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软岩隧道施工力学效应研究论文

发布时间:2024-07-05 16:31:02

软岩隧道施工力学效应研究论文

关于土木工程专业毕业论文参考文献

导语:土木工程专业毕业论文参考文献有哪些呢?参考文献的著录格式是否规范反映作者论文写作经验和治学态度,所以,同学们在引用参考文献的时候,必须慎重。下面是我分享的土木工程专业毕业论文参考文献,欢迎阅读!

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软弱围岩大变形对隧道施工和运营的影响极为严重,常造成延误工期、增加投资等。如果采用TBM技术施工,则可能造成TBM掘进机报废。大量工程实践表明,隧道围岩大变形不仅受岩土体结构控制,而且与地层岩性关系密切。根据野外地质调查结果,滇藏铁路沿线不少地段发育有工程地质性质较差的软弱岩体,主要包括中新生代的泥质岩、不同时代变质的片岩、劈理化板岩以及热液蚀变作用形成的蚀变软岩等,它们在隧道开挖条件下,将产生隧道围岩大变形问题。

一、泥质岩与隧道围岩大变形

1.泥质岩的一般工程地质特征

泥质岩是各种泥岩、页岩、粘土岩及泥质粉砂岩的总称,从工程地质和岩石力学的角度,多数泥质岩属软弱易变的复杂岩石,或言之,大多数泥质岩属软岩(soft rock),很多工程事故的发生都与泥质岩的不良工程特性有关。值得一提的是,在工程实践中人们往往将泥质岩与膨胀岩联系在一起,实际上,膨胀岩是泥质岩中性质最坏的一类,并非所有的泥质岩都是膨胀岩。大量工程实践和研究表明,泥质岩的工程特性及其在工程影响下的性质变化取决于泥质岩的成岩胶结作用和工程活化作用。尽管我国不同地区不同时代的泥质岩成岩胶结类型和胶结程度极其复杂,但仍有一定的规律性(曲永新等,1991),即:①古生界泥质岩为强胶结和极强胶结的非膨胀泥质岩,但上二叠统上部(上石盒子组和石千峰组)分布有一定数量的弱-中等胶结的微膨胀和弱膨胀的泥质岩。②中生界和新生界泥质岩以弱胶结和中等胶结类型为主,我国主要区域性弱胶结的膨胀岩地层包括:上侏罗统—下白垩统泥质岩、古近系泥质岩、新近系泥质岩,它们是我国工程地质性质最差的区域性软弱岩石。③泥质岩成岩胶结作用不仅控制和影响岩石的膨胀势,而且控制和影响岩石的强度和风化耐久性,即随着胶结程度的升高,强度增大、耐久性增强。④受风化作用影响(包括古风化作用和现代风化作用)的泥质岩有胶结作用弱化、强度降低、物理化学活性增高的趋势。

滇藏铁路沿线的泥质软岩主要分布在滇西北的扬子地台区,三江造山带和喜马拉雅造山带地区的三叠系和古生界的泥质岩多发生了不同程度的变质作用而变成泥板岩、千枚岩和片岩等,其强度和崩解耐久性有所提高。滇西北地区的侏罗系和白垩系主要由砂岩与泥质岩互层组成,其中泥质岩(包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩)所占比例较大,主要表现为褐红色或紫红色及灰色或灰褐色,结构比较均一,呈块状或层状。

2.与泥质岩有关的工程地质问题

前已叙及,泥质岩往往易于风化,是风化耐久性较差的岩石,也是边坡易滑地层,工程场地以泥质岩作为边坡岩体时,会出现不同程度的滑坡灾害。根据以往工程实例分析,与泥质岩有关的隧道工程地质问题主要表现在以下方面:

(1)在深埋隧道开挖条件下,由于泥岩强度低,常常导致隧道围岩变形量大,从而影响隧道施工安全和支护方式的选择。

(2)弱胶结的泥质岩在盐井一带最大单层厚度可达3 m,在干湿交替变化条件下,将表现出明显的膨胀性,促使隧道围岩出现大变形,对隧道安全运营和支护有显著影响。

(3)当泥质岩以薄夹层形式出现时,往往容易形成层间剪切带,这种情况对边坡稳定和隧道围岩稳定都极为不利。

在滇西北大理-丽江段铁路建设过程中,已经出现了泥质岩不良工程性质引起的隧道大变形问题,并制约了铁路隧道施工安全。例如:2006年6月北衙隧道发生的塌方事故就与节理化泥质岩有很大的关系。

二、变质岩系中的软弱岩体和韧性剪切带与隧道围岩大变形

变质岩系列中富含片状矿物的片岩(绿泥石片岩、云母片岩、滑石片岩、云母石英片岩、角闪片岩等)、千枚岩、薄板岩等不仅岩性软弱,而且通常片理、板理发育,各向异性显著,在工程上通常属于软弱岩组。在浅埋隧道中,常因风化程度高,岩石性质变得极其软弱,隧道极难支护;在深埋隧道开挖条件下,可能出现围岩片帮、溃曲和底鼓等大变形现象,严重影响隧道施工安全和支护方式的选择。根据野外调查和区域地质资料综合分析,工程沿线该类软弱岩体主要分布于以下区段:①虎跳峡镇-小中甸;②奔子栏-德钦北;③通麦-鲁朗;④米林-加查等地段。还应当看到,滇藏铁路沿线穿越规模较大的断裂带不计其数,断层泥与碎裂岩的组合带可能引发较大规模的大变形,鉴于断裂带对工程的影响众人皆知,不再赘述。

在滇西北-三江地区,普遍发育一种特殊的构造型式——韧性剪切带,其与藏东南和喜马拉雅构造带的广大变质岩系均属造山带产物。在中温和中高压条件下,造山带强烈的构造变形作用形成的断裂大多表现为片理化、劈理化形式的韧性剪切带,很少为脆性断裂,因此很少看到典型的断层泥、碎裂岩等。由于三江地区韧性剪切带的分布范围和伸展方向与规划中的滇藏铁路线路总体延伸方向基本一致,铁路线不可避免地要穿过这些韧性剪切带,因而对滇藏铁路的规划和建设具有一定的影响。

