高速公路岩溶隧道综合超前地质预报研究

岩溶地区隧道等地下工程施工过程中,对掌子面前方不良地质体的发育情况进行准确及时预报,是当前隧道设计施工中亟待研究与解决的关键问题.本文首先总结分析了各种常用的超前地质预报方法的优缺点,在岩溶隧道中继承、发展前人超前地质预报的思想;然后重点介绍和分析了成功的隧道超前地质预报工程实例.在坚持长短结合、地质与物探结合、合理搭配、贯穿全程的基本原则下,综合超前地质预报技术和方法能很好地预报掌子面前方岩溶的位置、规模、形态和填充情况,验证其适合复杂地质条件下岩溶隧道的超前地质预报工作.此工作对岩溶地区高速公路隧道超前地质预报工作提供一定的帮助和指导.     

柏岭寺隧道超前地质预报检测方法

柏岭寺隧道为黄土高原土石中低山地貌,位于柏岭寺水库下游约200 m处,可能出现含水地质,影响隧道施工安全。为保证施工进度与安全,在隧道开挖前对掌子面前方需进行超前地质预报,本文以柏岭寺隧道为工程背景,介绍地质雷达的工作原理以及在超前地质预报中的应用,更准确的提供地质信息和科学依据,从而更好的指导施工。     

隧道地质超前预报综合方法及应用研究

隧道地质超前预报是保证隧道安全施工的重要环节,以乌池坝隧道地质超前预报为例,介绍了应用地质超前预报综合方法进行预报工作,并对其进行总结,提出一套隧道地质超前预报综合体系。为探明隧道掌子面前方地质变化情况和及时制定处理预案提供了科学的依据,确保了乌池坝隧道施工安全和进度,对同类工程也有很好的指导意义和参考价值。     

TGS360Pro和TRT7000在某隧道施工超前地质预报中的应用对比

地质超前预报能够对地下洞室前方围岩的不良地质情况进行及时预测,以达到提前预防、及时发现、及时处理、降低工程风险之目的,反射地震预报技术能够有效地使用反射地震信号预报隧道掌子面前方的地质情况,得到了广泛的应用.介绍了TGS360Pro与TRT7000两种反射地震超前地质预报系统的工作原理、工作方法,对两种系统在测试和成果...     

探地雷达在隧道施工超前探测中的应用

简要介绍探地雷达应用于隧道施工超前探测中的工作原理,总结探地雷达应用于隧道施工超前探测中的工作流程。以福州绕城高速公路超前探测应用为例,在整个隧道掘进始末,采用加拿大Sonsor＆Software公司生产的EKKOIV低频探地雷达探测,同时结合开挖掌子面详细地质素描等工作综合判定,对开挖掌子面前方围岩进行探测。经开挖跟踪验证,证实探地雷达技术能有效避免隧道内空间狭小、干扰多等不利因素,能快速高效地预报开挖掌子面前方的断层破碎带,准确对掌子面前方围岩类别进行划分,为施工单位合理安排施工作业进度,减少工程隐患提供科学依据。为探地雷达在隧道超施工超前探测中的应用和推广积累一些经验。     

TGS360 pro超前预报地下水的地震波场正演模拟分析 ——以岩溶模型为例

为了避免隧道开挖过程中由对掌子面前方地下水赋存状态探测不准而发生涌水事故,通过隧道地质超前预报TGS360系统,利用地震波信号的瞬时幅度和瞬时频率与岩体结构面的关系,准确、高效地对掌子面前方的赋水体进行探测,同时基于TGS360pro隧道超前预报系统原理,采用谱元法对掌子面前方存在充水溶洞的地质模型进行数值正演模拟,在...     

