海底隧道修建中的关键问题

结合厦门东通道海底隧道工程，对海底隧道最小岩石覆盖层厚度、水压力设计值的确定，衬砌结构断面优化与防排水方案，穿越海底不良地质段（断层、溶槽）的施工措施及服务隧道设置的必要性问题进行了分析。提出应从围岩稳定性和隧道涌水量的大小综合考虑最小岩石覆盖层厚度；采用限量排放的防排水方案对海底隧道较为适宜；施工中可采用注浆和冻结法穿越海底的不良地质段；设置服务隧道有利于隧道施工和运营管理。     

隧道断层破碎带超前帷幕注浆加固技术研究

山岭隧道穿越岩性复杂、节理发育的断层破碎带,为维护断层破碎带地段围岩的稳定性,降低隧道施工引起的坍塌失稳风险,常采用超前帷幕注浆对隧道断层破碎带进行加固。根据超前地质钻探探明了断层破碎带的规模,进行了注浆设计,采用数值模拟和现场实测验证了注浆加固效果。工程实践证明,超前帷幕注浆是一种维护围岩稳定、保证隧道施工安全的工程措施。     

隧道断层破碎带突水突泥安全防护技术案例分析

隧道施工过程中遭遇断层破碎带时由于断层处水系发育完整、围岩破碎、土体松散,极易发生突水突泥灾害。针对隧道断层破碎带突水突泥问题,综合评述了隧道突水突泥致灾机理及隧道突水突泥典型案例,并对案例中突水突泥灾害注浆处治技术及其工程应用进行了总结,评价了隧道断层破碎带突水突泥注浆材料及其注浆安全防护技术。结果表明：在隧道突水突泥致灾机理的相关理论中突变理论对隧道断层破碎带突水突泥灾害的解释较为合适,突变理论认为隧道断层破碎带突水突泥主要受地层岩性、地下水赋存状态及存量的影响,地层岩性中断层破碎带致灾构造是决定性因素。钻爆开挖过程中断层破碎带处开挖扰动容易引起围岩等级恶化,通常采用预注浆进行加固;预留不少于最小安全厚度的防突岩盘是防止突水突泥灾害的关键;预留适当厚度的止浆墙和淤积体的正确清除是防止隧道二次突水突泥的关键。水泥单液浆、快硬硫铝酸盐水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆仍然是目前常用的隧道断层破碎带突水突泥处治材料。研究结果为隧道断层破碎带突水突泥注浆安全防护提供了指导和理论依据。     

厦门海底隧道设计、施工、运营安全风险分析

厦门东通道海底隧道工程是我国计划建设的第一个钻爆法修建的海底隧道,1998年以来厦门市路桥建设投资总公司分别委托中交第二公路勘察设计研究院承担工程预可行性研究和工程可行性研究,此外还委托多家单位进行了相关专题研究,目前已经做了很多工作。下面将结合海底隧道的特点,重点谈以下几点:①顶板厚度的确定和工程对比;②水压力值的确定设计理念和施工理念;③衬砌结构断面优化和结构防排水方案;④海底穿越不良地质段断层和溶槽的措施;⑤浅滩不良地质段的穿越措施;⑥隧道运营通风方式的选择;⑦服务隧道设置的必要性和防灾性。1顶板厚度的确…     

厦门海底隧道右线穿越F1风化槽施工方案探讨

 厦门翔安海底隧道右线A2标需要穿越F1风化槽段，制定切实可行的穿越F1风化槽段施工方案显得尤其关键。针对该工程施工难度大、工期紧、施工风险大和质量标准高等特点，并结合厦门海底隧道的工程地质特点，制定了穿越F1风化槽段的总体施工技术建议方案，分别从超前地质预报、风化槽段的开挖及支护方案、帷幕注浆、施工排水系统、隧道衬砌施工、突发事件应急处理预案等方面阐述了钻爆法穿越F1风化槽的施工方案与施工注意事项，为工程合理方案的选取奠定基础。     

大纵坡隧道富水区及软弱围岩注浆技术探讨

文中以弥玉项目登楼山隧道2#斜井为背景,分析了穿越富水断层破碎带施工过程中遇到的各种不利情况及处理措施,总结了隧道穿越大纵坡富水区及软弱围岩注浆快速施工技术经验,以期为此类隧道施工提供参考。     

