敞开式TBM穿越深埋中强蚀变岩区钢结构承载性能研究

深埋中强蚀变岩因蚀变程度均一性差,造成洞周围岩强度不均,局部承载力极低,蚀变岩岩性受地下水作用明显,富水蚀变岩区易产生塌方、拱架大变形等问题,对TBM的顺利通过造成巨大威胁。根据某深埋TBM长隧洞工程穿越中强蚀变岩区的工程实际,结合敞开式TBM出露盾尾后围岩变形及破坏特征,提出了能有效控制掉渣量的"钢板+钢拱架"联合钢结构支护结构系统,并采用有限元方法对钢结构支护系统的承载力进行了详细分析。工程采用钢结构系统后,拱架应力稳定,掉渣量明显减少,保证了敞开式TBM成功高效穿越中强蚀变岩区,为类似工程提供了借鉴。     

不同围岩条件对TBM掘进的影响研究

以山西省大水网中部引黄工程为例,选取碳酸盐岩类洞段与变质岩岩类洞段进行对比,从掘进速度、掘进参数、刀具消耗、掘进时间利用率四个方面进行分析,研究表明:在不同围岩条件下,随着岩石抗压强度、完整性、石英含量的提高,刀盘推力不断增加,刀具检查频次及消耗量显著提高,掘进贯入度明显下降,可钻性及掘进效率大幅降低。由此可见,ＴＢＭ适宜在较硬岩和较软岩中可以发挥较高的掘进效率,而在岩体完整的坚硬岩中须对刀具耐磨性、ＴＢＭ额定推力等参数进行专项研究,以提高ＴＢＭ工法在不同围岩条件下的适应性。     

城市地铁双护盾ＴＢＭ穿越碎裂石断层加固范围及施工关键技术研究

为解决城市地铁双护盾ＴＢＭ穿越断层破碎带时掌子面坍塌、卡机等施工难题,利用数值模拟软件模拟碎裂石断层加固与否及管片和围岩位移变化规律,确定隧道纵径向断层加固范围,研究了双护盾ＴＢＭ穿越碎裂石断层注浆加固技术。研究结果表明:双护盾ＴＢＭ施工中碎裂石断层影响范围主要为隧道纵向为１．１５Ｄ范围,径向为２．３Ｄ范围,因此建议双护盾ＴＢＭ穿越碎裂石断层时应在该影响范围内进行注浆加固;断层注浆加固时,利用超前钻机进行钻孔,调整优化注浆压力进行水泥－水玻璃双浆液注浆,同时提出ＴＢＭ掘进参数建议值,形成了双护盾ＴＢＭ穿越碎裂石断层施工技术;该施工技术效果显著,注浆加固后碎裂石混合物加固体强度提高了２．６２倍,抵抗变形的能力得到了加强,确保了双护盾ＴＢＭ顺利通过碎裂石断层,提前实现了雅区间隧道贯通。     

新型聚氨酯无机复合注浆材料工程性能分析

水利工程建设中常会遇到隧道围岩或边坡稳定性较差的问题,利用无机复合注浆材料进行岩土体的加固是保证工程安全性的重要手段。为研究聚氨酯无机复合注浆材料的工程性能,室内制备不同聚氨酯浓度的新型聚氨酯无机复合注浆材料,并对其开展浆液流动性、浆液凝结时间和单轴力学强度试验。研究发现：(1)聚氨酯材料的浓度越高,则新型聚氨酯无机复合注浆材料的流动性越低、扩散半径越小。(2)随着聚氨酯材料浓度的增大,新型聚氨酯无机复合注浆材料的凝结时间显著变短、快速凝结性能明显增强。(3)聚氨酯对注浆材料的力学性能有明显的不利影响,但掺聚氨酯后的注浆材料均显著低于不掺聚氨酯的注浆材料。研究成果可为我国水利工程建设提供一定的借鉴作用。     

