隧道二次衬砌裂纹论文参考文献

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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。

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小净距隧道支护结构设计原则与施工措施研究_碧森尤信_建筑设计_建筑中文网小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道的一种结构型式，由于不受地形条什以及总体线路线型的限制，其较连拱隧道有施工工艺简单、造价较低的特点，愈来愈受到工程界的育睐。但山于小净距隧中间岩柱体厚度远小于普通分离式隧道，具围岩变形和支护结构受力较为复杂。本文结合小净距隧道围岩的受力、变形特点，对小净距隧道的支护结构设计原则与施工步骤进行了研究。【摘要】小净距隧道是介于普通分离式隧道与连拱隧道的一种结构型式，由于不受地形条什以及总体线路线型的限制，其较连拱隧道有施工工艺简单、造价较低的特点，愈来愈受到工程界的育睐。但山于小净距隧中间岩柱体厚度远小于普通分离式隧道，具围岩变形和支护结构受力较为复杂。本文结合小净距隧道围岩的受力、变形特点，对小净距隧道的支护结构设计原则与施工步骤进行了研究。【关键词】隧道 小净距 设计原则 施工步骤1前言 在地下铁道、铁路隧道、公路隧道中，由于受到地形条件以及总体线路线型的限制，往往不得不在间距不充分的条件下修建2孔或多孔隧道。在该种情况下，目前主要采用连拱隧道及小净距隧道等特殊结构型式，而工程实践表明，连拱隧道存在大量缺点：诸如1)由于开挖总断面较大、扁平率较低、施工较复杂，施工中极易产生塌方，施工期间的安全性不易保证；2)由于结构构造复杂，中墙顶部连接处的防水问题很3囡解决，建成后容易渗漏水，严重影响公路隧道的适用性和耐久性；3)连拱结构对变形敏感，衬砌易出现裂缝，破坏结构整体，安全性较差；4)进出口浅埋段及低类别围岩段工程造价过高等。而小净距隧道施工工艺同普通分离式隧道相比差别较小，较之连拱隧道施工工艺简单，造价低，施工安全性和长期可靠性容易得到保证。但由于小净距隧道中夹岩柱体的厚度较小，其围岩稳定性和变形特点，支护结构的受力机制具有自身的特征，因而支护结构的设计原则和施工方法将与其他结构型式隧道不同。 2 小净距隧道围岩的受力、变形特点 小净距隧道围岩的受力、变形特征与隧道断面型式、断面尺寸、围岩类别、隧道埋深、中夹岩柱体厚度、开挖方式、支护型式和参数选取等众多因素有关。其中，小净距隧道与普通分离式隧道的主要区别是，前者中夹岩柱体的厚度较薄，因施工过程中的多次扰动而成为受力薄弱环节。当围岩类别较低，岩柱较薄时，其中夹岩柱体将形成贯通的塑性区，严重影响围岩的稳定性。 图1为开挖单洞和双洞后，拱顶位移与隧道净距、围岩类别的关系曲线图。可知拱顶位移随隧道净距减小、围岩类别降低而急剧增加。 图2为双洞开挖后等效应力随隧道净距的变化情况图。从中可以看出小净距隧道随着中夹岩柱体厚度的减小，其围岩的受力变得愈来愈不利，尤其是中夹岩柱体的受力。 因此，对于小净距隧道宜限据围岩条件、岩柱厚度等因素选取合理的断面型式、开挖方式和支护参数等。3 小净距隧道支护结构设计原则 小净距隧道与普通分离式隧道相比，中夹岩柱体厚度较薄，受力不利，加之地质条件变化较大，参数准确选取相当困难，因此，对于小净距隧道支护结构设计，宜在监控量测的基础上采用动态设计的原则。需注意以下几个方面的问题： (1)初次支护宜采用锚喷支护，有利于及早进行支护，保护围岩、稳定围岩的变形，同时，有利于根据实际监控量测情况进行支护加强。 (2)初期支护宜作为主要受力结构，二次衬砌采用模筑混凝土或钢筋混凝土，只承受少量荷载，主要作为安全储备，有利于在围岩条件恶化后，保证隧道的长期安全性。 (3)中央岩柱体的稳定性是小净距隧道是否成功的关键，应根据情况对中夹岩柱体采用大吨位预应力锚索、对拉锚杆、无阽结钢绞线、小导管预注浆、水平贯通式锚杆等技术进行加固。 (4)仰拱对减小、抑制围岩的变形，改善支护结构的受力有重要作用，因此，对于小净距隧道宜考虑设置仰拱并使其尽早闭合。 (5)由于现场地质条件的复杂性和多变性，对于支护结构、中夹岩柱、围岩的受力和变形状态进行现场监控量测具有重要意义。 (6)虽然数值计算在参数选取、模型建立上与现场实际情况有较大的出入，当在隧道设计中用以作为辅助手段，研究围岩、支护结构变形、受力不利部位和薄弱环节，作为定性分析，仍是很有必要的。 (7)岩柱厚度对支护结构、围岩的受力和变形，特别是岩柱体的稳定有重要的影响，因此，无论何种围岩，岩柱体均不宜过小。 