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富水断层隧道高位排水工法及其作用效果研究

岩土力学 2012年第11期33卷 3359-3366页

作者：张志强何本国王志杰李化云刘赟君西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

大相岭隧道富水断层区段极易引起突水、突泥现象,具有很大施工风险,高位排水能够有效降低掌子面前方高水压力积聚程度。基于现场实测和动态流-固耦合数值力学方法,研究不同水位条件下高位排水工法与隧道稳定性之间关系,提出最优高位排... 详细信息

大相岭隧道富水断层区段极易引起突水、突泥现象,具有很大施工风险,高位排水能够有效降低掌子面前方高水压力积聚程度。基于现场实测和动态流-固耦合数值力学方法,研究不同水位条件下高位排水工法与隧道稳定性之间关系,提出最优高位排水管分布方案。研究得出:大相岭隧道F6断层水压最高达到1.98 MPa,排水后可实现安全施工,衬砌背后水压降低至10 m左右,因此,防涌突水主要集中在掌子面开挖期;拱顶排水管排水量最大,越靠近拱脚的位置排水能力越差,从拱顶到拱脚呈下降趋势,应使拱顶附近排水管密度大于拱脚附近;实际施工中为更快达到均匀降水效果,应先对拱顶部位打设排水管,后对拱脚部位打设排水管;研究了排水管根数、排水量及掌子面挤出变形相互关系,从经济性和疏水加固效果出发,提出了排水管合理布置方法及建议参数,对富水断层隧道掌子面防突与塌方及运营隧道结构设计具有重要参考价值。

关键词：断层富水山岭隧道高位排水掌子面稳定性

富水砂化白云岩地层隧道掌子面突水涌砂机制及处治对策研究

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富水砂化白云岩地层隧道掌子面突水涌砂机制及处治对策研究

作者：姜逸帆西南交通大学

学位级别：硕士

富水“砂化”白云岩地层作为一种由岩溶导致的不良地质体,在隧道的修建过程中极易诱发突水涌砂灾害,并且造成了大量的经济损失。目前对于富水“砂化”白云岩地层的突水涌砂机制还没完全探明,且没有合适的防突厚度计算方法,缺乏有效的突... 详细信息

富水“砂化”白云岩地层作为一种由岩溶导致的不良地质体,在隧道的修建过程中极易诱发突水涌砂灾害,并且造成了大量的经济损失。目前对于富水“砂化”白云岩地层的突水涌砂机制还没完全探明,且没有合适的防突厚度计算方法,缺乏有效的突水涌砂防治对策。为了服务于工程建设,本文依托成昆复线吉新隧道工程,采用现场调研、室内试验、相似模型试验以及数值模拟等手段,总结了富水“砂化”白云岩突水涌砂致灾体系的构成,揭示了白云岩“砂化”原因,探究了“砂化”白云岩与未“砂化”白云岩的物理力学差异,总结了富水“砂化”白云岩地层隧道的几种突涌机制,构建了富水“砂化”白云岩防突厚度计算公式,最终结合工程实践提出富水“砂化”白云岩地层隧道的突水涌砂防治对策。本文主要研究内容如下:(1)通过对现场突涌事故以及相关地质资料的调研,结合物探和地质观测手段,对富水“砂化”白云岩的致灾构造进行总结分析,明确了富水“砂化”白云岩地层蓄水结构与防突结构的特征。(2)通过XRD衍射试验、电镜试验、切片试验以及水质检测,总结出白云岩“砂化”成因为具碎裂岩化不等粒细晶—泥晶结构白云岩水岩作用后的溶蚀现象。借助物理力学试验,得到了“砂化”白云岩与未“砂化”破碎白云岩的物理力学特性差异巨大,未“砂化”破碎白云岩受节理裂隙影响为软岩,“砂化”白云岩丧失骨架结构,具有多孔可透水特点。(3)通过开发富水“砂化”白云岩突水涌砂模拟系统,对不同“砂化”占比下的隧道开挖过程中的应力场、涌水量、掌子面劣化情况进行监测,总结了隧道涌突的不同模式。其中未“砂化”白云岩为防突体裂缝发育破坏后诱发突水涌砂的渐进型突涌,随着“砂化”条带的出现突涌模式逐步转变为“砂化”位置的渗透破坏诱发的突涌。(4)通过对影响防突体厚度的五个主要因素(“砂化”面积占比、未“砂化”围岩破碎程度、隧道埋深、蓄水结构水压、蓄水结构尺寸)展开探究。得到对防突体厚度影响强弱程度排序为:“砂化”白云岩面积占比>未“砂化”围岩破碎程度>隧道埋深>蓄水结构水压>蓄水结构尺寸。并最终通过多元非线性拟合得到五因素影响下的防突厚度计算公式。(5)针对富水“砂化”白云岩地层致灾构造特点以及富水“砂化”白云岩突涌机制,提出预报超前、排水降压、精准注浆、敏捷管控的施工控制四原则。并针对四原则,构建了相应的施工对策。