穿越断层破碎带隧道动力响应特性分析

 通过数值分析和振动台模型试验相结合的方法,研究穿越断层破碎带隧道在地震荷载作用下横向内力分布和纵向动力响应特性。结果表明：围岩条件是影响衬砌地震内力的重要因素,围岩越差,地震作用产生的内力越大,其抗震性能越差;在横断面方向,不同围岩条件下衬砌内力均在共轭45°方向最大,为隧道抗震最不利位置;在纵断面方向,隧道位于围岩与断层破碎带接触面时,衬砌地震内力急剧增大;当隧道断面沿纵向远离断层破碎带一定距离后,其内力趋于一个稳定值。研究结果可为穿越断层破碎带隧道结构抗震设防提供参考。     

隧道穿越断层破碎带震害机理研究

首先对汶川“5.12”等各次大地震中跨越断层破碎带隧道震害进行了资料调研,然后通过振动台模型试验及数值计算对跨断层破碎带隧道的动力响应进行了研究,研究内容主要包括围岩与隧道结构的加速度响应特性、地层变形及衬砌结构内力分布规律等。分析结果表明：震害调研结果、振动台模型试验和数值模拟结果有较好的吻合性,穿越断层破碎带隧道在地震中易于产生破坏;隧道断层带段围岩有较大的加速度响应特性,加速度响应在断层接触段不连续;地震过程中断层带段隧道结构对地层具有明显的追随性和依赖性;断层带隧道错动破坏主要由断层带隧道围岩与较好段围岩位移不同步性而造成的位移差值引起,且位移差值与断层带和隧道较好围岩类型有关;隧道断层破碎带段与较好围岩段衬砌结构横断面具有基本相同的内力分布规律,衬砌内力在共轭45°方向最大,但断层破碎带段衬砌具有最大的内力峰值,更易于在地震过程中产生破坏等。以上成果对于合理认识跨越断层破碎带隧道的地震响应特征具有重要意义,可为隧道实际工程设计和施工的抗震设防提供宝贵的基础资料。     

穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度研究

通过动力分析和振动台模型试验相结合的方法,研究穿越断层破碎带隧道在地震作用下沿纵向的动力响应特性,当隧道位于围岩与断层破碎带接触面附近时,衬砌地震内力和应力急剧增大;当隧道断面沿纵向远离断层破碎带一定距离后,衬砌地震内力和应力逐渐趋于一个稳定值。研究表明:断层与隧道轴线夹角为35°~90°时,穿越断层破碎带隧道合理抗震设防长度为隧道跨度的3.5倍,该研究成果可为隧道工程抗震设防提供参考。     

隧道断层带注浆加固围岩体爆破动力损伤特征

隧道穿越断层破碎带时为了避免突水、塌方等灾害发生,可以采用预注浆加固再爆破开挖的施工方案。明确注浆加固围岩的爆破动力损伤特性对隧道穿越断层破碎带安全施工具有重大意义。以赣深高铁龙南隧道穿越F8断层施工为例,采用双孔声波法测试得到隧道爆破后注浆加固围岩的声波波速随深度分布规律。基于应力判据和弹塑性本构模型,建立了岩体统计损伤模型,通过Fortran编译生成新的LS-DYNA求解器,采用完全重启动算法计算了10个循环爆破开挖作用下隧道注浆加固围岩的累积损伤演化和分布规律,与现场声波测试得到的围岩损伤分布基本吻合。数值分析结果表明,爆破后隧道注浆加固围岩的最大损伤深度位于仰拱底部,在需要锚杆锚固的拱顶、拱肩和拱腰等部位平均损伤深度均未超过2.5m;隧道上台阶和中台阶部位开挖面围岩上损伤程度最大,但损伤深度较浅,除拱脚外其他关键部位开挖面上围岩损伤程度较小但损伤深度较深。     