蚀变岩体隧洞围岩变形响应模拟研究

蚀变岩体是影响隧洞围岩稳定和变形的重要因素,为分析蚀变岩体对围岩变形的影响,在有限元理论的基础上,选择最常见的城门洞形隧洞为研究对象,对围岩变形进行模拟,对比分析了正常微风化岩和3种蚀变岩隧洞洞室顶拱和侧壁的位移,结果表明:蚀变程度不同,无论是顶拱还是侧壁围岩的位移不同,蚀变越严重围岩位移越大;岩体一旦蚀变后,一定范围内顶拱和侧壁围岩位移变化具有相同的趋势,蚀变越严重,位移量越大;隧洞不同部位对蚀变影响的敏感程度不同,顶拱位移比洞室上下游侧壁的大,是变形观测和围岩支护的关键部位。     

双液注浆固结法处理隧洞塌方技术

通过对双液注浆固结法处理引硫济金工程冷龙岭引水隧洞２次塌方的描述，揭示了低强度、遇水软化、高流变性Ⅳ类，Ⅴ类围岩隧洞（洞段）施工方法，有助于在破碎的软岩中建造水工隧洞时，选择适宜的塌方处理方法。     

富水黄土隧洞加固方式对其力学响应的影响

依托某富水黄土隧洞,应用有限元分析软件对常水位作用不同工况下洞周围岩渗流场和位移场进行了模拟,对开挖过程中不同加固方式对洞周围岩的响应(渗流场、应力场和位移场)进行了研究。结果表明:洞周加固体的渗透性能对围岩的渗流路径、孔隙水压力和流速都有较大影响,对隧洞周围土体位移也有影响。在进行富水黄土隧洞注浆加固材料设计时,既要考虑材料的阻水效果,同时还要考虑加固体阻水后导致的土体孔隙水增加引起的土体抗剪强度的降低效应。     

水泥水玻璃注浆加固黄土隧道富水软弱段试验研究

针对黄土隧道富水软弱段围岩强度低、自稳能力差,极易发生地质灾害的现状,在室内测定了水泥-水玻璃浆液不同配比下的凝结时间以及注浆加固时影响土体无侧限抗压强度因素的基础上,通过现场模拟试验,对水泥-水玻璃浆液配比、注浆压力、浆液扩散半径等技术参数和注浆加固后复合土体的强度进行了研究。结果表明:水灰比取1∶1、水玻璃浓度取30~35°Be'及水泥水玻璃体积比取1∶1制备的浆液凝胶时间较为合理;当土体含水率为20%、密度1. 8 g/cm3、水玻璃浓度35°Be'及浆液掺入比为15%时,其无侧限抗压强度最大;现场模拟试验表明:注浆压力在0. 4~1. 0 MPa时,浆液的扩散半径为0. 4~0. 9 m,加固后土体的力学性能有了较大的改善,其极限荷载为300 k Pa,变形模量为21. 48 MPa。     

高地应力软岩隧道 ＴＢＭ适应性分析及应对方法研究

ＴＢＭ在高地应力条件下的工程软岩隧道地层中掘进存在较大的卡机风险，国内外采用定量化指标判定 ＴＢＭ适应性的方法缺乏；为提高 ＴＢＭ在高地应力软岩隧道适应性判定的准确性，更有针对性的制定卡机风险应对方案；通过引入护盾摩阻力等定量化指标，建立以护盾摩阻力与 ＴＢＭ极限推力间的关系为护盾受力判据，对 ＴＢＭ掘进适应性进行分级，以此判断 ＴＢＭ卡机风险大小，提前采取预处理措施来减轻卡机风险。结果表明:不同级别围岩变形对护盾产生的摩阻力大小对 ＴＢＭ正常掘进影响较大，通过定量计算护盾摩阻力，并与 ＴＢＭ推力进行对比，能够提高 ＴＢＭ适应性判定准确性；隧道工程软岩地段围岩地应力与岩石强度是影响 ＴＢＭ掘进的关键因素，围岩对护盾产生的摩阻力与地应力大小成正比，与岩石单轴抗压强度高低成反比。得到的结果为制定卡机风险应对方案提供了理论依据，可为类似工程施工提供参考。     

夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工 开挖支护方案优化调整研究

夹岩水利枢纽长石板隧洞4号与5号支洞之间洞段全风化围岩在富水状态下,施工期出现围岩变形松弛、初期支护拱壁收敛缓慢、施工扰动基岩泥化,导致出现支护钢拱架变形、喷混凝土开裂和渗水等问题。文章结合地质揭露成果,按已挖段、试验段和待挖段三个洞段,实施隧洞开挖及支护方案优化设计,并及时调整支护结构参数,成功解决了软岩、强岩溶等地质段围岩抗变形稳定问题。优化调整方案与工程实际匹配性好,支护衬砌结构经济合理。     

琅琊山抽水蓄能电站地下厂房蚀变岩段围岩稳定监测分析

重点分析了琅琊山抽水蓄能电站地下厂房埋设在蚀变岩段围岩、蚀变岩段岩锚吊车梁及蚀变岩机组基础的监测仪器数据在施工期的变化规律,并评价蚀变岩结构的稳定性,及时为设计、施工提供监测资料。     

小导管注浆技术在小断面隧洞涌水治理中的应用

山西省中部引黄工程22#施工支洞在富水段施工中突发涌水,采用小导管注浆技术建立良好的止浆体系,注浆止水效果较好,改善了围岩的完整性,确保了工程顺利进行。该文对此进行总结,供相似工程参考。     

HSC特种注浆材料在富水洞段止水灌浆中的应用

HSC特种注浆材料属超细水泥灌浆材料,其可注性好,凝结时间可根据施工要求调整,结石强度高,注浆时对岩层扰动小。辽东某大型输水工程在富水洞段开挖时因受地质条件差,河谷段水压较高等原因影响,在开挖时发生片帮、掉块和坍塌等情况,地下水较发育,局部有涌水现象,为保证混凝土二次袝砌的施工质量,采用HSC特种注浆材料对富水洞段进行止水灌浆,有效地控制了渗、涌水,对类似工程有借鉴价值。     

某水电站引水隧洞蚀变围岩施工技术研究

岩体的强度和结构是隧洞围岩稳定的基础.地下工程中的岩体相对复杂,其中蚀变围岩是一类很特殊的围岩,在隧洞等地下洞室开挖过程中,如何正确地对蚀变围岩进行辨识、分类,采取有针对性的施工方法,精准预判可能发生塌方的洞段,对洞室开挖施工具有重要的指导意义.以某水电站引水隧洞蚀变围岩施工为例,对其进行了分析和探讨.     

基于离散元模拟的黏土劈裂注浆扩散特性

为从细观角度研究劈裂注浆对富含黏土隧洞的加固效果,依托滇中引水工程伍庄村隧洞进口段,采用离散元软件PFC^2D,基于离散元流固耦合理论、平板窄缝流动模型与Fish语言的二次开发,实现了注浆过程中浆液和土体颗粒的相互作用,建立了颗粒流劈裂注浆数值模型。研究了注浆时步、注浆压力、颗粒粒径比及黏结强度对浆液扩散半径及土体孔隙率的影响。结果表明：注浆压力是影响土体加固效果的主控因素,随着注浆压力的增大,浆液扩散半径不断扩大,孔隙率持续增加,与注浆孔距离越远,对孔隙率影响越小,存在最优注浆压力。土体细观参数对注浆后宏观力学特性有较为明显的影响,随颗粒粒径比和黏结强度的增大,浆液扩散半径及孔隙率明显减小。将数值模拟结果与室内模型试验结果对比,发现二者趋势吻合较好,与实际相符,验证了所建立的注浆数值模型的正确性。     