1.滇西北-三江地区韧性剪切带的构造特征

滇西北地区韧性剪切带的发育主要受区域地质构造控制。受地质历史时期多次构造运动的影响,滇西北地区反映挤压剪切作用的韧性剪切带十分发育,其空间分布和产状多与区域活动断裂一致,局部成为断裂带的重要组成部分。按其集中分布区域和与之相关的区域断裂带,从云南丽江至西藏盐井,由南到北可划分为3个劈理化带密集分布区:中甸断裂韧性剪切带分布区、金沙江断裂韧性剪切带分布区和澜沧江断裂韧性剪切带分布区(图11-20)。3 个集中分布区空间展布方向由近SN向NW-SE偏转,呈右阶雁行排列。各分布区内韧性剪切带分布集中,规模大(上百米至几百米),空间排列交错断续。

(1)澜沧江断裂韧性剪切带

该韧性剪切带北起西藏自治区芒康县盐井镇,向南经佛山、古水,到云南省德钦县升平镇境内,长度大于130 km。区内韧性剪切带广泛分布,澜沧江断裂沿澜沧江河谷蜿蜒延伸,与韧性剪切带走向一致,时而切割韧性剪切带。剪切带主要以劈理形式出现,走向一般为330°~340°,高角度倾斜,倾角一般在80°以上。劈理穿过不同时代的地层,其中最新地层是古近系湖相浅黄色变质长石砂岩夹白色灰岩,说明韧性剪切带在新生代有活动。劈理切割不同岩性的岩石,以板岩中板劈理最整齐,常常与层理相一致;灰岩中劈理分布不均,往往夹有挤压透镜体,有的是大型挤压透镜体;砂岩和玄武岩中劈理发育程度介于板岩和灰岩之间(图11-21)。劈理带中有岩脉穿插,局部沿劈理面发育有擦痕、阶步和羽列,指示沿劈理面有多期位移。

图11-20 挤压劈理化带分布区

图11-21 澜沧江右岸鲁瓦村北的韧性剪切带剖面图

(2)金沙江断裂韧性剪切带

与金沙江断裂相关的韧性剪切带主要分布在断裂两侧及其断裂剪切带范围内,在调查区域内,金沙江韧性剪切带在德钦县奔子栏镇-贺龙桥段比较典型,该处劈理间距~20 cm,呈330°~350°方向展布,倾角较陡,一般在70°~80°左右,局部直立(图11-22)。沿韧性剪切带发育断层三角面地貌。在软硬相间的岩石中,软弱层强烈片理化,坚硬层破碎并受挤压形成透镜体,灰岩中透镜体常形成江边突出的礁岛。当沿劈理化方向有岩性软硬变化时,则发生揉皱弯曲。片理或劈理产状具有不稳定性,面与面之间有相互穿插,这种穿插导致岩石碎裂化。

(3)中甸断裂韧性剪切带

该韧性剪切带主要沿中甸断裂方向延伸,在断裂两侧一定范围内分布。韧性剪切带中劈理分布密集,局部地段韧性剪切带成为断裂带的主要组分。在上虎跳峡口,韧性剪切带产状与中甸断裂关系密切,走向310°~330°,倾角较陡,一般75°~85°,劈(片)理化岩体剖面上延伸宽度超过400 m,发育在灰黑色板岩、灰色劈(片)理化玄武岩和深灰色劈理化灰岩中,被EW向断裂切割,反扭错断(图11-23)。劈理化结构面间距一般1~20 cm,结构面平直细密,岩体中多见方解石、石英细脉穿插;局部片理化发育,厚约~5 cm,揉皱发育,较破碎,在重力作用下易变形,在400 m范围内,有多处崩塌落石和滑坡地质灾害点。

图11-22 德钦县奔子栏一带的韧性剪切带剖面图

图11-23 丽江玉龙县金沙江右岸上虎跳峡口韧性剪切带剖面图

2.韧性剪切带对隧道工程的影响分析

滇西北地区韧性剪切带分布广泛,常表现为劈理密集、岩体破碎,带中岩性复杂,工程地质性质多变,常常和其他方向的断裂、劈理带及节理岩脉相交切,在后期的构造运动和外动力作用中受到进一步的改造,有的揉皱作用强烈,使得带内劈理变得更加密集和复杂,岩体性质进一步恶化。除了对斜坡稳定性产生显著影响外,韧性剪切带对隧道稳定性的影响也比较显著。

图11-24 劈理化岩体弯折溃曲机理和简化力学模型

当韧性剪切带的劈理面或片理面倾角较陡,岩体(如板岩、千枚岩)强度软弱时,隧道围岩可以发生弯折、溃曲破坏;在隧道顶板和肩部,劈理面和其他次一级节理面组合,容易形成不稳定的块体,造成隧道顶板掉块甚至冒顶;若设计隧道走向与劈理面走向平行,作为隧道围岩中的一组优势岩体结构面,在边墙附近岩体沿劈理面容易产生片帮剥落或垮塌;在岩体片理化程度高,揉皱发育地段,岩体比较破碎,对隧道整体稳定性不利,当与其他结构面在空间上有不利组合时,可能会发生大范围的塌方。特别是当地应力水平较高、隧道埋深较大、劈(片)理化岩体储能性质较强时(片理化灰岩,片理化玄武岩等),在一侧围压卸除条件下,容易发生快速弯折溃曲现象,其发生机理为:隧道开挖造成岩体快速卸荷,在较强的地应力作用下,沿平行隧道壁的劈(片)理面进一步发育成张裂隙,将围岩分割成薄板状,薄岩板受力弯曲,储存应变能,同时向隧道临空方向位移,当位移超过某临界值,裂隙迅速扩展,使隧道围岩发生快速大变形,甚至发生岩爆(图11-24)。