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。     

基于地层加固的海底隧道极限顶板厚度确定方法

海底隧道顶板厚度直接关系到海底隧道工程的经济性和安全性,如何在地层加固条件下确定顶板厚度是海底隧道穿越不良地质体施工的关键问题之一。针对该问题,文章首先对国内外典型海底隧道突水事故进行分析,进一步阐明“极限顶板厚度”的物理意义,结合合理注浆加固参数与顶板厚度相互制约的特点提出极限顶板厚度确定方法,其核心为合理注浆加固参数和塑性区范围的确定方法;进而建立考虑渗流作用和超前加固的海底隧道围岩力学分析模型,基于对塑性区发展模式的分析,对海底隧道围岩进行弹塑性解析,在此基础上对加固参数的敏感性进行分析,以围岩位移最小和渗水量最低为目标,基于分层排序法提出海底隧道超前加固参数多目标优化方法,从而可确定最优极限顶板厚度值。将该方法应用于青岛胶州湾海底隧道工程,验证其合理性和可行性,可为海底隧道的规划选线和安全施工提供理论依据。     

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。     

海底隧道复合注浆机制研究及工程应用

 由于海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界,单一的注浆方式和注浆材料不能达到理想的效果,因此提出复合注浆。复合注浆是采用多种注浆方式和注浆材料,根据具体地层条件,按照一定的时空顺序对被注载体进行注浆,其机制在于分步改善工程载荷作用的边界条件,解决围岩的渗透、强度和稳定性问题。基于风化花岗岩地层的特点,利用颗粒流软件对注浆过程进行仿真模拟,揭示复合注浆机制,并提出常见的复合注浆加固模式。结合厦门海底隧道右线F1风化槽复合注浆工程的成功实践,形成风化槽复合注浆堵水关键技术及评价指标,研究成果可为海底隧道安全穿越不良地质体提供参考和指导。     

某海底隧道岩石覆盖厚度及选线方案优化研究

通过对国内外海峡海底隧道的调研分析,归纳得到三种确定最小岩石覆盖厚度的方法-挪威经验公式法、日本最小涌水量预测法以及国内顶水采煤经验法.利用上述三种方法,对象山港某海底隧道的最小岩石覆盖层厚度进行工程类比.综合考虑三种方法的分析结果,结合隧道地质条件,获得最优的岩石覆盖厚度.结合隧道海底的地形及地质条件,选择一个剖面作为控制剖面,根据隧道的设计坡度分别得到隧道底板线的位置及各个剖面在设计坡度下的岩石覆盖厚度,并与工程类比厚度比较.分析比较结果,调整隧道底板线部分的坡度,使得隧道在满足安全的条件下,得到最短的隧道线路,决定该海底隧道的最优选线方案.     

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。     

海底隧道最小岩石覆盖厚度确定方法研究

目前国内正在修建或拟修建多条海底隧道,其最小岩石覆盖厚度是海底隧道纵断面线路设计的主要参数之一,将直接制约着海底隧道的安全和工程造价。为此,开展了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的确定方法和准则研究,并综合分析了各种不同方法确定的海底隧道最小岩石覆盖厚度对最终岩石覆盖厚度的权重影响。通过加权的方法得到了确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的方法和原则。最后结合工程实例,应用上述方法,得到了宁波象山港海底隧道最小岩石覆盖厚度。     

厦门翔安海底隧道风化槽围岩渗透破坏及岩体流变试验研究

厦门翔安海底隧道需穿越多处海底风化槽,该地段围岩为破碎、风化的花岗岩,渗透性强、水压高、自稳性差、施工风险大,其物理力学特性研究对设计和施工方案制定意义重大。本文对风化槽围岩的渗透破坏和流变试验进行研究。渗透稳定性评价结果表明,在全水头作用下,F1、F4风化槽强风化带岩体渗透稳定性较好,但隧道开挖将引起地层变形,围岩渗透稳定性改变,施工中需进行评估监测并采取必要措施。三轴试验结果表明,风化槽强风化花岗岩强度低、变形大、弹性模量低,在应力达到峰值后,有明显的塑性流动。三轴流变试验结果表明,风化槽强风化花岗岩变形具有明显的粘性时效特征,对围岩开挖后的掌子面稳定性和长期变形稳定性都不利,在设计和施工中应引起注意;采用非线性蠕变模型对其流变特性进行拟合,效果良好,由此建立相应的流变力学模型。研究成果为本工程风化槽围岩注浆加固和支护结构设计提供可靠依据。