厦门海底隧道综合超前地质预报实践

鉴于当前仍未建立起系统的隧道超前地质预报理论的实际,基于地质力学理论,在总结以往研究成果的基础上,较深入地构建了隧道超前地质预报的概念和广义、狭义超前地质预报实施的技术方案,提出了宏观预报、长期预报、短期预报和灾害临近警报的整套超前预报技术手段,并通过厦门海底隧道的预报实践验证,证明了提出的相关理论和技术方法的正确性与可行性,其技术方法对隧道施工生产具有一定的指导意义。     

青岛胶州湾海底隧道涌水断层注浆效果综合检验方法研究

 采用注浆全过程注浆压力–注浆量–注浆时间(P-Q-t)控制法、物探法、检查孔法与数字钻孔摄像法从宏观到细观对青岛胶州湾海底隧道F4–4涌水断层全断面帷幕注浆后的注浆效果进行检验,其中注浆全过程压力–流量–时间控制法将注浆压力限制在3～4 MPa,当注浆速度小于5 L/min超过20 min时,结束该孔注浆;TSP物探法对注浆前后的含水断层探测结果表明,注浆后围岩整体性得到提高,其变形模量提高19.1%,密度提高3.6%,泊松比下降7.1%,纵波波速VP增长0.8%,纵横波比VP/VS减小7.1%;按注浆孔的5%～10%钻探检查孔,当单孔出水量≤0.15 L/min时,达到注浆要求,满足开挖允许出水量标准;数字钻孔摄像法生成三维虚拟岩芯,计算裂隙充填浆脉的充填隙宽及产状,表明注浆后裂隙充填密实。4种检验方法综合判定含水断层注浆后围岩等级由V级提高到IV级,表明注浆效果良好,达到注浆止水加固的目的,综合检验法是检验注浆效果的有效方法,上述方法对类似工程具有一定的借鉴与指导意义。     

厦门海底隧道超前地质预报经验总结

针对厦门翔安隧道超前地质预报的重要性,阐述了海底隧道中超前地质预报的实施要点,对其预报经验进行了总结,经验表明:超前地质预报对加快施工进度,预判施工过程中风险源,防突水,防坍塌,确保施工过程安全意义重大。     

青岛地铁8号线海底隧道过断层破碎带施工关键技术研究

青岛地铁8号线大洋站——青岛北站过海隧道区间穿越多条断层破碎带,其中F5断层影响范围达500 m,岩体破碎且上覆无限海水,施工安全风险高,施工工期紧.通过超前导洞、超前钻探、TSP、地质雷达等综合超前预报手段,准确探明断层破碎带地质情况,针对性采取超前帷幕注浆堵水加固改善围岩,并对传统的微台阶法进行改进创新,解决微台阶...     

超前地质预报技术在断层破碎带中的综合应用

根据红土山隧道地质特征,采用TGP206地质超前预报系统、地质雷达预报及钻探相结合的方法,对岩层破碎带进行地质超前预报;并对比分析了红土山隧道断层破碎带的预报成果与实际开挖围岩地质状况,验证了超前地质预报结果的准确性,说明超前地质预报在隧道施工中应用的必要性和多种预报手段结合的重要性。     

基于掌子面编录和地质雷达的综合超前预报技术

 结合一深埋长大隧道工程,提出并实践基于掌子面编录和地质雷达的综合超前预报技术。在区域工程地质资料分析的基础上,重点依托隧道内掌子面地质素描进行预报方案优化和选择预报时机;依据局部揭露的不良地质体产状、单壁始见位置,通过三角函数运算,求得该条带状不良地质体在隧道两壁上下和拱顶的边界位置及其影响长度;当接近特殊地质地段时,采用地质雷达进行更精确的短期预报,依据雷达反射波的振幅、相位及频率等变化探查断层和地下水的赋存情况。对于较大范围的不良地质体,采取连续跟踪预报的策略,通过多次预报成果的验证及反馈能够显著提高预报的可靠性。该综合超前预报方法在隧道穿越断层和涌水段施工中取得满意的效果。     

红外探测技术在海底隧道地质预报中的应用

准确而有效的地质超前预报工作,可为施工单位节约大量成本,加快施工进度,所以隧道施工中地质超前预报应用也越来越广泛。地质超前预报通常分为长期预报和短期预报,红外探测技术是短期地质超前预报方法中的一种,该技术多在煤矿井下用于探水和探火,最近几年来将其应用于隧道地质超前预报中进行突水预测,目前还处于尝试阶段。提出了传统探测方法存在探测点少、解译结果简单等问题,针对厦门海底隧道实际情况采用了增加探测点的方法,并以地质知识和现场地质调研为基础分析了探测前方含水断层的大致产状、位置、含水量,讨论了在现场探测中所碰到的一些问题及相应的解决办法,总结了一些现场经验和一些尚未解决的问题。研究旨在为今后红外探测技术在隧道地质超前预报中的应用提供了有意义的借鉴。     

隧道超前地质预报综合分析方法

 通过隧道介质物性差异特点分析和常见物探超前预报方法适宜性对比评价,提出“以地质分析为核心,综合物探与地质分析相结合,洞内外结合,长短预测结合以及物性参数互补”的综合预报原则,并建立较为完善的隧道超前地质综合预报方法体系和组织机构。针对隧道中断层、破碎岩体、富水情况、有无溶洞、软弱岩体5种常见不良地质情况,提出合理的预报工作流程,并提取相关地质参数和物探成果参数,建立综合分级评价体系。最后,采用模糊神经网络方法,实现隧道常见不良地质情况的综合预报,铜锣山岩溶隧道应用情况表明,综合预报结果准确率达80%。     

岩溶隧道综合超前地质预报应用研究

岩溶隧道灾害预报是隧道快速安全施工的重要技术保障,以沪蓉西高速公路齐岳山隧道为工程背景,通过地质调查和分析,利用TSP地震波探测方法,地质雷达探测和超前水平钻探对YK326+790～YK329+810岩溶发育和岩性变化段进行了预报,基本探明了掌子面前方岩溶发育情况和岩性变化带,为及时制定处理预案提供了科学的依据.     