三、粘土化蚀变软岩与隧道围岩大变形

滇藏铁路途经的三江和藏东南地区地质构造演化异常复杂,经历了多期强烈的构造岩浆作用并伴随发生岩浆热液成矿和热液蚀变作用,加之新近纪以来青藏高原强烈隆起为特色的差异性新构造活动及高山峡谷地貌,使得滇藏铁路建设面临着极为复杂的工程地质环境,遇到了多种多样的复杂工程地质问题。其中,铁路沿线广泛分布、类型多样的火成岩侵入体在热液蚀变作用下常形成粘土化(蒙脱石化、伊利石化、高岭石化)蚀变岩带,尤其是蒙脱石化蚀变岩既是强度极低的软岩,又是典型的膨胀岩,由其引起的隧道和边坡变形破坏问题比较突出(照片11-1)。研究表明,造山带、构造岩浆带、热液成矿带的区域发育规律决定了蚀变岩的区域分布和发育特征及工程特性,例如滇藏铁路滇西北段多为蒙脱石化,西藏段多为高岭石化和伊利石化。因此,很有必要根据铁路沿线构造-热液作用和成矿规律,对蚀变岩的类型、形成机理和发育规律进行分析,并研究蚀变岩的不良工程地质特性,从而指导滇藏铁路蚀变岩分布区的工程地质预测及工程问题防治。

滇藏铁路沿线的蚀变岩是喜马拉雅-三江成矿域的重要组成部分,跨越青藏东部、川滇西部的横断山区,面积50×104 km2。该带地处特提斯-喜马拉雅构造带的东部及向南急转弯部位,是中国最重要的岩浆热液成矿域之一。蚀变岩的分布规律主要表现在蚀变岩类型和发育程度具有明显的分区性。根据野外调查和测试分析,大致可以将滇藏铁路沿线划分为3个区,即:滇西北蒙脱石化基性超基性蚀变岩分布区、德钦-八宿蚀变岩分布区、藏南蚀变岩分布区。

1.滇西北蒙脱石化蚀变岩分布区

该分布区出露的多为蒙脱石化蚀变岩带,蚀变岩具有单体规模小、蚀变程度高、工程性质差的特点。蚀变岩的粘土矿物组成绝大多数都是单矿物的蒙脱石,导致该地区的蚀变岩既是强度极低的软岩,又是典型的膨胀岩。该分布区的蚀变岩,以母岩普遍发生蒙脱石化为主要特征。主要属于岩浆期后的热液蚀变岩,少量为火山岩的热液蚀变。根据滇西北蒙脱石化基性超基性蚀变岩分布特征,大致可划分出3个蚀变岩带(图11-25)。

(1)大理-金坪基性和超基性岩带 位于金沙江-哀牢山缝合带东缘,扬子准地台的西缘,中小型火成岩体密集成群分布在大理海东一带和南端的金坪地区,单个岩体延伸排列与所处构造方位一致。其岩石组合主要可分为环状和层状2种类型:① 环状基性超基性岩体多呈NW-SE向呈带状分布,单个岩体呈似层状、扁豆状和扁柱状。岩体通常内部为超基性、外部为基性,多与围岩呈近似整合状接触,少数切穿围岩。岩体长度一般小于 km,宽数百米,MgO含量~。② 层状基性超基性岩体主要为众多分布广但规模小的岩墙,厚数米至数十米,少数呈岩株状出现,其岩石类型包括辉绿岩、辉长辉绿岩或辉绿玢岩。这些岩脉大多沿区内次级断裂及其交汇的部位分布。

(2)金沙江基性和超基性岩带 主要位于金沙江断裂与德钦断裂之间,岩带长约240 km、宽25 km的南北地带,已知岩体超过200个,组成20余个岩群,如德钦白茫雪山垭口、东竹林等岩群,每个岩群由几至十几个岩体组成。超基性岩体的分布通常与断裂一致,单个岩体长数十至数百米,长宽比一般5:1~20:1,岩体多呈单斜层状或透镜状,与围岩产状近乎一致。基性岩一般呈长条状出露,长数十至数百米,宽数米至数十米。岩石类型主要为辉绿玢岩、辉绿岩、辉长岩等,也有中性、酸性侵入体分布。德钦白茫雪山北麓冰碛物中的大量蒙脱石矿物即来自于该蚀变岩带。

(3)中甸-丽江中性和中酸性斑(玢)岩带 单个岩体形态复杂,规模较小,主要岩石类型为闪长玢岩、花岗闪长玢岩、石英二长斑岩、二长花岗斑岩、花岗斑岩,多分布在区域断裂两侧。

2.德钦-八宿蚀变岩分布区

本区可划分为2个带,一是澜沧江基性和超基性岩带,另一个是三江上游分布区。前者主要位于澜沧江断裂东侧,已知岩体近百个,其展布与构造线一致,多呈NNW-近SN向。后者比较分散,并且常与干燥河谷硫化矿床氧化带的硫酸盐类析出物相伴生。该分布区的蚀变岩带具有以下发育特征:

照片11-1 滇藏铁路沿线典型蚀变软岩特征

图11-25 三江地区地质背景和主要蚀变岩带分布图

(1)蚀变岩多处于构造断裂部位或遭到构造破碎的区域。

(2)大量表生硫酸盐类沉积和氧化带棕色、棕红色、橘黄色等颜色特征以及黄铁矿的分布说明,许多蚀变岩的形成与硫化物矿床(矿脉)的热液蚀变和表生氧化作用有关。

(3)蚀变程度及蚀变岩性质都极不均一。

(4)根据现场调查和原岩XRD测试结果,发生蚀变的火成岩侵入体以中酸性岩浆岩为主,岩石的蚀变主要是斜长石的蒙脱石化;黑云母、角闪石的绿泥石化。

(5)处于硫化矿氧化带部位的蚀变岩,因受水的作用,在粘土矿物组成上出现明显的高岭石化现象(高岭石相对含量达19%~25%)。

3.藏南蚀变岩分布区

该区可以按照蚀变岩类型进一步划分为3个带(亚类),即喜马拉雅高温水热蚀变岩带、波密区域性大断裂花岗岩中低温水热蚀变岩带、基性超基性岩蒙脱石化蚀变岩带。

(1)喜马拉雅高温水热蚀变岩带 喜马拉雅缝合带属于中国乃至世界热流高异常区,温度高于80℃温泉43处,沸泉42处,地下水富含S、Cl、Na等元素,热水的水化学类型包括:SO4·HCO3—Na,HCO3 ·SO4—Na,SO4 ·Cl—Na。由于地下水富含、Cl-,蚀变岩普遍发生了高岭石化现象,尤其是日多温泉一带安山岩的蚀变岩中高岭石含量达28%~55%。应当指出,该蚀变岩带水热作用不均一,沿裂隙呈面状蚀变,蚀变岩性质较差(图11-26,图11-27)。

