深埋长大隧道涌(突)水条件及影响因素分析

深埋长大隧道涌水的发生必须满足一定的条件，涌水量的大小及其时间和空间的变化特征受地形地貌条件，地层岩性、地质结构特征及水文地质条件的综合影响，尤其各种破碎带（特别是断裂破碎带）更是隧道涌（突）水（泥）最常见的出现部位，其涌水具有突然性和水量大的特征，整治难度大。     

岩溶隧道断续裂隙掌子面突水过程三维离散元分析

为探究岩溶隧道在开挖过程中处于不同倾角断续裂隙下防突结构位移、渗流场和岩溶水压的变化规律,运用三维离散元软件进行数值模拟分析研究。构建岩溶隧道断续裂隙掌子面突水计算模型,模拟分析了隧道发生突水灾害时,防突岩体的多元物理信息变化过程。结果表明：隧道掌子面的最大位移点通常位于裂隙和隧道掌子面的交界处;当裂隙倾角从20°增至45°时,水压不断增大;倾角从45°增至70°时,各位置处的水压逐渐减小;随着岩溶裂隙倾角不断增大,岩溶水在裂隙中的最大流速先减小后增加。研究结果可为岩溶隧道突水防控提供指导作用。     

断层破碎带突水最小安全厚度的筒仓理论分析

隧道临近富水断层破碎带时易发生突水突泥灾害,防突岩盘最小安全厚度的确定是关键问题.为此,基于筒仓理论和极限平衡方法,分别建立隧道轴线与掌子面正交和平行时的断层破碎带突水力学模型并且推导防突岩盘所受地应力的计算公式.在此基础上,得出富水断层破碎带突水突泥的力学判据,并分析断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的影响.最后,将理论研究成果应用于永莲隧道和祁连山隧道工程中.理论分析表明:断层破碎带宽度小于200 m时,断层破碎带宽度对防突岩盘最小安全厚度的确定影响显著.经过计算,永莲隧道的防突岩盘最小安全厚度为7.34 m,实际工程中未预留足够安全厚度而发生突水事故;祁连山隧道F6、F7断层破碎带的防突岩盘最小安全厚度分别为10.22和11.59 m,实际工程中预留了12 m顺利通过断层带,表明理论计算值与工程实际比较符合,具有一定的可靠性.     

隧道超前小导管对掌子面稳定性影响分析

以河南省济(源)邵(原)高速公路王坑隧道为工程背景,利用ANSYS软件建立无超前小导管支护和有超前小导管超前支护两种工况下隧道三维有限元计算模型,通过隧道开挖模拟计算分析超前小导管对掌子面稳定性影响.计算结果表明:相对于无超前小导管工况,在有超前小导管工况下掌子面竖向的荷载和竖向应力以及掌子面水平方向位移都有一定程度的减少;改变超前小导管的环向分布范围和管径能够影响超前小导管的支护效果从而改善掌子面的受力情况.以上结果分析表明:超前小导管的存在增强了隧道掌子面的稳定性,使隧道的开挖过程更加安全.     

富水构造区圆形隧道抗突体最小安全厚度解析解

隧道掘进前方存在富水溶腔时,掌子面与富水岩溶溶腔之间的抗突水岩体（抗突体）厚度会随着隧道掘进逐渐减小,一旦达到极限厚度会引发突水灾害。准确预测抗突体最小安全厚度,可有效避免岩溶富水区隧道突水灾害发生。针对隧道掘进前方岩溶溶腔水压作用可能导致抗突体发生剪切破坏和弯曲破坏两种模式,建立了相应的抗突体力学模型并据此采用抗剪强度准则、抗弯强度准则、弹性薄板理论计算出抗突体最小安全厚度。本文方法计算结果与基于固支梁弯曲理论、岩柱剪切理论、突变理论得到的结果较为吻合。参数敏感性分析结果表明：（1）隧道埋深较深时抗突体易发生弯曲破坏,而隧道埋深较浅时抗突体易发生剪切破坏;（2）抗突体最小安全厚度与隧道开挖半径、岩溶水压、泊松比呈正相关,且影响程度从大到小顺序依次为隧道开挖半径、岩溶水压、围岩泊松比;（3）模型边界条件会影响抗突体最小安全厚度,当隧道开挖半径R < 6 m、岩溶水压Pw < 0.35 MPa时最小安全厚度可按边界简支情况计算,当隧道开挖半径R ≥ 6 m、岩溶水压Pw ≥ 0.35 MPa时最小安全厚度需按边界固定情况计算。最后结合一座发生突水的岩溶隧道案例,将对应参数代入弯曲I型表达式计算出最小安全厚度与工程中预留的厚度总体一致,表明本文最小安全厚度解析解是合理的。     

不同掌子面间距下浅埋偏压小净距隧道稳定性研究

浅埋偏压小净距隧道结构特殊,两主洞同时施工时掌子面间距的合理选择对隧道稳定性尤为重要.以延崇高速公路头炮隧道为背景,通过ANSYS及FLAC3D软件建立隧道模型并进行数值模拟,采用了双侧壁导坑法先开挖深埋侧隧道的基础上,将规范中建议的小净距隧道施工时掌子面间距为1～2倍洞径的范围细化为4种不同工况,从隧道上部边坡位移、...     