关键词：铁路隧道砂化白云岩富水突涌机制防突厚度

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浅埋富水软岩隧道大变形机理与控制研究

防灾减灾工程学报 2022年第4期42卷 723-731页

作者：袁青陈世豪肖靖熊齐欢张子平于锦中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430040 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室湖北武汉430040 交通运输行业交通基础设施智能制造技术研发中心湖北武汉430040

针对洞口段富水浅埋软弱围岩隧道易发生挤压性大变形的特点,依托某隧道,通过监控量测、室内试验、数值模拟等手段分析隧道的变形特征、影响因素及其致灾机制与力学破坏模式。结果表明,隧洞开挖后变形具有流变特性,且持续时间长、变形量... 详细信息

针对洞口段富水浅埋软弱围岩隧道易发生挤压性大变形的特点,依托某隧道,通过监控量测、室内试验、数值模拟等手段分析隧道的变形特征、影响因素及其致灾机制与力学破坏模式。结果表明,隧洞开挖后变形具有流变特性,且持续时间长、变形量大;此外,上、中台阶开挖造成的拱顶沉降、围岩收敛分别占总变形的61.16%、63.34%,是大变形产生的主要阶段;洞内大变形是在多种影响因素的耦合作用下产生的,地下水是造成该软岩隧道大变形的主要控制因素,地下水的软化、渗流是大变形的主要变形机理,破坏力学模式主要有软岩塑流和累进性松脱扩展两种,软岩塑流造成侧墙鼓出、顶压以及钢拱架扭曲等现象,累进性松脱扩展造成垮塌、地表裂缝等现象。数值模拟验证了大变形力学机理的正确性并反演了大变形发展趋势。最终针对该隧道大变形产生的主要原因,提出并实践形成了“内外结合”的主动控制技术:洞外掌子面动态跟进超前降水,洞内“中管棚+小导管”超前支护、上台阶“核心土+扩大拱脚”、中台阶“临时仰拱+大锁脚”、下台阶“短进短衬,快速支护”,成功穿越300 m浅埋富水极软岩段,研究成果可为类似工程提供借鉴。

关键词：隧道工程大变形机理软岩富水浅埋主动控制

富水软弱地层小净距隧道衬砌结构受力特征分析

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福建交通科技 2022年第11期 93-97页

作者：刘晓飞广西路建工程集团有限公司南宁530001

以崇爱高速公路观音山隧道施工存在突水、突泥的潜在风险为工程背景,针对富水软弱围岩隧道易发生挤压性大变形的特点,通过室内试验、数值模拟等手段分析隧道衬砌的受力特征;通过Midas GTS NX三维有限元软件建立数值模型,分析开挖过程掌... 详细信息

以崇爱高速公路观音山隧道施工存在突水、突泥的潜在风险为工程背景,针对富水软弱围岩隧道易发生挤压性大变形的特点,通过室内试验、数值模拟等手段分析隧道衬砌的受力特征;通过Midas GTS NX三维有限元软件建立数值模型,分析开挖过程掌子面前方存在渗水压力条件下隧道衬砌受力情况。结果表明,观音山隧道发生涌水灾害的主要因素为围岩软弱、节理发育和季节性降雨;当隧道掌子面前方存在水压4 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa时,衬砌受到最大的压力位于拱脚处,且竖向压力大于横向压力,相比无水压条件,衬砌受力分别增加约12%、22%、36%、50%,当隧道开挖到第5部分之后,即开挖15 m后,隧道衬砌最大受力急剧增大。