(2)波密区域性大断裂花岗岩中低温水热蚀变岩带 XRD定量测试结果表明,该蚀变岩带的粘土矿物组成为高混层比的伊利石/蒙脱石混层矿物、少量伊利石和绿泥石。其中,伊利石主要来自钾长石的蚀变作用,绿泥石为角闪石、黑云母的蚀变产物。在中低温地下水作用的断裂带中常有次生CaCO3分布,由于断裂带岩石比较破碎,加上高混层比的I/S混层矿物的大量分布,此类断裂蚀变岩通常具有很高的物理化学活性和极低的强度,在隧道或边坡开挖中极易产生地质灾害。

图11-26 西藏日多温泉一带的蚀变岩发育特征剖面

图11-27 西藏德仲温泉一带蚀变岩特征剖面

(3)基性超基性岩蒙脱石化蚀变岩带 该类蚀变岩以曲松红旗铬铁矿为代表,矿体围岩(辉橄岩)蒙脱石化蚀变程度高,工程性质差(照片11-1)。

4.粘土化蚀变软岩对隧道工程建设的影响

由于粘土化蚀变岩不良的工程地质特性,在隧道掘进和边坡开挖中常出现严重的岩体变形破坏问题。例如,滇藏铁路大理-丽江段的禾洛山隧道,围岩为遭受热液蚀变的玄武岩,在宏观上表现为相对较完整的玄武岩夹蒙脱石化蚀变岩组合。在2005年隧道工程施工过程中,自DK55+622至DK61+710约5 km的范围内,曾发生过5次与蒙脱石化蚀变岩有关的塌方问题,有时甚至不到100 m就会出现一次塌方,塌方体积一般20~30 m3。由于强烈粘土化蚀变的岩体常呈土状或泥状,现场技术人员常把它们看作是凝灰岩及其全-强风化的产物。而实际上塌方的出现主要是由于蒙脱石化蚀变岩的性质非常软弱,在干湿交替和松弛条件下极易发生膨胀变形,加上围岩节理发育、破碎程度高,开挖后自稳能力差,从而造成围岩坍塌(图11-28)。在西藏段,由于蚀变作用常与干燥河谷硫化矿床氧化带盐类析出物相伴产出,不仅岩体的工程性质软弱,而且硫酸盐类析出物的腐蚀作用和盐胀作用也是重要的工程地质难题,因而使得问题更加复杂化。

图11-28 禾洛山隧道掌子面(DK61+235)处的蚀变岩破坏特征

现场调查和室内测试认为,蚀变岩的分布与铁路沿线热液矿床的分布具有相似的规律。在蚀变岩工程地质调查中,不仅要搞清热液矿床和区域热液蚀变岩带的分布,还要注意温泉和地下热水的分布,它们的长期作用亦可使岩石产生蚀变。隧道建设主要应从以下方面加强防治工作:

(1)根据工程区蚀变岩的发育特征和分布规律,结合前期地质勘察成果,开展隧道工程地质超前预报,主要可以采用深入细致的隧道地质编录与水平超前钻及TSP综合预报相结合,及时掌握蚀变岩的分布及其工程性质变化。

(2)在粘土化蚀变岩带开挖隧道,应加强超前支护,根据蚀变岩的厚度和性状加长超前支护导管的长度,并在蚀变岩出露部位缩短环向支护间距,适时实施全封闭支护,稳定开挖面。对于正常支护的径向锚杆,应根据围岩情况长短结合。在软弱破碎岩体区,锚杆可适当地加密、加长。

(3)在粘土化蚀变岩分布区,应合理选择施工方法,隧道开挖宜采用微台阶法,少爆、多挖,减少扰动。此外,蚀变岩分布区的隧道围岩通常软硬变化较大,使用TBM施工时,可能因软弱围岩大变形和不均一变形而造成卡机事故,因此,TBM技术不适用于大量分布此类围岩的隧道施工。

(4)粘土化蚀变岩的物质组成和结构决定了在有水的情况下隧道塌方、冒泥问题更为显著,因此,在富水地段应采取堵排结合的方法,采用帷幕注浆或超前钻引水,尽量减少隧道围岩与地下水的作用。

隧道施工毕业论文

iii 毕业设计(论文)题目:隧道病害整治方法探讨 一、 毕业设计论文内容 土工合成材料在铁道隧道病害整治中得到广泛的应用,起到排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用。这些作用是以不同的形式的产品来实现的,土工织物用于滤层、隔离和防护;土工网和三维植被网垫用于排水和坡面的稳定;土工格栅、条带和有纺或编织土工织物用于加筋、土工膜用于防渗等。因此,首先要预防为主,必须在设计阶段就要采取预防措施,防止病害产生;另一方面,对出现的病害须查清病害原因、采取合理的措施进行整治,提高隧道病害整治的工程质量和经济效益。 二、 基本要求 ①选择沙害威胁最轻地段。 ②使线路通过起伏不大的沙丘地段、使线路由沙区内的古河道及山前平原的潜水带边缘通过。 ③力求使线路通过植被较好的固定沙丘及半固定沙丘。 ④将线路选择在沙丘体的上风一侧,将线路选择在沙区间沼泽地或草垫子地的下风侧。 ⑤使线路与当地主风向平行,尽量避免弯道。 三、 重点研究问题 铁路隧道在运营中会出现渗漏水、衬砌裂损、隧道冻害、衬砌腐蚀、震害和洞内空气污染等病害,还有火灾威胁。这些病害和危害对隧道的安全、舒适、正常运营有重要影响和威胁。因此、在隧道规划和设计阶段要预防可能的病害、危害、进行合理设计;在隧道施工阶段要采用合理的施工工艺、方法、措施和材料,以保证施工质量。在隧道运营阶段要及时检查、发现病害,分析病害成因,采用合理的整治设计和施工方法. 四、 主要技术指标 (1)增加土工合成材料生产原料的技术要求,分不同地区、不同的应用条件提出相应产品技术指标。对作为重要受力构件的材料(如加筋土挡土墙拉筋带),要增加蠕变强度等指标。

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桥梁与隧道工程论文参考文献

参考义献 这是论文中很重要、也是存在问题较多的一部分。那么,桥梁与隧道工程论文参考文献有哪些呢?下面我为大家收集一些优秀的范例,大家不妨多加参考!