岩溶隧道涌突水灾害预警与防治技术

通过对岩溶隧道涌突水灾害发生现状和综合影响因素分析,提出隧道涌突水灾害的形成和发生必须具备4个基本条件:一是特殊的地质构造基础;二是足够的填充物质条件,三是丰富的地下水源影响,四是人为的开挖扰动激活.在此基础上对水压、水质、围岩位移、钢拱架应力等监控对象给出预警标准,提出了岩溶隧道涌突水灾害三级监控预警,开发了隧道涌突水灾害预警系统.通过武广铁路浏阳河隧道过河段及宜万铁路大支坪隧道现场试验表明,该系统能较好地适应隧道复杂环境,稳定性好,其推广应用对长大隧道安全施工具有一定的指导意义.最后建议岩溶隧道涌突水灾害整治的原则:防、截、堵、排综合治理,以堵为主,堵排结合,混水要堵,清水可排.     

海底隧道突水分析及其在翔安隧道中的应用

基于岩体极限平衡理论,分别对海底隧道正常地质段和断层处的突水机理进行了力学分析,给出了隧道突水的临界水压力公式.以翔安隧道2个风化深槽及2个断面为例进行了突水风险计算预测.分析表明:正常地质段,隧道突水临界水压力随着隧道半径的增大而减小,随着围岩的单轴抗压强度的增大而增大,随着隧道埋深的增大而增大;断层处,当破碎带倾角大于或等于围岩内摩擦角时,存在突水的可能,且破碎带倾角愈大、内摩擦角愈小,突水的可能性就愈大.     

走滑断层黏滑错动下隧道破坏的模型试验研究

为了探究断层错动对隧道及围岩的损伤机理及破坏特性,以滇中引水工程香炉山隧洞为依托,通过开展隧道穿越断层破碎带的黏滑错动模型试验,并采用ABAQUS进行数值建模,对试验结果进行验证分析.研究结果表明:断层错动过程中,衬砌主要发生受拉破坏,局部位置衬砌受压破坏;衬砌发生变形及破坏的区域,主要集中在破碎带范围内,以错动面处衬砌变形、破坏最为突出,衬砌的变形随距错动面距离的增大而减少,衬砌横断面内拱顶、右腰位置破坏最为严重;断层错动起始时刻,破碎带中间部位拱顶处衬砌拉损伤已经达到较高量级,衬砌局部开裂破坏,随着断层错动量的增加,损伤不断累积,当错动量达25 mm(相当于实际错动量1 m)时,衬砌整体损伤已累积到较高量级,此时衬砌的破坏接近试验的最终状况.岩体的破裂区域主要集中在距错动面两侧30 cm范围内,围岩变形随着距错动面距离的增加而逐渐减小.     

基于隔水关键层突水系数法的海底隧道施工突水危险性分析

突水是海底隧道施工阶段最大的安全风险,而且突水事故多发生在不良地质段.为了更好地控制海底隧道不良地质体施工突水风险,本文对海底隧道的突水模式及其影响因素进行了分析,指出海底隧道突水事故多与隧道开挖引起的围岩变形破坏有关,而未破坏岩层的研究对于突水的控制至关重要.因而,重点对海底隧道不良地质体顶板突水机理进行分析,引入隔水关键层的概念及判别条件,将隔水层关键层突水系数作为海底隧道顶板突水判断标准,以厦门海底隧道左线F1风化槽为例,对隔水关键层突水系数的影响因素进行分析,并将突水系数法应用于F4风化槽突水预测,证实了突水系数法的可行性和适用性.     