隧道环境下频率域声波全波形反演优化方法对比

隧道地震超前探测方法是获取隧道前方复杂地质体结构的重要手段,对隧道工程的安全建设和灾害防治极为重要.针对目前隧道地震超前探测方法获取掌子面前方地质体结构和物性精度不足的问题,本研究将高分辨率的频率域声波全波形反演方法应用于隧道超前探测,并讨论了最速下降法(STD)、截断牛顿法(TRN)以及1-BFGS三种主要反演优化方...     

陆地声纳法在隧道不良地质超前预报中的应用

在隧道施工过程中经常遇到断层、溶洞、突水及突泥等无法预料的地质灾害,给施工带来重大灾难和无法估计的经济损失.为了保证隧道施工安全,对掌子面前面地质情况进行准确及时的超前预报具有重大的工程价值.陆地声纳法作为地震反射法的一个变种,是一种易掌握、仪器轻便的隧道掌子面前方地质预报方法.该方法与其它常归物探方法相比,可避开许多干扰波,可单道连续采集,并且有分辨率高,偏移距小,反射能量高等特点.在详细调查某引水隧道沿线工程地质情况的基础上,结合陆地声纳的探测结果,对掌子面前方的断层、溶洞和可能较大的涌水点的位置进行了预测.结果表明该方法对断层、破碎带、溶洞的探查精度较高,对水的探查可作为辅助手段.     

综合超前地质预报在岩溶隧道施工中的应用

在岩溶地区,富水、岩溶及断层破碎带等不良地质常是制约隧道正常施工的主要因素。超前地质预报是探查地下工程开挖掌子面前方不良地质情况、降低施工风险的一项重要技术措施,已成为岩溶地区隧道施工过程中不可或缺的重要工序。文章提出了运用“地质调查法+TSP+TEM+超前钻探”综合地质预报方法对岩溶地区隧道不良地质情况进行探查,建立了在地质调查法的基础上,使用TSP长距离辅助探测技术,以小线圈瞬变电磁法为核心手段,最后再通过超前地质钻孔来验证的综合预报流程。以某岩溶地区隧道为工程背景,采用了“地质调查法+TSP+TEM+超前钻探”综合超前预报方法,达到了提高预报准确性的效果。     

TSP隧道地震勘探在高速铁路隧道中的应用

介绍了TSP203隧道地震勘探的基本原理,分析了TSP系统探测的详细流程．以沪昆客专长昆段位于湖南芷江境内的姚家隧道为工程实例,利用TSP技术对其进行超前地质预报．在进行现场数据采集、数据处理、图像分析的基础上,对姚家隧道DK380＋350．DK380＋370里程段进行了地质情况预测．最后将隧道实际开挖后掌子面的地质揭露与TSP超前地质预报结果进行对比,验证了预报的准确性．     

瑞利面波—横波在隧道掌子面相互转换的有限元数值模拟——应用于隧道超前预报

通过二维有限元模型的数值模拟,验证了一个新的隧道预报机理:震源在隧道壁激发的面波在隧道掌子面上转换成横波继续向前传播,横波遇到界面产生反射,反射回来的面波在掌子面转换成面波沿隧道壁传播,这些波称为RSSR波。     

公路隧道围岩级别变化的瑞利波速度判据分析

公路隧道开挖过程中围岩级别的准确判定和预报是合理选择支护参数和确定施工方法的重要依据.如何根据瑞利波频散曲线上的速度变化特征,超前预报围岩级别,经过大量的探测试验与规范法围岩级别的详细判定结果的比对,基于地质由已知到未知的工作原则,比照当前围岩状况,将围岩级别的变化划分为3种情况:同级别围岩、由高级别到低级别、由低级别到高级别,以瑞利波速度随深度变化率为判定指标,给出了围岩级别变化的瑞利波速度判据,说明使用该判据时的注意事项,并通过预报成果验证了判据的准确性.为隧道施工围岩级别预报提出了一种高效原位测试方法.     