桥梁与隧道工程论文参考文献一

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隧道施工论文格式

隧道通信施工技术论文篇二 一种深井隧道通信系统 【摘要】 本文介绍一种借助井下隧道铺设的泄漏感应传输线进行无线电通信的收发系统,它可以广泛应用于井下联络和急救,具有很好的社会价值和市场前景。 井下作业常受到塌方、瓦斯爆炸以及迷失方向等威胁,井下通信对提高工效、保证安全是非常重要的。然而,井下通讯是封闭在地下局部环境中,地形复杂,因而电波传播极其困难。主要原因是:矿井巷道的狭窄空间完全破坏了无线电波在地面自由空间的传播规律,且巷道断面多变、表面粗糙,巷道内存在各种电缆线、金属管路和各种金属体机械设备等,进一步改变了无线电波的传播规律,致使无线电波在井巷中自由传播的距离极为有限。以往的系统在使用中都存在不同程度的缺点和不足,主要表现为通信距离有限、噪音大、系统传输参数不稳定等。采用无线电泄漏方式进行通信的系统可以大大改善通信状况。使用时持机人通过感应电线通话,对讲机与感应线之间属于无线通讯,感应线感应到的已调频载波信号在感应线中进行有线传输,可以使通信距离达到3km以上。 系统原理与设计 实现井下通信的关键是解决电波传播问题。理论分析和试验表明:在中短波频段,矿井隧道对电波的衰减最大,通信距离最近。在超短波频段,通信距离随着频率升高而增加,电波传播衰减逐渐减小,这是因为在该频段隧道可认为是其波导型通道。而低频段,由于频率低,电缆的传输损耗小(2~4dB/km),因而通信距离大。如果加接中继器,通信距离可继续扩大,因此,低频导引通信系统简单实用、造价最低。综合各种因素,我们把工作频率设定在455kHz。电波借助敷设在井下的泄漏通信电缆在矿井中非自由空间进行传播。也就是说,利用这种泄漏电磁场的存在,通过沿巷道敷设的泄漏电缆使无线电收发信机实现信息交换。因而泄漏电缆为矿井巷道等非自由空间的无线电传播提供了一种类似长天线作用的专用媒介,构成高传输质量的矿井无线电传输通道,是矿井无线电泄漏通信系统的关键组成部分,也是我们设计的井下通信系统的主要特点。系统采用单频半双工体制,收发天线共用。由于调频比调幅具有抗干扰性能好、传送信息保真度高、机器设备简单等优点,因而在我们的系统设计中采用调频工作方式。该系统的另一个特点是:455kHz中频载波发生器和调频调制器并不是由通常单一的振荡器、调制器组成,而是利用MC2833单片FM(调频)发射机子系统中的压控振荡器与晶体及相应电感、电容组成的外围电路产生的话音已调信号,送到MC3359射频输入端,而MC3359内置振荡器与外围晶体及相应电容组成的电路产生的信号,于是这两个信号在MC3359内置混频器作用下产生以中频(455kHz)为载波的已调信号。考虑到系统中其它部分电路的功能与一般半双工工作方式的电路基本类似,故不赘述。整个系统的功能框图如图1所示。 系统实现 系统设计上的主要技术考虑:工作频率选定455kHz;通信体制为调频半双工方式;信号传输方式为无线(手持机与井下泄漏电缆间)与有线(井下泄漏电缆传输)混合工作;发射机输出功率不小于2W;手持机相互间能随意通话;接收效果尽量减少噪声;采用~、12V电源供电;对讲机通过井下铺设的泄漏电缆作为感应传输线,使通讯距离能够达到3km。 由于集成元件与分立器件比较起来具有性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻,而且价格比较便宜,因此在系统的实现方法上我们首先选用集成元件。所选用的集成元件主要有:MC2833、MC3359、MC34119、455kHz陶瓷滤波器、晶体、晶体;选用的分立元件主要有:低噪声晶体放大管3DG30G、晶体驱动放大管3DK9H、晶体末级功放管C4382A、TTF-2-1中周、电位器、电阻电容,以及拾音器、扬声器等电声转换器。 MC2833是单片FM(调频)发射机子系统,它包含一个话筒放大器、一个压控振荡器和两个辅助晶体管。在其典型应用电路中,我们将其进行改造,使之产生的话音调制信号输送给MC3359的混频输入端;MC3359是低功率的FM(调频)/IF(中频)接收机芯片,它包含振荡器、混频器、限幅放大器、AFC(自动频率控制)、正交鉴频器、运算放大器、静噪电路、搜索控制和沉默开关。同样,我们对其外围电路进行改造,使它产生经过初步放大的话音已调信号(载波455kHz),然后送给下一级功放电路进行放大。此外,系统设计中采用了收发共用MC3359,不仅节省成本和减小体积,而且试验效果也不错;MC34119是主要用于电话(例如扬声器话机)上的低功率音频放大器集成电路,具有可以在低电源电压的条件(最低为)以最大的输出摆动差动扬声器输出,以及并不需要和扬声器相联的耦合电容等一系列优点。 考虑到末级功放输出的功率可达2W以上,两个末级功放管C4382A产生的热量较多,所以需要对两个管子散热。为了有效散热,我们特意制作了一个大铝板,将两个C4382A功放管安装在这个大铝板上,对其进行散热。同时,这个铝板还起到了将两个收发部分隔开的目的。整个系统的电路原理图如图2所示。 试验结果 试验表明,该系统输出功率达,效率达50%以上。接收机灵敏度可达(-100dBm),而且在无信号输入时,扬声器输出的电流噪声很小。在地面自由空间的通信距离可达100m,井下借助沿隧道铺设的泄漏感应电缆进行通信,距离可达3km。 结束语 455kHz对讲机系统不仅性能稳定,工作可靠,而且生产成本低,容易实现。该项产品的问世,不仅改善了井下通讯条件,而且有利于加强井下安全生产的管理,保证井下工人的人身安全。所以,这项技术具有很好的应用价值和市场前景。 看了“隧道通信施工技术论文”的人还看: 1. 关于隧道施工技术论文 2. 关于隧道施工技术论文(2) 3. 道路桥梁施工技术论文 4. 地铁施工技术论文 5. 盾构施工技术论文

