案例類比法應用於台灣隧道支撐工設計建議

就蒐集所得約120個隧道工程案例,建立案例資料庫.透過隧道支撐工之以往設計案例經驗,以案例類比法研擬適用於台灣硬岩～中硬岩類之隧道支撐建議.案例類比法係採用統計方法結合案例推理法以及類神經綱路法等人工智能手段,針對案例資料庫有關隧道支撐設計資料部份,進行案例類比分析,作為研擬具通用性之隧道支撐建議之參考依據.     

案例類比法應用於台灣隧道支撐工設計建議

就蒐集所得約120個隧道工程案例,建立案例資料庫.透過隧道支撐工之以往設計案例經驗,以案例類比法研擬適用於台灣硬岩～中硬岩類之隧道支撐建議.案例類比法係採用統計方法結合案例推理法以及類神經綱路法等人工智能手段,針對案例資料庫有關隧道支撐設計資料部份,進行案例類比分析,作爲研擬具通用性之隧道支撐建議之參考依據.     

新永春隧道高壓湧水段處理過程之探討

新永春隧道決定改移至東側路線施工後,後續施工通過高壓湧水區段,仍存在諸多不確定之地工及地質災害特性。針對其可能的影響程度需加以釐清,並對後續施工可能發生災害加以評估後,作為突破策略與施工處理方案之建議及參考。而突破策略以遠排近灌、先撐後挖、随挖随襯之理念,依據新永春隧道災變段高壓、巨量湧水特性,採迂迴坑進行大口徑排水洩水降壓、阻水灌漿、補強岩體灌漿、施作管幕工法以防止斷層段或破碎岩盤崩坍、加強鋼支保、縮短輪進距離、將隧道斷面由馬蹄形改為正圓形、後績長期監測系統之建立,處理方案包括設置排水導坑、排水隧道、大口徑排水等措施降低水壓,導引水流,並在隧道開挖前進至湧水層之前,採熱瀝清灌漿予以先期灌漿阻水,阻斷地下水滲入隧道,提供較佳的開挖支撐環境等。俟開挖進行則搭配如管幕工法、錐體灌漿、微形樁、化學灌漿地質改良等適宜之輔助工法,加強支撐與補強岩體,以利順利開挖穿越突破。     

多條隧道交會段施工監測回饋分析

多條隧道交會段之力學行為係複雜之三向度問题,以三維數值分析程式FLAC3D針對其7條隧洞交會之實際工程案例,模擬其實際挖撐過程,並與佈置於交會段各處斷面監測結果進行比對,以瞭解隧道目前開挖圍岩穩定性,同時進一步預測隧道後續施工行為。分析結果顯示:案例隧道交會段施工互制影響範圍有限,目前隧道大體處於穩定狀態;後續洞台降挖及另一主隧道開挖,在及時支撐情況下,圍岩變形量增加有限,隧道安全應無問题,惟仍應持續進行監測,確實掌握隧道行為。     

高速公路礫石隧道設計之探討

礫石隧道之設計施工與岩石隧道有著明顯的不同,如在岩體分類方面無法使用岩石隧道常用的南非CSIR-RMR及挪威Barton-Q值之定量評估方法.另其工址調查也常因粒徑及採樣不易,無法進行室内試驗而影響力學參數的評估.近年來雖有部分礫石隧道個案完成,然而礫石隧道所估比例仍屬稀少,因此礫石隧道之施工經驗仍較缺乏,對於高速公路等級而言更是首例.由於礫石隧道地質之特殊,致隧道設計之前應對台灣礫石地層之成因及類型等有基本認識,充分瞭解礫石層之地質特性與力學性質,才能進一步探討礫石隧道之相關課題.首先針對上述因素加以探討,然後以一礫石隧道設計實例來說明設計之實際考量及過程,最後進行隧道之支撐設計及數值模擬比較,俾供後續類似地層設計之參考.     