A structural health assessment method for shield tunnels based on torsional wave speed

Following recent rapid developments in tunnel engineering in China,the heavy structural maintenance work of the future is likely to pose a great challenge.Newly developed vibration-based health assessment and monitoring methods offer good prospects for large-scale structural monitoring,hidden surface detection and disease pre-judgment.However,because the dynamic properties of tunnels are sensitive to the coupling and damping effects of the surrounding soil,there is little relevant research on tunnel structures.Using the PiP(pipe in pipe)model,the intrinsic tunnel modes and their response characteristics are investigated in this paper,and the degree to which the identification of these characteristics is influenced by mode superposition and the soil coupling effect are also considered.The response features of these flexible wave modes are found to be barely recognizable in a tunnel-soil coupled system,while the phase velocity of the torsional wave can be determined by combining phase spectrum analysis and the HHT(Hilbert-Huang transformation)method.A new structural health assessment method based on the torsional wave speed is therefore proposed.In this method,the torsional wave speed is used to determine the tunnel structure’s global stiffness based on a newly developed dispersion algorithm.The calculated stiffness is then used to evaluate the tunnel’s structural service status.A field test was also carried out at a newly built tunnel to validate the proposed method;the tunnel structure’s Young’s modulus was obtained and was very close to the designed value.This indicates that this method is an effective way to assess tunnel service conditions,and also provides a theoretical basis for future applications to health assessment of shield tunnels.     

Theoretical analysis of a row of piles as passive barriers and an equivalent in-filled trench model

A theoretical study on the ground vibration isolation efficiency by a row of piles as passive barrier in a three-dimensional context was presented. The analysis was accomplished with the aid of integral equations governing Rayleigh wave scattering, used to predict the complicated Rayleigh wave field generated by a number of irregular scatters embedded in an elastic half-space. Then, the passive isolation effectiveness of a row of piles for screening Rayleigh wave was studied in detail. The effects of relevant parameters on the screening effectiveness were investigated and analyzed from the perspective of equivalence with in-filled trench. The results show that using a row of rigid piles as wave barrier is more effective than that of flexible ones, and an optimum reduction of vibration can be achieved either by increasing the size of piles or by decreasing the net spacing between the piles. Finally, based on the derived integral equation for Rayleigh wave scattering, the principle of equivalent modeling of the barrier of piles by an in-filled trench is put forward, which simplifies the analysis of vibration isolation by a row of piles.     

基于弹性介质模型的近地表波场模拟及分析

为研究近地表波场特征,特别是瑞雷面波的波场特征,即瑞雷面波的形成机理及传播规律,根据弹性波方程,采用交错网格有限差分算法对基于浅层各向同性弹性介质模型的近地表波场进行了模拟和分析。利用对均匀半空间模型的模拟,分析了瑞雷面波能量在水平和垂直传播方向上的衰减情况以及震源埋深对面波能量的影响;利用对不同均匀层状介质模型的模拟,分析了瑞雷面波的基本特性及近地表构造对波场的影响。     

铁路立体交叉隧道相互影响阈值

针对铁路双线立体交叉隧道结构,通过数值模拟和回归分析等方法对不同围岩级别条件下既有隧道受新建隧道施工的影响情况进行了研究.运用数值模拟方法建立了多种净距、多种围岩条件和上跨及下穿既有隧道的工序下的力学模型,通过对48种工况下既有隧道底板变形计算结果的回归分析,得出了既有隧道围岩与道床变形预测公式,根据现有高速铁路运营期间允许的道床变形标准,对既有隧道运营不受影响的最小净距给出了建议值.同时对既有隧道围岩压力受新建隧道施工影响的变化情况进行了分析,以围岩压力变化幅度为评价准则,对铁路双线立交隧道间相互影响的净距临界值给出了推荐值.研究发现,新建隧道上跨的修建形式与下穿相比,对既有隧道影响略小.     