4 小净距隧道的施工 小净距隧道的施工方法与普通分离式隧道相比差别不大，但由于中夹岩柱体厚度较小，在施工过程中，其是受力薄弱部位，稳定性较差，因此，在施工中对中夹岩柱体的保护将至关重要。小净距隧道施工的难点、重点是合理选取开挖顺序、控制爆破作业，确保隧道开挖过程围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。对于低类别围岩、软弱、破碎围岩来说，重在确定合理的开挖顺序，减少对围岩的扰动；对于高类别围岩、坚硬、完整围岩，重在控制爆破振动对围岩稳定性的影响。 采用合理的开挖顺序 为确保开挖过程中围岩的稳定性，减小因隧道间距小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素，满足小净距隧道中央岩特有的加固要求，一般情况下，I、II类围岩采用正向单侧壁导坑法的开挖方法，Ⅲ类围岩采用反向单侧壁导坑的开挖方法,IV、V、VI类围岩采用超前导坑预留光面层的开挖方法。 表1 双车道小净距隧道推荐采用施工方法(1)对于I、II类围岩，宜采用正向单侧壁导坑法，该法有利于及早对中夹岩柱进行加固，及早对中夹岩柱进行监控量测，为开挖后存在的风险提供超前预报，以便及时处理。 当遇隧道断面较大、围岩条件较差、隧道浅埋、地下水丰富时，围岩难以自稳，应对围岩进行超前预加固、地表加固或对单侧侧壁的上、下台阶进—步采用分步开挖。 当围岩状况较好，掌子面稳定性好，为发挥大型设备的优势，加快施工进度，也可以将单侧侧壁的上、下台阶合为一步开挖或采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法，但应控制开挖进尺。 (2)对于Ⅲ类围岩，宜采用反向单侧壁导坑，有利于减小爆破振动对中夹岩柱的影响，当围岩条件较好、掌子面易稳时，对于土质、软质岩石条件，可采用上下台阶与正向单侧壁导坑组合法；对于硬质岩石条件，可采用上下台阶与反向单侧壁导坑组合法或上下台阶法。 (3)对于Ⅳ、V、Ⅵ类围岩，宜采用超前导坑预留光面层的开挖方法，增加开挖临空面，降低爆 破对岩柱的影响。Ⅳ、V、Ⅵ类围岩自稳定性好，开挖的关键在于减小爆破振动对岩柱的影响，由于超前导坑的存在，二次扩挖(预留光爆层)的爆破装药量可以大大减小，从而降低爆破对岩柱的影响。对于岩柱较厚时，可采用上下台阶和全断面开挖法。 (4)由数值计算町知，小净距隧道后开挖隧道对先前施工隧道的影响较先施工隧道对后施工隧道的影响大，因此，在两孔隧道地质条件不同的情况下，先开挖地质条件较差的[C较有利。 控制爆破施工中的振动效应 (1)采用低威力、低曝速炸药或采用小直径不偶合装药 某隧道工程中，在二号岩石硝铵炸药中混入13%的添加剂，制成低爆速炸药，使二号岩石硝铵炸药的爆速从3 200m／s降至1 800m／s，振动观察表明，降震效果可达40%-60%。 (2)采用微差爆破 试验表明，采用微差爆破后，与齐发爆破相比可降震约50%。微差段数越多，降震效果越好(如图3所示)。当每段起爆时间间隔大于100ms时，各段爆破产生的地震波无明显叠加，降震效果比较明显。(3)采用预裂爆破或预钻防震孔 在爆破体与保护体之间钻凿不装药的单排、双排防震孔(如图4所示)或采用预裂爆破，降震率 可达30～50%。 同时，也可以在预裂炮孔内侧打一排孔，酌情少量装药，与预裂孔同时起爆，从而形成破碎区，这就可为内部的大规模开挖建立隔震屏障，如图5所示。 (4)限制一次起爆的肽装药量 当保护体的容许临界振动速度确定后，可以根据经验公式，计算出一次爆破的最大装药量计装药量大于该值又无其他可靠降震措施时，则必须分次爆破，控制一次爆破的炸药量。 (5)采用分步开挖，增加临空面。 爆破体每增加一个临空面，其振动效应可相应降低10%～15%。 5 结 论 小净距隧道由于中夹岩柱体厚度较薄，使得围岩、支护结构受力不合力，给施工带来困难。但是，只要在设计、施工中坚持“动态设计、精心施工、及时支护、勤量测”的原则，合理选取断面形式、支护参数、开挖方式和施刀j匝序，就能充分发挥小间距隧道的优点，同时，又能达到经济、安全的目的。参考文献 [1] 刘艳青，钟世航等 小净距并行隧道力学状态的试验研究.岩石力学与工程学报 2000（9）：590～594 [2] 倪新兴，小净距隧道施工技术西部探矿工程，2002(3)：78~79 [3] 秦峰.浅论小净距隧道开挖方法.公路隧道，2003(2)：24-28 [4] 张志毅.王中默.交通土建工程爆破工程师手册：北京：人民交通出版社，2002 [5] 张奇.工程爆破动力学分析及其应用.北京：煤炭工业出版杜，1997更多关于工程/服务/采购类的标书代写制作，提升中标率，您可以点击底部官网客服免费咨询：