开挖时间长、扰动大,其长期稳定性更值得关注。向家坝地下厂房为一超大型地下洞室,开挖跨度在国内外已建、在建和拟建的水电站中居第一,其跨度和规模均居世界前列。洞室围岩地质条件复杂,岩性较差,有不稳定块体,地下水较为丰富,岩石透水性较好,且夹杂有多条软弱夹层,对地下厂房长期运行不利。基于此,通过试验得到了地下厂房围岩的长期强度;结合实际工程中常用的变形和流变速率,提出了洞室最佳支护时间、长期稳定流变时间、最大流变变形的判据;对洞室支护措施进行了模拟,对其支护效果进行了评价。经过总结分析,得到了对工程有指导性的结论。     

厦门翔安海底隧道数字化建模技术

围绕厦门翔安海底隧道工程，首先在总结当前三维地层建模理论与方法的基础上，建立该工程的三棱柱地层实体模型。该模型将地质勘察钻孔数据离散为点源信息，采用Delaunay三角化算法对钻孔点的平面点集进行二维构网，由网格节点之间的联接关系所确定的钻孔之间的联接关系将钻孔连接成地层的三棱柱体表达，该模型体现便于存储、快速可视化和便于空间分析等优点。然后在三维图形平台上进行了隧道及附属设施的三维建模。最后在此基础之上实现基于数字模型的信息查询、地层剖切、地层开挖等空间分析功能。     

大坂膨胀性泥岩引水隧洞长期稳定性分析

 结合室内三轴蠕变试验与数值仿真技术,研究大坂引水隧洞膨胀性泥岩饱水状态下蠕变力学特性,建立泥岩非线性蠕变力学模型,并开展大坂引水隧洞TBM施工开挖、支护、长期运营过程的饱和渗流–应力耦合仿真计算。重点模拟TBM开挖预留变形、初次支护半年后顶管片和侧管片开裂破坏问题,以及采取锚杆、围岩注浆、二次衬砌和钢支撑相结合的联合二次支护措施后隧洞长期安全性的评价与设计验证问题,研究成果为引水隧洞的支护设计提供依据,对同类工程的研究具有一定参考意义。     

海底隧道结构健康监测设计研究

 由于海底隧道工程环境的特殊性与复杂性，因此为保证海底隧道运营安全，必须对海底隧道进行长期的结构健康监测，以此了解隧道结构在复杂环境中的受力变化状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况做出评估并加以有效处理。在对隧道结构健康监测现状进行总结后，针对海底隧道工程特点，结合在建的厦门翔安海底隧道工程，通过必要的数值模拟计算，首先确定出该隧道的监测内容及重点监测部位，随后结合工程实际情况确定监测断面位置、监测项目及监测仪器的选择、监测点布置等内容。同时，研究结果表明：(1) 不良地质段隧道结构安全监测，除对该位置隧道结构进行重点监测外，还应当在邻近较好地质条件处设立辅助监测断面，便于分析不良地质条件对隧道结构的影响作用；(2) 海底隧道结构的渗漏情况可通过监测其重点部位，如拱部的衬砌开裂情况，并配合相应位置的衬砌结构水压变化情况而间接获得。研究结果将对我国在建或拟建的海底隧道结构健康监测起到一定的指导作用。     

厦门海底隧道结构防排水原则研究

 海底隧道不同于陆地隧道，水压高，水源充足，又无天然出口，海底隧道的渗水问题远比陆地隧道严重得多，处理起来也困难得多。海底隧道结构防排水系统的合理性和可靠性是海底隧道成功的关键，也是控制运营费用的主要部分，海底隧道结构防排水原则和标准的确定又是设计合理防排水系统的基础。在分析国外已建成海底隧道防排水设计的基础上，提出确定海底隧道防排水原则的临界地下水位，并通过数值分析计算厦门海底隧道设置盲管排水系统后的排水量和衬砌背后水压，从运营经济性角度分析排导系统设置的可行性，提出厦门海底隧道应采用“以堵为主，限量排放”的防排水原则。在此基础上，提出厦门海底隧道合理的防排水体系，并在工程中得到应用。提出的研究方法也可为其他海底隧道结构防排水系统设计提供参考。     

航道疏浚对海底盾构隧道纵向稳定性的影响研究

对海底长距离、高水压、大直径盾构隧道纵向稳定性的特点和影响因素进行了分析,并通过工程实体对航道疏浚这一影响因子进行研究。结合航道疏浚的特点、工艺和工序,选取纵向长2.4km的大型模型,采用数值模拟方法分别研究了航道疏浚深度、疏浚工序及回淤厚度等因素对结构纵向变形、受力的影响程度,初步得到了航道疏浚深度对隧道结构稳定性的控制作用。同时,给出了疏浚深度与结构变形、受力的非线性关系,即航道疏浚深度超过7m后隧道纵向变形趋势明显;提出了疏浚控制深度的指标,疏浚规划方案宜进行优化。最后,探讨了盾构隧道结构和周边地层的加固方案,以保证结构稳定性。初步研究结果对于海底盾构隧道前期规划、设计有一定的参考价值,相关研究还需要进一步深化。     