深孔注浆技术在地铁隧道施工中的应用论文

近年来,由于我国交通事业取得了较大的进步,进而推动了城市地铁的发展。地铁作为城市现代化发展的新标志、新形象,在一定程度上不仅缓解了交通的拥挤,还为城市的发展奠下了有效的基础。地铁工程建设数量的不断增加,就需要对地铁隧道的施工安全进行主要的控制,因所施工的地质条件以及周围的环境等都较为复杂,对地铁隧道的施工具有重要的影响,为了使地面的沉降量得到减少,就必须要对周围环境进行全面的了解和分析。为了提高地铁隧道施工的安全性以及稳定性,采取深孔注浆技术已经成为了地铁施工的重要方式。

1 注浆加固的原理

就注浆加固而言,则是对周围的岩层以及土体进行水泥浆液的渗透、充填以及压密作业,这样一来就可以形成浆脉现象。对于地层中岩层中存在的不均匀现象,则可以对钻孔的岩层注入适量的水灰浆液,灌浆孔经过向外扩张的作用后,就会致使圆柱状浆体的形成,然后钻孔周围存在的岩层就会被挤压以及充填。另外,在灌浆施工过程中,由于岩层裂缝以及浆液渗透的作用,在地层中浆液的方向就会有所不同,并且纵模相互交错,浆脉的片状、条状以及团块状的厚薄也不一样,然后浆脉通过凝结就会形成硬化现象,就可以较少沉降量的发生,还可以确保其承载能力。

2 注浆质量的控制要点

第一,在进行注浆施工的过程中,注浆的材料以及浆液的配合比必须要符合施工方案的标准。对浆液的搅拌还应该要求均匀地进行,若不经过搅拌浆液就会产生沉淀,就需要禁止使用。

第二,在进行注浆施工前,还必须要检查注浆泵、注浆管线以及灰浆搅拌机是否能具备完好状态。若其中一台注浆泵出现问题,就会对整体的注浆施工产生重要的影响,所以就需要及时的修复,使注浆尽快地恢复,为确保对注浆的质量提供有利的根据。

第三,对于双液注浆作业来说,则浆液混合器的使用必须是单向阀的形式,要求禁止使用其他仪器来取代,这样一来就可以避免管路、注浆泵堵塞问题的出现。在进行注浆的过程中,必须要确保注浆管路的畅通,避免因注浆管路堵塞因素对注浆结束标准的判断产生影响。

第四,在双液注浆过程中,还要对浆液的吸入比例进行经常性的检查,对浆液凝胶的时间进行测试,这样就能够提高注浆加固的效果,并且还可以确保浆液强度。另外,注浆量以及注浆压力还要按照施工前方案的标准进行合理的控制,还要对注浆的压力、注浆的时间等做好记录,以便及时地发现问题,并且能够及时地进行处理。

3 地铁工程深孔注浆的具体施工

地铁工程的地质以及水文地质的概况

地铁施工工程的地质。对于整个地铁区间来说,由于地质条件十分复杂,有些地铁工程的原河床底部位置属于上软下硬地层,并且存在拱顶在富水砾砂层、中砂层中进行穿越。还有些注浆的掌子面大多属于富水砂层,并且某些地铁部分的全断面一般都是砂层,区间还多次较近距离地在重要建构筑物及较为重要的管线中穿越。

有些地铁工程施工的中砂层以及砾砂层成分主要是以石英石为主,并且含有大量的黏粒。有时还可以看见卵石,通过饱和,就可以达到稍密至中密的效果,这样一来级配就会较好,但是分选性较差。因此,要是在动水的作用下,就会很容易使流塑状得到软化,进而导致坍塌的出现,并且不具有稳定性。

地铁施工水文地质。就有些地铁区间范围地下水而言,若地下水的水位是21~米,就需要以孔隙潜水为主,区间局部的地段具有较小的承压能力,主要因素是通过大气的降水作用给予的,并且水量极其丰富,水质很容易产生污染现象。由于岩层裂隙水的发育较快,主要分布在花岗岩的构造节理裂隙密集带以及强风带中。由于富水性的基岩裂隙的'发育程度以及贯通度会随着地表水源连通性的变化而变化,主要是通过大气降水以及孔隙潜水补给的形式进行,并且局部地段具有一定的承压能力。

深孔注浆之前技术的准备

要对该工程施工的对象以及特点进行了解和分析。主要内容有:工程的地质特征,这对工程所使用的材料以及工艺具有影响。水文地质特征,对材料、设备以及工艺有着影响。周边环境特点影响着材料、工艺。造价以及工期要求影响着设备以及劳动力的组织。

要对浆液注入地层的方法进行了解。主要内容有:对于中粗砂层来说,就需要通过超细水泥水玻璃双液浆注浆固结来完成渗透扩散。动水粉细砂层溶洞需要通过六种混材料来完成注浆固结的劈裂扩散。另外,对于断层破碎带来说,需要通过普通水泥水玻璃双液浆进行注浆加固裂隙的填充。对于粉细砂层中局部空洞而言,就需要通过普通水泥单液浆来进行挤压填充作业。