高速公路礫石隧道設計之探討

礫石隧道之設計施工與岩石隧道有著明顯的不同,如在岩體分類方面無法使用岩石隧道常用的南非CSIR-RMR及挪威Barton-Q值之定量評估方法.另其工址調查也常因粒徑及採樣不易,無法進行室内試驗而影響力學參數的評估.近年來雖有部分礫石隧道個案完成,然而礫石隧道所估比例仍屬稀少,因此礫石隧道之施工經驗仍較缺乏,對於高速公路等級而言更是首例.由於礫石隧道地質之特殊,致隧道設計之前應對台灣礫石地層之成因及類型等有基本認識,充分瞭解礫石層之地質特性與力學性質,才能進一步探討礫石隧道之相關課題.首先針對上述因素加以探討,然後以一礫石隧道設計實例來說明設計之實際考量及過程,最後進行隧道之支撐設計及數值模擬比較,俾供後續類似地層設計之參考.     

台灣水利隧道工程TBM開挖首次貫通案例

新武界隧道及栗栖溪引水工程之隧道總長約16.5km,興建完成後將為台灣最長之水利隧道。其中,中游段之引水隧道艮約7.8km,因推估地質均質尚佳且無明顯之剪裂帶或斷層带存在,並為考慮縮短工期、降低對環境之衝擊、減少勞工需求及提昇台灣隧道工程施工技術等因素,決定採用安全且一貫連續快速作業之隧道鑽掘機(TBM)開挖施工。施工期間,於2001年11月份創下659.3m／月之台灣最快鑽掘紀錄,其後雖曾遭遇局部岩盤破碎或異常擠壓等不良地質,以及遭受桃芝颱風之暴雨肆虐成災,然於採取適當應變措施及處理得宜下,TBM終於克服困難並持續順利鑽掘,且於2002年6月7日成功貫通,完成鑽掘工作,為台灣隧道工程首次以TBM貫通案例,且達到最佳平均月進度(315m/月)及最大鑽掘長度(6523m)之新里程碑。     

台灣地區岩體分類系統之建立

首先就現行岩體分類系統使用情形加以探討,包括岩盤隧道工程與固結不良地盤隧道工程之應用現況;進而依據地質材料特性,參考地質年代、對水的敏感性以及相關強度特性,將台灣全區之地層劃分爲A,B,C,D四種岩類,並據此建立各岩盤類别之岩體分级標準,作爲台灣制定隧道支撐系統之依據.     

潛盾隧道通過社區下方之建物保護

介紹在粘土層中進行曲線雙隧道穿越建物下方之中和線案例。為避免施工引致地表變形過大損及鄰產,原規劃於潛盾隧道周缘以高壓噴射灌漿工法施作一地盤改良環,以截斷沈陷槽向外傳播,達到抑減沈陷之目的。惟因隧道係在建物下方,灌漿工作僅能採斜灌方式施工,經以單管、雙重管及三重管工法進行現場試灌,試灌結果顯示取樣率最低,實際成環效果並不理想;正式施工時初採HDD水平式灌漿,惟在施作第2個孔灌漿樁時發生施工點上方民房地坪隆起,故中止改良工作;在審慎評估潛盾施工程序與施工控制技術後,決定採嚴謹之潛盾施工品質配合背填灌漿後之二次注入灌漿工法,加上密集之監測管控方式施工,確實可以克服軟弱地層條件並有效將隧道施工引致之沈陷降至最低,達到建物保護目的。     

員山子分洪隧道重點課題探討

員山子分洪隧道位於基隆河上游瑞芳鎮境内,主要功能為洪峰時將基隆河上游多餘洪水量排放入東海,以降低河道下游水位1.5m。針對該分洪隧道之斷面形狀、支撐與襯砌、施工中地質探查、高強度混凝土水化熱防治及混凝土磨耗對策提出探討。     