青岛胶州湾海底隧道围岩注浆加固技术

 针对青岛胶州湾海底隧道施工过程中存在的断层破碎带涌水,通过理论分析、室内和现场试验及实际应用对普通水泥浆、超细水泥浆、特制硫铝酸盐水泥浆及水泥–水玻璃双液浆4种注浆材料进行研究试验,确定以超细水泥为主进行超前预注浆。并经过实践确定并验证注浆关键参数：浆液扩散半径为1.5～2.0 m,注浆终止压力为3～4 MPa,注浆加固厚度为5～6 m。对分段前进、分段后退及全孔一次性注浆3种注浆方式进行试验比选,确定全孔一次性注浆、分段前进为主的注浆方式。在施工过程中,研究开发以三臂凿岩台车和高速制浆机制浆、高压注浆泵注浆、注浆记录仪自动记录注浆参数的信息化钻孔注浆设备配套系统,通过采取分区钻孔、分区注浆、钻注平行作业,实现超前预注浆的信息化快速施工。注浆效果检查以检查孔出水量(检查孔出水量满足设计每延米不大于0.15 L/min且局部出水量小于3 L/min)、检查孔压水试验为主,辅以TSP物探对比法、钻孔电视分析法、开挖揭示法及P-Q-T曲线分析法。经过31段注浆,证明材料、参数、注浆方式的选择是可靠的。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究

海底隧道不同于陆上隧道,海水位变化相对隧道埋深较小,隧道两端出口比海底部分要高,不能采用自然排水。深埋海底隧道二次衬砌承受较大的外水压力。调查了国内外海底隧道衬砌结构型状及支护参数,针对海底隧道的特殊性,归纳了海底隧道设计理念和设计方法。针对某公路海底隧道特定地质条件和工程设计要求,分别采用马蹄形、椭圆形、圆形3种衬砌结构型式,并用有限元软件对这3种衬砌结构二次衬砌在不同荷载作用下进行强度验算。对计算结果优化比选,选出一种技术可行、经济合理的衬砌结构,得出一些有意义的结论。     

交叉隧道施工对已有隧道稳定性影响研究

 近接隧道施工过程中面临地质条件复杂、围岩扰动较大等诸多问题,合理施工方法的研究极其必要。以从莞高速新建走马岗公路隧道上方穿越东深供水隧洞工程为背景,首先,结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。同时,在交叉段施工过程中,对在建隧道的围岩压力、初期支护结构的受力情况以及既有供水隧洞的断面收敛等进行了实测,结果表明：在建隧道的围岩压力10 d内基本稳定,拱腰位置围岩压力较大,右侧拱腰最大为0.2 MPa,之后缓慢减小并趋于稳定。既有东深供水供水隧洞内安全监测数据表明：断面收敛及混凝土应变均相对较小,在安全范围之内。研究成果与方法可为类似工程提供参考。     

爆破荷载作用下青岛胶州湾海底隧道覆盖岩层稳定性分析

以青岛胶州湾海底隧道为背景,采用国际上常用的计算模式模拟爆破施工荷载,根据ABAQUS动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,依据不同围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取隧道左、右线典型段;采用有限单元法分析了覆盖岩层各监测点的振动速度、加速度变化趋势。数值分析结果表明,各测点的振动速度、加速度时程曲线均满足隧道爆破变形规律。根据隧道围岩振动破坏准则,计算所得的最大水平、垂直振动速度均小于规范要求的临界值,且爆破作用影响范围远小于隧道覆盖岩层设计厚度,所以岩层覆盖厚度设计值满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,考虑到隧道选线的经济合理性,提出了爆破施工荷载作用下隧道顶板厚度设计参考值,并进行了验证,对类似工程具有一定的指导意义。     

挪威海底隧道经验在厦门海底隧道建设中的应用

挪威在世界上拥有最多的海底隧道,最近30a共修建了40条海底隧道,总长达240km。尽管大部分隧道位于较好的地层条件,但也遇到与断层相关的复杂地质条件。挪威海底隧道规划与施工中的一个主要特点是封闭可能的渗水,多年的实践发展出一套系统的探测和封闭渗水的方法,挪威所有的海底隧道都应用了这一方法。据此,介绍该方法,同时介绍处理更为复杂地质情况的隧道建设经验,包括防止隧道的进一步坍塌以及所采取的冻结地层方法,进而还讨论有关把挪威海底隧道经验应用到厦门海底隧道规划与建设中的问题。厦门海底隧道某些段所处地质条件较差,极具挑战性。挪威顾问集团专家协助并正参与把挪威经验应用到厦门海底隧道的建设中去。