浆液注入地层的方式

渗透扩散产生在中粗砂层,就需要采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结。

劈裂扩散产生在动水粉细砂层溶洞,就需要采用六种共混材料注浆固结。

裂隙填充产生在断层破碎带,就需要采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固。

挤压填充产生在粉细砂层中局部空洞,就需要采用普通水泥单液浆挤压填充。

深孔注浆参数

浆液凝胶时间:双液浆凝胶时间为30sec~3min,单液浆不宜超过8h。

单孔单段注浆量:根据公式计算。

注浆分段长度:前进式分段注浆每环15m。

注浆终压:~。

注浆速度:砂层、粉质黏性土为20~40L/min,砂砾石为40~60L/min,断层破碎带为60~120L/min。因此,注浆参数则是按照地层的实际情况进行检验确认的,并且还需要在施工现场进行不断地完善以及调整工作。另外,在注浆的施工过程中,还根据注浆压力的变化对注浆参数进行调整。所以,本次施工工程要根据砂层和粉质黏土特性进行施工,注浆参数的设定如下:TGRM深孔注浆扩散半径为~;注浆终压为~;注浆速度为10~100L/min;前进式分段注浆长度为2~3m;TGRM浆液水灰比W∶C=∶1~1∶1。

深孔注浆工艺

对于TGRM前进式分段深孔注浆工艺而言,则具体注浆过程是:对水平地质需要采取钻机进行成孔作业,然后还要对孔口进行孔口管的安装,再对孔口管内进行钻注施工。另外,要对各个循环进尺严格控制在2~3m之间。等到成孔完成后还要将钻杆退出,然后通过法兰盘、注浆管的安装来进行注浆施工,法兰盘的拆除要等到浆液凝固完成后进行,再次实施钻孔,不断进行循环,直到钻孔的深度符合施工标准的要求才可以停止。

注浆孔间排距

控制好注浆孔间的排距,可以实现浆液扩散范围的相互重叠,不易产生漏注区现象。在本工程应用过程中,需要根据现场施工的实际情况对钻孔进行设置,则注浆孔的设置是从工作面向开挖的方向进行的,就会呈现辐射状。另外,钻孔的设置还要均匀地进行,成圆圈形式,这样就可以确保注浆量的充分使用。

深孔注浆效果的检验

在深孔注浆完成之后,进行地铁隧道开挖之前,就必须要对钻芯取样的抗压强度进行检测,土体在注浆加固后强度就需要保持在以上。若没有达到要求值,还需要再次进行注浆加固。另外,等到注浆加固完成后,其掌子面就可以通过检测看到有没有渗漏水问题的出现,这样就可以增加土体的强度。

4 结语

目前,随着城市地铁的快速发展,深孔注浆技术在地铁隧道的应用越来越广泛,对隧道存在的安全问题进行有力的解决。由于深孔注浆施工技术具有较多的优点,通过采取此措施,不仅可以提高地表的沉降量,还能够降低环境的污染。与此同时,还确保了地铁施工的安全性,降低了地铁施工的成本,使地铁更好地为社会服务。

参考文献

[1] 苏 飞.深孔注浆技术在地铁暗挖区间施工中的应用[J].科技传播,2013,(6).

[2] 李 雷.深孔注浆技术在地铁穿越既有建筑物中的应用研究[J].施工技术,2014,(15).

[3] 戴 兴民.深孔管注浆技术在地铁工程中的应用[J].交通建设与管理,2014,(12)

1、论文题目:要求准确、简练、醒目、新颖。2、目录:目录是论文中主要段落的简表。(短篇论文不必列目录)3、提要:是文章主要内容的摘录,要求短、精、完整。字数少可几十字,多不超过三百字为宜。4、关键词或主题词:关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的,是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语,便于信息系统汇集,以供读者检索。每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词,另起一行,排在“提要”的左下方。主题词是经过规范化的词,在确定主题词时,要对论文进行主题,依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。5、论文正文:(1)引言:引言又称前言、序言和导言,用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图,说明选题的目的和意义,并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。〈2)论文正文:正文是论文的主体,正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容:a.提出-论点;b.分析问题-论据和论证;c.解决问题-论证与步骤;d.结论。6、一篇论文的参考文献是将论文在和写作中可参考或引证的主要文献资料,列于论文的末尾。参考文献应另起一页,标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。中文:标题--作者--出版物信息(版地、版者、版期):作者--标题--出版物信息所列参考文献的要求是:(1)所列参考文献应是正式出版物,以便读者考证。(2)所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。

隧道工程施工地表变形研究论文

深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 :在进行深埋隧道工程施工过程中,由于洞程较长,洞深埋设较大,地质条件较复杂,在施工时,如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此,以实际工程为例,对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨,保证了施工的顺利进行,以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 :深埋隧道工程;灾害地质;高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道,隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740,长3116;右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例,对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中,地质问题是需要进行探索和研究的关键领域,最先要通过预测天然地温,一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境,还会严重降低工人的劳动生产率,甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外,对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而,地温值是随着地下工程埋深在不断变化的,但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的,因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中,其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深,其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外,最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力,还导致硐顶部出现高拉应力,这样会导致硐室围岩不稳定,埋下隐患。由于高地应力的存在,一些黏性土含量较高,而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放,地下隧洞就会发生变形,往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始,洞身变形的长度有40m,起初的支架保护结构破坏就会非常严重,通过测量计算,隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间,隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位,甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力,考虑使用约1万根超长锚杆,要求总长超过11×104m,把地下隧洞中的断面改成环形成拱,做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破,也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动,但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现,岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列,岩石是胶结连接还是结晶连接,是钙质胶结还是硅质胶结,这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如:(1)随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度,会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些;(2)结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强;(3)具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中,除了高地温以外,涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂,隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元,一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时,就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下,在岩体的突水点附近,岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的,受网状交织的构造裂隙影响,经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大,地下水水压越来越高,会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况,就会迅速连通裂隙,空隙的张裂程度就会越来越大,涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响,裂隙会再扩展,而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中,容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带,岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震,还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中,瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中,由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破,其灾害性极强。