锦屏二级水电站深埋长隧洞群的建设和工程中的挑战性问题

锦屏二级水电站大型深埋隧洞群由4条引水隧洞、2条辅助洞及1条施工排水洞组成,隧洞群总长约118 km,具有埋深大、洞线长、洞径大、地应力水平高、工程地质条件极其复杂、施工布置困难等特点,是目前世界上己建、在建总体规模最大、综合难度最大的水工隧洞群工程。隧洞群建设中面临地下水预报与处理、岩爆防治等关键技术问题。通过对锦屏二级水电站深埋隧洞群建设中遇到岩爆及突涌水工程治理等工程应用实例进行研究总结,提出下一步工程中所面临的挑战及应对措施。锦屏二级水电站工程深埋长隧洞的建设所取得的经验,可为类似工程提供有益的借鉴。     

交叉隧道施工对已有隧道稳定性影响研究

 近接隧道施工过程中面临地质条件复杂、围岩扰动较大等诸多问题,合理施工方法的研究极其必要。以从莞高速新建走马岗公路隧道上方穿越东深供水隧洞工程为背景,首先,结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。同时,在交叉段施工过程中,对在建隧道的围岩压力、初期支护结构的受力情况以及既有供水隧洞的断面收敛等进行了实测,结果表明：在建隧道的围岩压力10 d内基本稳定,拱腰位置围岩压力较大,右侧拱腰最大为0.2 MPa,之后缓慢减小并趋于稳定。既有东深供水供水隧洞内安全监测数据表明：断面收敛及混凝土应变均相对较小,在安全范围之内。研究成果与方法可为类似工程提供参考。     

海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷

介绍国内外跨海隧道工程建设现况及其设计施工和研究特色，论述海床基岩工程地质、水文地质特征与综合地质勘察，对影响海底隧道最小覆盖层厚度——隧道最小埋置深度进行讨论，并就施工探水与治水、隧洞围岩防塌险情预报与预警——围岩稳定性评价，以及施工期对隧道衬护原设计参数的调整与修正等问题作分析与探讨。同时，对海底隧道衬砌结构选材，耐腐蚀高性能海工混凝土，以及公路与城市道路长、大海底隧道的防灾与救援等专门性问题阐述一点认识。最后，对超大型盾构机长距离掘进与深水急流海底沉管隧道的设计、施工等列出其中的若干技术关键问题。所论述的各个方面问题，可供国内当前在建和待建的几座海底隧道设计与施工技术人员参考。     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

深埋超特长输水隧洞TBM集群施工关键技术探析

北疆供水二期工程中的西二、喀—双、双—三隧洞总长516.19 km,设计采用18台TBM分段掘进,其中喀—双隧洞单洞长283.27 km,是目前世界在建最长的输水隧洞。深埋、超特长、TBM集群施工是该隧洞工程建设的显著特点,结合区域地质构造特征、工程地质条件和大量地质勘探成果,分析了存在的主要工程地质问题,提出了TBM结合钻爆法联合分段掘进的施工组织方案。并围绕深埋隧洞施工支洞及TBM进入通道型式的选择布局、超特长隧洞分段施工及TBM掘进方案优化设计、TBM集群施工及配套系统高效运行管理、地质灾害预测预报及风险防范控制、软岩变形控制及断裂破碎带安全掘进等工程建设中的重点、难点及关键技术问题,开展了分析讨论。可供TBM设计制造和长隧洞工程建设借鉴参考。     

Indian experiences with Q and RMR systems

The Q-systemir of Barton et. al. (1974, 1976) and the RMR-system of Bieniawski (1973) have been evaluated on the basis of measured tunnel support pressures from 26 tunnel sections, 2 to 14 m wide, covering both squeezing and non-squeezing ground conditions. The comparison shows that the Q-system is unsafe for large tunnels under squeezing ground conditiona. A new correlation has been developed considering tunnel depth, tunnel radius, tunnel closure, and Rock Mass Number—i.e., “stress free Q”—to obtain reliable estimates of tunnel support pressures. Changes suggested by Sheorey (1991) for satisfactory application of the Q system to coal-mine roadways on the basis of 44 case histories are presented. Unal's (1983) correlation for coal-mine roadways is shown as overly safe for large tunnels under non-squeezing ground conditions, and unsafe for all sizes of tunnels under squeezing ground conditions. Correlations between tunnel support pressure, tunnel depth, tunnel closure, and Bieniawski's RMR have been developed to provide reliable tunnel support pressures for all sizes of rock tunnels under varying ground conditions. The correlations between RMR and Q proposed by Bieniawski (1976) and by Rutledge and Preston (1978) are not reliable, because RMR and Q are not truly equivalent. Therefore, an acceptable correlation between rock mass number N and RMR_mod, i.e., RMR without joint orientation and intact rock strength, has been presented for a better interrelation.     