关键词：小净距隧道软弱地层富水衬砌结构数值模拟

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新近系富水弱胶结砂岩隧道稳定性特征研究

新近系富水弱胶结砂岩隧道稳定性特征研究

作者：侯宗政石家庄铁道大学

学位级别：硕士

本文以香山隧道富水弱胶结砂岩为背景,针对弱胶结砂岩特殊的工程特性以及弱胶结砂岩地层施工遭遇各种难题如地层性质较弱易坍塌、多次发生涌水涌砂灾害等现象,对新近系富水弱胶结砂岩隧道稳定性进行研究。开展了现场取样和部分室内试验... 详细信息

本文以香山隧道富水弱胶结砂岩为背景,针对弱胶结砂岩特殊的工程特性以及弱胶结砂岩地层施工遭遇各种难题如地层性质较弱易坍塌、多次发生涌水涌砂灾害等现象,对新近系富水弱胶结砂岩隧道稳定性进行研究。开展了现场取样和部分室内试验,结合现场勘察试验成果,掌握了弱胶结砂岩的基本性质;基于流固耦合理论,运用有限差分软件FLAC3D对天然地层、注浆加固并止水、降水并注浆加固后等诸多状态进行隧道稳定性数值分析,并进行了现场监测试验,得出了以下结论和成果:(1)新近系弱胶结砂岩以粉细粒为主,含水率一般在10.0%～16.0%间,最大为23.1%,含泥量约为7.2～15.8%,天然含水率时单轴抗压强度为2～3.3 MPa。浸水30分钟后其胶结破坏,变成完全松散状。隧道开挖过程中掌子面及拱部局部常伴有坍塌、涌砂和基底软化等现象。(2)本文根据弱胶结砂岩胶结程度、含水率和地下水情况,划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级弱胶结砂岩,其中Ⅰ级大致对应一般Ⅴ级围岩,Ⅱ级大致对应一般Ⅴ级围岩,Ⅲ级大致对应一般Ⅵ级围岩。(3)在不采取辅助工法的天然地层情况下,Ⅲ级新近系弱胶结砂岩隧道稳定性分析可知,在40 m自然水位线下拱顶沉降及隧底隆起值分别高达32.17 cm和50.89 cm。因此,不采用其他辅助工法时,直接开挖施工基本不可行。(4)不同断面围岩注浆形式有着明显差异,全周边注浆、全帷幕注浆的效果要优于半周边注浆、半帷幕注浆,其中全帷幕注浆效果对隧道稳定性提升效果最明显。同时,注浆圈厚度为5 m时为最佳,建议现场施工采用5 m范围的全帷幕注浆。(5)在采用注浆圈厚度5 m全断面帷幕注浆情况下,水位线的下降依然可以对围岩稳定起到积极作用,降水工作仍然重要。(6)在现场地表降水、超前帷幕注浆加固地层后,现场监测试验与数值计算规律较为相似,现场试验数据表明围岩变形不超过施工预留变形量、衬砌压力较小、结构状态良好,隧道处于安全状态。

关键词：富水弱胶结砂岩隧道稳定性注浆降水监测

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富水软弱围岩高速公路隧道开挖方案优化研究

河南大学学报（自然科学版） 2022年第1期52卷 120-126页

作者：杨俊甫张智健郝婷梁斌中铁十五局集团第五工程有限公司天津300133 河南科技大学土木工程学院河南洛阳471023

研究了富水软弱围岩隧道开挖方案优化.以国家一带一路重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程为依托,通过有限元软件MIDAS GTS NX分别模拟二台阶预留核心土法、三台阶法及三台阶预留核心土法3种不同开挖方案,对隧道围岩稳... 详细信息

研究了富水软弱围岩隧道开挖方案优化.以国家一带一路重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程为依托,通过有限元软件MIDAS GTS NX分别模拟二台阶预留核心土法、三台阶法及三台阶预留核心土法3种不同开挖方案,对隧道围岩稳定性、围岩应力及围岩塑性区进行分析,并与现场监测数据进行对比验证.研究结果表明:在围岩稳定性方面,三台阶预留核心土法控制效果较三台阶法和二台阶预留核心土法好;在围岩最大塑性应变值方面,三台阶预留核心土法更优;三台阶预留核心土法围岩最大主应力为13.59 MPa,三台阶法和二台阶预留核心土法分别较之增大了1.4%和13.6%.综上所述,依托工程采用三台阶预留核心土法是经济、安全的优化开挖方案.

