某公路隧道突泥段止浆系统封闭方案探讨

富水状全强风化花岗岩段隧道开挖施工过程中极易遇到较大突泥事故的发生,突泥后通常采用帷幕注浆方式对突泥体进行注浆加固。由于较大突泥时不可能一次性进行全断面止浆墙施工,上部止浆墙通常设在突泥堆积体上。止浆墙作为止浆系统封闭的关键因素,其密闭性能成为注浆是否成功的关键。     

正盘台隧道超前帷幕注浆合理范围

富水隧道开挖易引起突涌水、掌子面失稳和支护结构位移过大等问题,采用帷幕注浆可加固围岩并止水,进而保障隧道施工安全。为寻求合理超前帷幕注浆范围,本文依托京张铁路正盘台隧道实际,通过FLAC3D数值模拟手段建立了渗流场与应力场的耦合模型,研究深埋富水段隧道超前帷幕不同注浆范围对围岩稳定性和渗流规律的影响,从而指导工程实践。研究表明：全断面帷幕注浆和全周边注浆可较好满足正盘台隧道不同渗水段安全需求。     

复杂地质条件下隧道突水突泥致灾机理研究

在隧道施工过程中,因隐伏于岩体中的含水构造系统被揭露破坏,很可能导致开挖临空面与导水通道进行连通,从而发生突水突泥灾害。通过建立充填介质滑移失稳力学模型并利用有限差分模拟软件模拟岩溶管道在不同水压力影响下隧道发生突水突泥的可能性,研究了复杂地质条件下隧道突水突泥的致灾机理。结果可供隧道施工参考。     

二重管垂直注浆在基坑周边止水帷幕中的应用

在以全强风化花岗岩地层为主的富水软弱地层中开挖基坑,为了防止基坑开挖过程中全强风化花岗岩遇水软化、崩解、流淌造成基坑周边边坡失稳、坍塌,就必须对基坑周边进行止水处理,本文主要介绍了全强风化地层的特点,根据地层特点采取二重管后退式注浆工艺,在基坑工程周边采取注浆形截水帷幕,保证了基坑的安全顺利开挖。     

岩溶隧道突水突泥防突评判方法及其工程应用

为实现对岩溶隧道安全性的快速评价,采用统计与理论分析相结合的方法,针对岩溶隧道突水突泥灾害的灾害源和防突结构,选取水动力条件、不良地质、防突厚度及围岩特征这4个方面因素,建立一种适用于工程现场的突水突泥快速判识方法即岩溶隧道突水突泥防突评判方法(PSAM法),构建突水突泥防突评判影响因素指标体系,即以防突厚度、水压力特征、不良地质、岩体质量和完整性为主要影响因素,围岩节理状态、水源补给条件、水力连通性、岩石强度为次要影响因素,岩层走向与倾角、地应力、岩体透水性特征为修正因素,提出各影响因素的分类方法和等级划分体系,形成适用于工程现场快速查询与评判的影响因素分级与评分表,阐述防突评判实施流程。将该评判方法应用于宜万(湖北宜昌—重庆万县)铁路野三关隧道"602溶腔"大型突水突泥灾害工程。研究结果表明:该评判方法克服了现有突水突泥风险评价不能描述防突结构围岩特征及厚度影响作用的不足以及传统最小安全厚度计算方法针对孕险环境和围岩特征等重要影响因素考虑不全面的欠缺;工程应用结果验证了该评判方法的科学性和实用性。     

尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析

通过采用长期预报和短期预报相结合的方式,准确预报尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源的规模与空间位置,结合超前钻探建立综合超前预报体系。针对发生的3次突水突泥灾害,通过现场踏勘和水文地质分析,查明突水突泥伴生灾害源的来源,揭示尚家湾隧道突涌灾害源的赋存特征、致灾模式及其致灾机理,提出突涌灾害是由压力水、泥砂相结合的伴生灾害源和突涌通道2部分组成,伴生灾害源是内在源动力,突涌通道是灾害源的优势运移路径。同时,建立集内外结合(隧道内部揭露围岩与地表环境)、综合预报、"循环推进,交叉评价"、动态补探、综合治理相结合的伴生灾害源探测及防治技术,提出相应的治理原则、治理方案及后续施工的预防措施。     

海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用

目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义.     

隧道开挖诱发富水有压溶洞破裂突水过程数值模拟

在岩溶地区修建隧道，溶洞将引起隧道围岩的变形、开裂和失稳，常常诱发隧道突水突泥灾害。从力学角度对岩溶隧道突水突泥机理研究对隧道突水突泥灾害及时预报和有效治理具有重要意义。通过岩石破裂过程分析程序（RFPA），用数值模拟方法对隧道施工诱发隐伏有压溶洞破裂突水过程中的应力场、位移场和声发射等特征进行了系统研究，研究结果加深了对有压溶洞随着压力增加引起隧道突水过程机理的理解，为该类型溶洞的预报和治理提供了参考依据。     

高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究

针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致。通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域。     