5基岩裂隙水

基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水,才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中,根据含水介质的基础特征,可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种,但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质,在地下水勘探中,关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间,是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分,还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石,都属于基岩裂隙水,而它与其他类型地下水的基本区别,关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂,主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较,那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用,不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同,具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统,其主要特点如下。(1)基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道,叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状,以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状,都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水,大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较,会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中,像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处,富水段的形成就会比较容易,而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。(2)复杂的基岩裂隙水中,由于储存空间中不均匀的介质,埋深程度不同的同一含水层,其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙,最基础的因素是地质构造,主要表现在:岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响,其中,基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同,即便是在基岩相同的裂缝水中,也是有时而出现无压水,时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态,因此,基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感,是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中,比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外,还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是,在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中,关于灾害地质的研究,对隧道工程能否顺利开展是关键的一步,在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况,采取有效、有针对性的防御措施。

参考文献:

[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范:JTGD70—2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院,清华大学.隧道工程防水技术规范:CECS370—2014[S].北京:中国计划出版社,2014

[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都:成都理工大学,2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报,2010(3):88-92.

[5]武力,屈福政,孙伟,等.基于离散元的土压平衡盾构密封舱压力分析[J].岩土工程学报,2010,32(1):18-23.

隧道开挖破坏了土层原来的平衡状态。另外,水位的变化导致土中原始应力状态的改变。造成土体变形和地表下沉。施工中降低水位形成漏斗状曲面,产生固结沉降。盾构施工开挖面土体受到扰动而使土体移动,导致盾构前方地表沉降或隆起,破坏土体结构。盾构在曲线段施工,纠偏工作对土体产生扰动。盾尾环形空隙中压浆会造成盾尾后隧道周边土体失去原始平衡状态,土体发生移动从而引起地表沉降。构法施工时导致地表变形,是一个综合性的技术问题,目前尚需进一步地研究。

隧道围岩分级亚层研究论文

我国铁路隧道围岩分级考虑的因素是岩体的完整状态和岩石的坚硬程度。

围岩分级是指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别,即将稳定性相似的一些围岩划归为一类,将全部的围岩划分为若干类。在围岩分类的基础上再依照每一类围岩的稳定程度给出最佳的施工方法和支护结构设计。

围岩分类是选择施工方法的依据、是进行科学管理及正确评价经济效益、确定结构上的荷载(松散荷载)、确定衬砌结构的类型及尺寸、制定劳动定额、材料消耗标准等的基础。

围岩按定性分级与定量指标分级有差别时一般应以低者为准。本表声波指标以孔测法测试值为准如果用其他方法测试时可通过对比试验进行换算。

层状岩体按单层厚度可划分为:厚层大于0 5m,中厚层0 1~0 5m,薄层小于0 1m,一般条件下确定围岩级别时应以岩石单轴湿饱和抗压强度为准当洞跨小于5m。

服务年限小于10 年的工程 确定围岩级别时可采用点荷载强度指标代替岩块单轴饱和抗压强度指标可不做岩体声波指标测试。测定岩石强度做单轴抗压强度测定后可不做点荷载强度测定。

深埋隧道工程的灾害地质问题论文

摘要 :在进行深埋隧道工程施工过程中,由于洞程较长,洞深埋设较大,地质条件较复杂,在施工时,如果处理措施不当会出现高地温、岩爆、高压涌水等问题。鉴于此,以实际工程为例,对深埋隧道工程主要存在的灾害地质问题进行了分析和探讨,保证了施工的顺利进行,以期为类似工程提供参考与借鉴。

关键词 :深埋隧道工程;灾害地质;高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道,隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740,长3116;右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例,对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中,地质问题是需要进行探索和研究的关键领域,最先要通过预测天然地温,一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境,还会严重降低工人的劳动生产率,甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外,对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而,地温值是随着地下工程埋深在不断变化的,但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的,因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中,其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深,其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外,最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力,还导致硐顶部出现高拉应力,这样会导致硐室围岩不稳定,埋下隐患。由于高地应力的存在,一些黏性土含量较高,而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放,地下隧洞就会发生变形,往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始,洞身变形的长度有40m,起初的支架保护结构破坏就会非常严重,通过测量计算,隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间,隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位,甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力,考虑使用约1万根超长锚杆,要求总长超过11×104m,把地下隧洞中的断面改成环形成拱,做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破,也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动,但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现,岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列,岩石是胶结连接还是结晶连接,是钙质胶结还是硅质胶结,这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如:(1)随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度,会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些;(2)结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强;(3)具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中,除了高地温以外,涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂,隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元,一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时,就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下,在岩体的突水点附近,岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的,受网状交织的构造裂隙影响,经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大,地下水水压越来越高,会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况,就会迅速连通裂隙,空隙的张裂程度就会越来越大,涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响,裂隙会再扩展,而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中,容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带,岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震,还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中,瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中,由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破,其灾害性极强。

5基岩裂隙水

基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水,才被统一归纳在基岩裂隙水的`传统范畴中,根据含水介质的基础特征,可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种,但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质,在地下水勘探中,关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间,是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分,还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石,都属于基岩裂隙水,而它与其他类型地下水的基本区别,关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂,主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较,那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用,不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同,具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统,其主要特点如下。(1)基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道,叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状,以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状,都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水,大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较,会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中,像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处,富水段的形成就会比较容易,而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。(2)复杂的基岩裂隙水中,由于储存空间中不均匀的介质,埋深程度不同的同一含水层,其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙,最基础的因素是地质构造,主要表现在:岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响,其中,基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同,即便是在基岩相同的裂缝水中,也是有时而出现无压水,时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态,因此,基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感,是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中,比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外,还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是,在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中,关于灾害地质的研究,对隧道工程能否顺利开展是关键的一步,在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况,采取有效、有针对性的防御措施。

参考文献:

[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范:JTGD70—2004[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院,清华大学.隧道工程防水技术规范:CECS370—2014[S].北京:中国计划出版社,2014

[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都:成都理工大学,2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报,2010(3):88-92.

[5]武力,屈福政,孙伟,等.基于离散元的土压平衡盾构密封舱压力分析[J].岩土工程学报,2010,32(1):18-23.

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