关键词：富水软弱围岩高速公路隧道开挖方案优化

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富水盾构接收施工控制技术及地表沉降分析

公路 2019年第4期64卷 312-317页

作者：韩林孙国凯路林海济南轨道交通集团有限公司济南市250101 济南轨道交通集团工程研究咨询有限公司济南市250101

济南地区地下水丰富,在富水地层进行盾构施工特别是盾构始发与接收过程中容易发生涌水涌砂事故。济南地铁R1线某既有车站盾构左线接收过程中发生渗漏,短时涌水量较大并夹带泥沙,该既有车站埋深大、周边环境风险等级高,施工单位针对险情... 详细信息

济南地区地下水丰富,在富水地层进行盾构施工特别是盾构始发与接收过程中容易发生涌水涌砂事故。济南地铁R1线某既有车站盾构左线接收过程中发生渗漏,短时涌水量较大并夹带泥沙,该既有车站埋深大、周边环境风险等级高,施工单位针对险情及时进行了有效的处置措施,并随后会同专家形成治理方案,即封闭洞门、导管注浆、增补止水帷幕与降水相结合的综合控制措施,成功控制盾构接收端头渗漏。

关键词：既有车站盾构接收富水渗漏水综合控制措施分析

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富水沉箱封底抗浮施工技术

富水沉箱封底抗浮施工技术

2022年全国工程建设行业施工技术交流会

作者：史计霞吴标张金杉石金升云南建投第十一建设有限公司

就如何解决圆砾透水砂砾层雨水调蓄池施工中沉箱底部涌水量大、抗浮等问题,经方案比选采用的"四周高压旋喷咬合桩截水+底部简易钢桶止水方案",并最终形成的富水沉箱封底抗浮施工技术进行叙述。应用该施工技术,确保了封底混凝土成型质量... 详细信息

就如何解决圆砾透水砂砾层雨水调蓄池施工中沉箱底部涌水量大、抗浮等问题,经方案比选采用的"四周高压旋喷咬合桩截水+底部简易钢桶止水方案",并最终形成的富水沉箱封底抗浮施工技术进行叙述。应用该施工技术,确保了封底混凝土成型质量,减少底部注浆止水混凝土水泥用量,达到绿色施工目的。

关键词：圆砾层地质富水雨水调蓄池沉井施工

来源： cnki会议评论

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富水厚砂层引孔旋喷施工技术研究

广州建筑 2023年第5期51卷 25-28页

作者：袁卫国陈志健陈海英广州市第一市政工程有限公司广州510060

本文以萝岗新城外环路(11#路-开创大道)道路及市政工程(第一标段)施工总承包项目高压旋喷桩在富水厚砂层中的施工难题作为研究对象,针对传统高压旋喷桩施工工艺在富水厚砂层中易出现塌孔埋钻、钻杆无法自然下钻、喷嘴堵塞、成桩质量较... 详细信息

本文以萝岗新城外环路(11#路-开创大道)道路及市政工程(第一标段)施工总承包项目高压旋喷桩在富水厚砂层中的施工难题作为研究对象,针对传统高压旋喷桩施工工艺在富水厚砂层中易出现塌孔埋钻、钻杆无法自然下钻、喷嘴堵塞、成桩质量较差等问题,提出了富水厚密实砂层高压旋喷桩引孔成桩施工技术。通过对自行设计调整配比的PVC花管进行现场引孔试验对比,经过工程实践检验,对传统引孔高压旋喷工艺进行优化改进,最后形成引孔旋喷施工新技术。该技术在富水厚砂层旋喷桩施工中取得良好成桩效果,具有广泛的推广意义。

关键词：富水厚砂层引孔旋喷高压旋喷