青龙水电站引水隧洞蚀变花岗斑岩物理力学特性研究

青龙水电站引水隧洞后半段二迭系灰岩地层中有脉状产出的花岗斑岩,其新鲜岩石强度较高,属硬质岩,但由于岩体裂隙发育,沿结构面岩体蚀变强烈,局部深埋(垂直埋深300~400 m)节理密集段出现囊状风化现象,岩体强度降低,对隧洞围岩稳定带来较不利影响。本文通过对工程区区域地质环境、花岗斑岩的建造特征、岩体的构造改造研究,分析了花岗斑岩的蚀变机理;通过对花岗斑岩岩样试验等手段,研究了花岗斑岩岩体的物理力学特性。研究表明:岩体蚀变越强,其物理性质相对越低;蚀变后岩体强度显著降低;发生蚀变的花岗斑岩结构面的抗剪力学参数较低,与水电规范中岩屑夹泥型结构面参数取值相当。     

探孔取样分析盘道岭隧道洞侧墙灌浆效果

盘道岭隧洞自1992年建成以来，部分洞段由于地下水侵蚀极软围岩，围岩强度大幅度降低，致使混凝土内衬表面产生大量裂缝，1994年，对隧洞进行了加固处理，效果较好，但尚有部分洞段裂缝仍在发展，地下水渗漏量较大。1998年度到1999年初，对部分地下水渗漏洞段以墙塞地下水通道并加固围岩为目的进行了侧墙补充灌浆，从1999年底的探孔取样试验揭露的围岩现状及灌浆浆液分布情况看，水泥浆液充填了一次支与二次支护与二次支护之间的施工缝和内衬混凝土中的裂缝及内衬混凝土与围岩之间的空隙，使内衬形成了较宽密的混凝土壳体，基本上堵塞了参漏，且使内衬与围岩结合紧密，使结构趋于稳定     

水布垭枢纽放空洞溶洞群固结灌浆施工

放空洞属于高水头、高流速水工建筑物,水流条件复杂,放空洞围岩结构稳定对放空洞下闸蓄水后结构安全至关重要,水库蓄水后,放空洞全部淹没在水下,各种外来水挤压闸门后的有压洞段,为确保结构安全和围岩与衬砌混凝土联合受力,要求有压洞段进行固结灌浆,以增强围岩的整体性,提高围岩的承载能力.介绍了放空洞溶洞群部位进行固结灌浆的施工方法,尤其是漏水部位采用DH-814聚氨酯进行堵漏,效果显著.     

基于富高压水蚀变砂复杂地质洞段施工技术研究

长大隧洞穿越不良地质洞段，遇断层易发生涌水、涌砂、蚀变砂等复杂地质情况，应用超前地质预报、水砂分治、递进灌浆、置换松散体、分层开挖等施工技术是隧洞修建成功的关键。文中通过对桓清2号隧洞不良地质洞段涌水、涌砂及蚀变砂等问题的分析，提出富高压水蚀变砂洞段超前地质预测、水砂分治导水卸压、微扰动固砂、围岩破碎带多种材料梯阶递进式灌浆、回填混凝土置换破碎松散体阻水防塌、富高压水蚀变砂段分层开挖强支护等施工技术措施，为同类工程施工提供一定的参考。     

水岩作用下蚀变岩力学性质损伤规律

为了研究水位升降对蚀变带边坡岩石力学性质的影响,选取仓上露天金矿坑边坡蚀变岩样,进行了不同饱水-失水循环次数的单轴压缩试验。建立了函数关系描述蚀变岩力学性质在水岩作用下的变化规律,引入损伤率的概念分析了循环次数对蚀变岩力学性质的影响,并利用电镜扫描技术从微观角度分析了水岩作用对蚀变岩的损伤机理。结果表明水岩作用对蚀变岩的力学性质有明显的弱化现象,且水岩作用越强,弱化现象越明显;不同循环次数下,蚀变岩弹性模量随循环次数增加衰减迅速,峰值强度呈持续衰减状态;随蚀变、碎裂发展,水岩作用对岩石的力学性质损伤增加,循环15次后,弹性模量损伤率最大接近60%,峰值强度接近45%。