深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。     

动水条件下大流量突水巷道骨料灌注技术

煤矿发生突水灾害后,利用独头过水巷道的有利条件,通过灌注骨料和注浆施工建造阻水墙成为最直接、最快速有效的治理方案。而在动水条件下通过灌注骨料在突水巷道内建立一定长度的“阻水段”是实现成功有效注浆的前提。本文介绍了动水条件下大流量突水巷道骨料灌注的主要工艺和方法。     

嘎隆拉隧道最小注浆堵水层厚度的动态优化研究

结合西藏嘎隆拉隧道施工中出现的严重突水、涌水灾害,应用ABAQUS中的动态仿真技术,依据流固耦合理论,对注浆堵水层厚度进行优化研究。计算结果表明,当厚度超过3m时,隧道断面排水量低于150m3/d,并基本趋于一致。计算结果应用于嘎隆拉隧道工程施工中,取得了良好的堵水效果。     

基于水-岩相互作用的富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-裂隙流耦合模型,明确不同地质构造特征下的隧道突涌灾害模式,分析破碎岩体裂隙扩展和地下水渗流的时空演化规律。研究结论有:(1) 引入粘合块体模型和裂隙流组合模型,建立了富水断层破碎带水岩相互作用力学模型,再现了富水破碎带隧道突涌灾害演化过程。(2) 不同富水破碎带构造形式引起的突涌灾变模式差异显著,且具有不同的触发条件和表现形式。断层破碎带倾角为45°时,破碎岩体沿掌子面下部溜塌涌入隧道,倾角为90°时,围岩向掌子面挤出,倾角为-45°时,表现为拱顶围岩垮塌。(3)富水破碎带突涌灾害程度随着水头增大而加剧,其中倾角为-45°时,突涌灾害程度受水头高度的影响最显著,倾角为90°时,水头高度影响相对较弱,但突涌灾害程度最严重。     

基于流-固-损伤全耦合模型的裂隙型岩溶突涌水数值模拟

岩溶地区隧道建设频遇突涌水灾害,裂隙型突涌水勘察与预测难度极大、致灾风险高。为揭示裂隙型岩溶突涌水机理与明确前兆信息,本文基于“流-固-损伤”耦合模型对裂隙型岩溶突涌水致灾机理与临界条件展开研究。通过公式推演与多场耦合数值分析得到以下结论：(1)建立了完整的“流-固-损伤”耦合裂隙型岩溶突涌水致灾机理数学模型,并论证其可行性与合理性;(2)分析了不同溶腔水压工况下,隧道拱顶围岩位移演化规律。结果表明,裂隙型岩溶突涌水与富水溶腔水压高度相关;(3)分析了临界突水条件下围岩特性,提出了“缓慢增长段-快速增长段-位移失控段”的三阶段裂隙型岩溶突涌水围岩位移演化规律。     

流固耦合作用下富水深埋隧道帷幕注浆力学模型

富水隧道的施工中往往采用帷幕注浆法对围岩进行堵水加固,需准确获取富水深埋隧道帷幕注浆法加固后隧道围岩的位移场与应力场大小;基于流固耦合理论,建立隧道注浆帷幕力学模型,推导了围岩位移与有效应力的解析式;以大瑞铁路某富水深埋隧道为工程背景,采用建立的力学模型计算了6种加固方案,并分析了围岩剪切模量和弹性系数对位移场与应力场变化的影响;通过与有限元数值模拟结果以及现场监测结果对比,验证所建立力学模型的准确性。研究结果表明：所建立的力学模型可较为准确地计算帷幕注浆法施工的隧道围岩位移与有效应力;较大的剪切模量和弹性系数可抑制围岩位移,但会增大围岩的径向和环向有效应力。     

穿越富水断层带隧洞渗流特性正交模拟分析

为了解决福建某引水隧洞开挖过程中产生的(突)涌水问题,采用FLAC3D软件建立隧洞穿越断层破碎带模型。设计了正交模拟试验对不同围岩岩性、隧道埋深及地下水位3个因素下隧洞穿越断层破碎带过程中的渗流作用进行对比。试验结果表明围岩级别对位移影响最大,隧洞埋深影响次之,地下水位影响最小。在此基础上对隧洞进行不同厚度注浆加固设计,解析解与模拟解均表明防渗和加固效果明显。现场施工采用3 m厚注浆圈,穿越断层带引水隧洞的竖向位移和涌水量均得到了有效控制。     

坝基最优帷幕灌浆区厚度研究

采用一维渗流理论分析了设置帷幕灌浆时闸坝地基面的水头分布,进而分析了帷幕灌浆各参数对地基面渗透压力的影响,从降低渗透压力的角度提出了最佳帷幕灌浆区厚度的理论,并采用二维渗流模型及有限元数值方法进行了验证     

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

针对山区高水位隧道建立了研究隧道排水量及衬砌外水压力的简化模型,经过理论推导得出隧道排水量以及衬砌、注浆加固圈外水压力的解析公式,并将其应用于圆梁山隧道涌水量预测及排水量与衬砌水压关系研究.研究结果表明,随着隧道排水量的增加,衬砌水压减小,只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用,所得结论对于山区高水位隧道设计具有一定指导作用.