基于层状岩体渗流失稳条件的煤矿突水机理

利用分离变量法进行了层状岩体Forcheimer型非Darcy渗流系统的稳定性分析，从非线性动力学系统结构失稳的视角揭示了煤矿突水的机理．研究表明：矿井突水是由岩层的厚度、渗透特性、渗流液体的力学性质及边界压力共同决定的；当渗流系统的控制参量与边界压力满足一定的条件时，此系统失去稳定性，并引发突水灾害；当某岩层的渗透率比其他岩层低一个量级，而非Darcy流β因子比其他岩层高两个量级时，该岩层为渗流系统的关键层，其渗透特性对系统的稳定性起支配作用．     

泥水盾构隧道开挖面稳定性研究探讨

通过对盾构开挖面稳定性几种主要研究方法的探讨,主要包括整体稳定理论、模型试验、数值模拟研究等方法的综合分析,总结概括了盾构隧道开挖面稳定性的各种计算方法及其相应的优缺点,为将来的开挖面稳定性研究工作提供了指导和依据。通过综合各种开挖面稳定性分析方法,提出将各种方法结合使用,如采用离散单元法与解析解相结合的方法,将使开挖面稳定性分析方法更为科学合理。     

富水粉砂地层盾构隧道穿越河流沉降控制

如何有效控制由于盾构法施工引起地层损失导致的沉降是目前研究的关键问题.以常州地铁二号线一期工程穿越河流的实际情况为例,结合ABAQUS对盾构下穿河流施工沉降进行数值模拟分析,研究盾构法在富水粉砂地层中穿越河流减小沉降的方法,结果表明,控制切口水压在1.10～1.15 kPa内,采用壁后注浆工艺,二次补压浆时每环推进4....     

基于贝叶斯网络的岩溶隧道涌水风险评估

在岩溶富水隧道施工过程中,隧道施工涌水灾害的原因十分复杂,而岩溶涌水风险的评估方法都有一定的局限性和地域性。为了较为准确地预测岩溶隧道的涌水灾害,以云桂铁路对门山隧道为工程背景,基于贝叶斯网络的不确定性的推理,构建岩溶隧道涌水风险的贝叶斯网络模型,并运用Netica软件的案例学习功能对统计数据进行分析,并与地质雷达及红外探水相结合。结果表明,理论评估结果与现场实际相符合。因此运用贝叶斯网络的岩溶隧道涌水风险评估,不仅能对岩溶隧道涌水风险进行科学的风险评估及预警,而且对制定岩溶隧道涌水防治对策和处治措施具有重要的理论意义和工程借鉴价值。     

巷道底板承压水突水评价方法研究

华北石炭二叠纪聚煤区是中国最重要的煤炭生产基地,区内众多煤矿皆受煤系底部奥陶系灰岩承压水威胁。针对当前煤矿巷道底板承压水突水评价方法存在的局限和不足,探索研究巷道底板承压水突水评价方法。现行评价方法岩梁法的理论计算前提主要包括：底板隔水层简化为两端固支梁;在岩梁弯矩最大处,底板隔水岩层承受的拉应力超过抗拉强度,岩层拉裂破坏;忽略孔隙水压力对岩石破坏的影响,计算隔水层厚度时抗拉强度取底板隔水层的平均值。事故数据及研究分析表明岩梁法计算假设存在不合理之处,与实际工况有较大偏差。基于对常见矩形巷道围岩应力分布特征的分析,结合巷道实际工况,摒弃底板隔水岩层弯拉破坏模式,提出隔水岩层剪切破坏模式,建立巷道底板承压水突水破坏岩柱模型;基于所建立的岩柱模型,利用极限平衡理论,综合考虑孔隙水压力对岩石破坏的影响,推导底板隔水层承受最大水压的计算评价方法。结果表明：最大水压与隔水层厚度、隔水层平均容重、抗剪强度参数、孔隙水压力系数和巷道宽度直接相关,最大水压与隔水层厚度呈指数函数关系。文中所提评价方法的计算结果与实测吻合,证明该方法合理有效。所提方法也能为地下工程其他专业领域类似的承压水突水问题研究提供借鉴。     

土体应变软化对盾构掘进面稳定性的影响

随着盾构隧道的大量兴建,掘进面稳定性的合理分析显得十分重要。采用有限差分法程序对应变软化砂土的剪切带进行模拟,分别与实验结果和解析结果比较,验证了数值方法的正确性。建立盾构隧道的三维数值模型,分析不考虑渗流时土体应变软化对掘进面极限支护压力的影响,对比渗流条件下考虑应变软化和不考虑应变软化时盾构掘进面极限支护压力的差别,以及相应的土体位移、塑性区范围和地表沉降的不同。结果表明,考虑应变软化时数值都明显增大,更容易导致掘进面失稳。同时探讨了剪胀角和内摩擦角的不同软化行为对掘进面稳定性的影响。最后,考虑了土体的应变软化行为,对天津地铁九号线施工中的支护力进行预测,预测的结果与工程监测值相吻合。     

隧道系统动态稳定性分析

基于信息扩散的原理分析了隧道系统的动态稳定性,给出了判断其动态稳定性的相关函数和指标.