新塘坊隧道施工中的监控量测及成果分析

隧道施工受周边地质环境及隧道内部应力结构的影响极大。为保证隧道施工的进度和质量,隧道施工的监控量测显得尤为重要。本文以成渝客运专线新塘坊隧道为例,介绍了该工程监控量测的具体方法。通过对断面的监测数据进行比较和回归分析,得到了该隧道围岩变形的基本规律,确定了典型断面二次衬砌的合理施工作业时间,并得出了回归模型能够准确预报一周内变形的结论。     

考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型

现行隧道自稳时间解析法中未考虑地下水的软化作用,导致过高估计亲水软化性岩石的围岩质量。以具有典型软化特性的石膏岩为研究对象,探索水的软化作用对隧道围岩自稳时间的影响。采用试验和理论相结合的方法研究围岩自稳时间。首先,进行不同浸水时间下的石膏岩软化试验,研究其软化规律;通过试验获得石膏岩吸水率、弹性模量和泊松比分别与浸水时间之间的定量关系;在弹性模量与浸水时间及泊松比与浸水时间的定量关系中,引入完整性系数和富水系数,建立岩体力学参数软化方程。然后,基于经典的圆形轴对称隧道弹性解,考虑掌子面对隧道轴向位移的影响,推导出隧道临空面处无支护状态下的位移公式;把岩体力学参数软化方程嵌入此位移公式中,获得考虑软化效应的临空面位移解。最后,在此位移解中引入活跃跨度和围岩的临界位移值,建立考虑软化效应的隧道围岩自稳时间解析模型。该模型考虑了围岩体工程特性、岩石力学特性及岩石软化特性,能输出自稳时间与活跃跨度之间的关系曲线。经自洽分析法检验,该模型中自稳时间随各参数的变化规律与实际情况相符,模型具有自洽性。模型被应用于评价礼让隧道石膏围岩的自稳时间,现场反馈结果表明该模型更适合于现场应用。     

层状介质瑞利面波的波形模拟研究

对地质模型进行瑞利面波正演计算可以模拟地震波在地下介质中的传播规律,以明确地质体瑞利面波记录特征。在瑞利面波资料解释过程中,对地质模型的正演计算可以对解释结果进行验证,并能提供地下地质体地震波岩石物理响应特性。本文首先根据地震波叠加原理,模拟计算3种常见速度结构地层条件下的瑞利面波波形记录;然后分析讨论了不同速度和厚度结构地层的高阶和基阶面波的能量分布和面波波形记录特征,研究结果证明由于地层速度和厚度结构的差异,各阶模态面波的能量分布不同,形成特征不同的波形记录。模拟面波波形能够帮助判断地层速度特征、指导野外施工参数设计等工作。在面波勘探工作中,具有重要的实用价值。     

隧道掌子面前后方围岩爆破振动及精准控制研究

依托某大跨高速公路隧道工程，通过监测隧道下台阶爆破过程中围岩振动响应，对比分析了掌子面前后方围岩的振速和频谱特征；采用数值模拟方法，研究了不同围岩级别的掌子面前后方围岩爆破振速衰减规律。结果表明：掌子面前方围岩振速V_Z>V_X>V_Y，掌子面后方围岩振速V_X>V_Y>V_Z；掌子面前方Z向振速显著大于后方，而后方X、Y向振速显著大于前方，前后方振动特征差异的主要原因是爆源与测点的空间距离、传播介质及边界条件的不同所引起。由于掌子面后方已开挖隧洞空气层的减振效应，导致爆破地震波在后方传播过程中发生绕射和折射，使得后方围岩的合成振速要显著小于前方且衰减更加迅速，后方围岩的振动主频要显著低于掌子面前方，且后方频谱带宽窄于前方。拟合得到不同围岩级别的掌子面前后方围岩振速预测公式，并提出考虑空气减振系数的围岩爆破振速预测公式。根据隧道掌子面与下穿的既有管线的前后位置关系，分别运用前后方围岩爆破振速预测公式计算出前后方安全药量，实现了隧道穿越管线前后全过程的精准爆破振动控制，同时又极大提高施工效率。