Physical model simulation of rock-support interaction for the tunnel in squeezing ground

The existence of squeezing ground conditions can lead to significant challenges in designing an adequate support system for tunnels.Numerous empirical,observational and analytical methods have been suggested over the years to design support systems in squeezing ground conditions,but all of them have some limitations.In this study,a novel experimental setup having physical model for simulating the tunnel boring machine(TBM)excavation and support installation process in squeezing clay-rich rocks is developed.The observations are made to understand better the interaction between the support and the squeezing ground.The physical model included a large true-triaxial cell,a miniature TBM,laboratoryprepared synthetic test specimen with properties similar to natural mudstone,and an instrumented cylindrical aluminum support system.Experiments were conducted at realistic in situ stress levels to study the time-dependent three-dimensional tunnel support convergence.The tunnel was excavated using the miniature TBM in the cubical rock specimen loaded in the true-triaxial cell,after which the support was installed.The confining stress was then increased in stages to values greater than the rock’s unconfined compressive strength.A model for the time-dependent longitudinal displacement profile(LDP)for the supported tunnel was proposed using the tunnel convergence measurements at different times and stress levels.The LDP formulation was then compared with the unsupported model to calculate the squeezing amount carried by the support.The increase in thrust in the support was backcalculated from an analytical solution with the assumption of linear elastic support.Based on the test results and case studies,a recommendation to optimize the support requirement for tunnels in squeezing ground is proposed.     

成兰铁路千枚岩隧道初期支护形式试验研究

在高地应力软岩地层中开挖隧道,易发生大变形,合理地选用初期支护的钢架形式,对软岩大变形的控制是非常重要的。本文依托成兰铁路-茂县隧道,通过现场试验和数值计算研究挤压性软岩大变形隧道的初支钢架选型,主要得出以下结论：（1）高地应力软岩隧道不宜选用强度较弱的钢架作为第一层支护,第一层支护应能保证支护封闭时的合理洞形|（2）挤压性大变形隧道宜采用多层、多次的支护方法,适当释放围岩应力,保证隧道的长期稳定|（3）大变形隧道多采用分部工法开挖,易导致支护结构受力不均,应提早支护封闭时机,改善结构受力。     

富水区深埋长隧洞工程中的主要水问题及对策

富水区深埋隧洞的地下水问题对隧洞修建的可行性及施工具有重大影响。简要地分析了高水位富水区隧洞建设中的主要水问题，结合锦屏二级水电站深埋长隧洞工程，对高水位富水区深埋隧洞工程中的主要水问题进行了较为系统的分析，以及关于水问题对隧洞建设的影响作出了初步评价。提出了锦屏工程深埋引水隧洞采用“以堵为主，堵排结合”的治水思路，通过对围岩高压固结灌浆、封堵地下水等措施，并利用灌浆圈围岩和隧洞衬砌支护的联合承载功能，确保围岩和衬砌支护结构的稳定、安全，使涌水量也得到有效控制。     

某水工隧洞围岩稳定及支护结构分析

隧洞的围岩稳定及支护结构安全是保证隧洞安全、实现隧洞功能的关键因素。由围岩加固圈承担主要的外水压力是优化支护结构设计、保证围岩稳定的一种有效方法。建立肯斯瓦特导流泄洪洞三维有限元模型,并进行非线性有限元分析。分析结果表明,设计的支护措施能明显减少围岩变形、改善应力分布,为类似工程设计提供参考。