盾构隧道地质-气体信息感知与动态安全评价研究

作     者：熊逸凡 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李利平

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：盾构隧道 三维地震 信息感知 安全评价 临界安全距离 

摘      要：围绕盾构隧道建设安全问题,本文针对盾构隧道前方地层灾害源的信息感知与开挖掘进附近区域的动态施工安全评价和临界安全距离判识等难题,首先提出盾构隧道内三维地震波适用方法,进行现场试验探究与室外对比试验分析。通过改造盾构机体,发展现有信息感知技术,建立盾构隧道地质-气体信息感知装备与技术,分析地质条件与赋存气体匹配关系,实现前方地层灾害源感知信息联动。进而将感知信息指标进行量化并建立盾构隧道施工动态安全评价方法,开展盾构隧道风险灾害源临界安全距离的数值计算,结合技术基础与工程实际,确定工程现场应用原则与技术方案,保障盾构隧道安全施工。(1)运用三维地震反射原理进行地质信息感知,通过开展三维地震层析扫描盾构隧道现场试验,确定三维地震反射方法在盾构隧道进行地质信息感知的应用可行性,并设计三维地震波信号管片干扰识别试验,通过室外对比试验研究三维地震方法在盾构隧道进行感知应用时管片因素对于地质信息成像的干扰影响。(2)通过对盾构机体进行改造,研制地质信息感知装备震源触发系统,进而实现盾构机搭载地质信息感知装备,提出盾构隧道地质信息感知技术方法;研制盾构机搭载复合气体感知装备系统,并实现盾构隧道前方复合气体分离监测,形成盾构隧道复合气体信息感知技术方法;通过研究赋存气体与地质条件的匹配关系,分析目标气体种类与浓度所对应的地质条件,建立气体信息与地质信息的融合应用规则,实现盾构隧道前方地层地质-气体信息感知。(3)基于盾构隧道施工过程中所获得的感知信息,建立盾构隧道施工动态安全评价方法,既对盾构隧道前方感知区域做综合安全评价,也针对主要风险灾害源分别评价。时刻反映隧道施工前端的总体风险等级与各类灾害的诱发影响,为盾构隧道施工决策与后续作业提供依据。(4)基于前方地层地质信息与气体信息感知和盾构隧道施工动态安全评价,针对盾构掘进过程中可能诱发突水灾害的溶洞与断层破碎带等地质风险灾害源,运用数值模拟与线性回归分析等手段,研究影响盾构隧道掘进过程中诱发突水灾害的各类因素及其影响程度,并推导盾构隧道突水灾害源临界安全距离判识公式。