地质雷达超前预报在厦门海底隧道中的应用

首先对地质雷达的基本工作原理和方法进行了分析,然后介绍了需要注意的测线布置和数据采集需进行的参数设置等问题,指出其功能和适用条件,其次对地质雷达探测图像进行了研究、分析,以地质雷达在厦门海底隧道施工中的应用为例,说明地质雷达是短期超前地质预报的一种安全、有效的方法,具有良好的应用前景。     

高风险岩溶地区隧道施工地质灾害综合预报预警关键技术研究

在对综合超前地质预报方法研究基础上,优化综合超前地质预报的流程,并提出隧道地质灾害四色预警机制,制定相应的应急预案.研发了性能更强的具有自主知识产权的陆地声纳第三代仪器,开发了具有自主知识产权的雷达数据处理软件,全空间地质雷达处理解释系统1.0(FSGPRP1.0),优化了对水的判断准则.并利用综合地质预报方法及四色预警机制在多个工程中得到成功应用,避免了人员伤亡和重大经济损失,对类似工程具有指导意义.     

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。     

综合物探法在隧道地质预报中的应用

在讨论山岭隧道超前地质预报主要手段如地质分析法、水平钻孔法和物探法特点的基础上,结合工程案例探讨了长短结合、以短为主综合物探法地质预报技术在某山岭隧道中的应用,相关成果可为类似工程参考与借鉴。     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性

 隧道的衬砌混凝土一侧接触水或含水土，另一侧接触空气，是典型的干湿交替环境。青岛近年的月平均相对湿度为62%～86%，在正常通车和排风条件下，隧道中或洞口处的CO2浓度为大气中的5倍以上，混凝土易碳化从而导致钢筋锈蚀。海水及地下水中含 ，K+，Na+等，易导致混凝土硫酸盐腐蚀和碱骨料反应破坏。因此，在该隧道衬砌混凝土的耐久性设计中需考虑碱骨料反应、Cl－侵蚀、硫酸盐腐蚀、碳化、冻融、软水腐蚀、高压渗水、积水、火灾等因素；在混凝土的原材料选择、质量控制、配合比及有关性能指标确定、构造措施、施工质量保障及验收标准等方面应严格把关；此外还应考虑表面防水处理、预埋耐久性监测系统等耐久性附加措施。耐久性试验研究表明：混凝土的碳化深度随强度增加而下降；增加胶凝材料中的水泥用量、降低水胶比则有利于提高混凝土抗碳化性能。混凝土Cl－扩散系数与抗压强度成指数函数关系，当隧道混凝土强度等级高于C50，其Cl－扩散系数可小于4×10－12 m2/s。     

雪峰山高速公路隧道F2断层带的综合超前地质预报

F2断层是雪峰山隧道通过区一条规模较大的断层带,在隧道施工中可能会对围岩稳定产生较大的影响,故在隧道施工期间对其开展超前预报。在雪峰山隧道施工过程中,运用多种方法对F2断层带进行综合超前地质预报。在超前地质预报中以地质分析为主线,运用TSP、洞壁应力测试、断层前兆预测法和断层错动机制解等多种方法开展综合预报。预报结果认为,ZK97＋193～ZK97＋220段已进入F2断层带的影响带,从ZK97＋220开始已进入F2的边缘带,并预报ZK97＋235桩号左右就进入F2的主干带。预报结果同实际开挖情况对比可知,预报效果较好。     

雪峰山高速公路隧道F2断层带的综合超前地质预报

 F2断层是雪峰山隧道通过区一条规模较大的断层带，在隧道施工中可能会对围岩稳定产生较大的影响，故在隧道施工期间对其开展超前预报。在雪峰山隧道施工过程中，运用多种方法对F2断层带进行综合超前地质预报。在超前地质预报中以地质分析为主线，运用TSP、洞壁应力测试、断层前兆预测法和断层错动机制解等多种方法开展综合预报。预报结果认为，ZK97+193～ZK97+220段已进入F2断层带的影响带，从ZK97+220开始已进入F2的边缘带，并预报ZK97+235桩号左右就进入F2的主干带。预报结果同实际开挖情况对比可知，预报效果较好。     

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。     

特殊地质区域海底隧道长期稳定性研究

根据F4风化槽强风化花岗岩的三轴流固耦合试验以及三轴流变试验成果,建立Mohr-Coulomb模型来描述风化槽岩石的弹塑性硬化及塑性流动行为,采用Nelder-Mead最优化方法得到力学模型各参数。应用三轴流变试验建立强风化花岗岩的非线性流变模型并拟合相关流变参数,在此基础上将流固耦合流变模型编制Creep子程序嵌入到ABAQUS软件。通过现场反演证明试验所得模型与参数可以很好地描述实际的情况。根据反演的围岩力学参数,模拟海底隧道F4风化槽段(ZK8+900m)隧道结构的长期稳定性,为海底隧道的设计和运营管理提供理论依据。