泥巴山深埋特長隧道巖體工程問題研究

該作品獲得第三屆“三個(gè)一百”原創(chuàng)出版工程科學(xué)技術(shù)類作品獎(jiǎng)。 2100433B

《泥巴山深埋特長隧道巖體工程問題研究》主要根據(jù)交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“大相嶺泥巴山深埋特長隧道關(guān)鍵技術(shù)研究”部分專題研究成果而著。共13章和附錄，分別闡述了泥巴山深埋特長隧道區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件、隧址區(qū)巖體結(jié)構(gòu)及其工程特性、地應(yīng)力場(chǎng)特征和巖體力學(xué)特性；預(yù)測(cè)了隧道巖爆特征及其危險(xiǎn)性、程度及分布；在界定隧道圍巖大變形定量標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上系統(tǒng)預(yù)測(cè)了隧道大變形的嚴(yán)重程度；分析預(yù)測(cè)了隧道及斷層涌突水量、涌突水形式及其動(dòng)態(tài)特性和隧道高程附近巖溫情況。在總結(jié)研究成果和泥巴山隧道勘察論證經(jīng)驗(yàn)，以及國內(nèi)外主要建成和在建深埋特長隧道勘察論證成果資料基礎(chǔ)上，提出了深埋特長隧道地質(zhì)勘察及論證技術(shù)要點(diǎn)?！　赌喟蜕缴盥裉亻L隧道巖體工程問題研究》可作為從事隧道或隧道工程研究、勘察、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員和從事相關(guān)技術(shù)工作的管理人員、高等院校研究生的參考書。

本課題通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料分析，研究了災(zāi)害形成機(jī)制及分類；通過現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的鉆探、地質(zhì) CT、高精度地質(zhì)雷達(dá)等無損檢測(cè)方法針對(duì)具體災(zāi)害點(diǎn)不同巖體結(jié)構(gòu)的巖溶化巖體內(nèi)部巖溶發(fā)育程度進(jìn)行了研究；通過現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室的直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反分析和模擬試驗(yàn)、得到了深埋隧道突水災(zāi)害點(diǎn)不同巖體結(jié)構(gòu)和不同巖溶發(fā)育程度的巖體及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度指標(biāo)；通過三維數(shù)值模擬，得到了隧道圍巖突水災(zāi)害臨界厚度取值標(biāo)準(zhǔn)和取值范圍。以數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果為樣本，結(jié)合滬昆高速鐵路等巖溶山區(qū)鐵路隧道巖溶突水災(zāi)害的實(shí)際案例資料，建立了深埋隧道巖溶突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，研究了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立了隧道巖溶突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)方法，建立了基于風(fēng)險(xiǎn)的溶洞和隧道開挖面之間臨界安全厚度的分析評(píng)價(jià)方法。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和資料分析，掌握典型災(zāi)害點(diǎn)的巖體結(jié)構(gòu)特征，研究災(zāi)害形成機(jī)制及分類；通過現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的鉆探、地質(zhì)CT、高精度地質(zhì)雷達(dá)等無損檢測(cè)方法掌握針對(duì)具體災(zāi)害點(diǎn)不同巖體結(jié)構(gòu)的巖溶化巖體內(nèi)部巖溶發(fā)育程度，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和分形的計(jì)算，得到巖溶化程度的量化指標(biāo)；通過現(xiàn)場(chǎng)及實(shí)驗(yàn)室的直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反分析和模擬試驗(yàn)、得到深埋隧道突水災(zāi)害點(diǎn)不同巖體結(jié)構(gòu)和不同巖溶發(fā)育程度的巖體及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度指標(biāo)，建立相關(guān)關(guān)系；通過三維數(shù)值模擬，得到隧道圍巖突水災(zāi)害臨界厚度取值標(biāo)準(zhǔn)和取值范圍。以數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果為樣本，結(jié)合滬昆高速鐵路等巖溶山區(qū)鐵路隧道巖溶突水災(zāi)害的實(shí)際案例資料，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)的分析方法，研究建立深埋隧道巖溶突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，研究風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，建立隧道巖溶突水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)方法，建立基于風(fēng)險(xiǎn)的溶洞和隧道開挖面之間臨界安全厚度的分析評(píng)價(jià)方法。

特長深埋高速鐵路隧道的數(shù)量日益增多，且隧道內(nèi)高溫高濕環(huán)境危及隧道內(nèi)列車運(yùn)行的安全性和可靠性、電氣設(shè)備的正常運(yùn)行以及作業(yè)人員的身體健康和工作效率，給隧道內(nèi)熱濕環(huán)境保障帶來了全新的課題。課題以理論分析、數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究了特長深埋高速鐵路隧道高溫高濕環(huán)境的形成機(jī)理和控制。主要研究內(nèi)容如下：通過數(shù)值模擬和模型實(shí)驗(yàn)研究了特長深埋高速鐵路隧道施工期熱濕環(huán)境形成機(jī)理和影響因素，以及施工通風(fēng)和噴霧降溫對(duì)熱濕環(huán)境的控制效果，探討了單純施工通風(fēng)和噴霧降溫的適用條件。建立了運(yùn)營期特長深埋高速鐵路隧道熱濕環(huán)境數(shù)學(xué)模型，研究了外界氣溫、隧道長度、列車速度、巖土層初始溫度等不同因素影響下隧道內(nèi)空氣溫度分布及變化規(guī)律。針對(duì)目前特長隧道運(yùn)營期主要控溫手段—縱向式通風(fēng)加豎井輔助的通風(fēng)方式，研究了隧道內(nèi)熱濕環(huán)境的控制效果及變化規(guī)律。此外，對(duì)應(yīng)用相變墻體和地源熱泵控制隧道高溫環(huán)境進(jìn)行了初步研究。研究表明：在施工期熱濕環(huán)境控制方面，對(duì)于獨(dú)頭送風(fēng)，15m/s的送風(fēng)速度更有利于高壁溫隧道施工通風(fēng)；受限壁溫與送風(fēng)溫度滿足ts=63.86-1.3t0，如果壁面溫度超過這個(gè)值，考察區(qū)域的溫度將不能滿足施工要求。對(duì)于噴霧降溫，隧道內(nèi)濕度最高可到達(dá)65%左右；濕度超過22.5g/kg時(shí)，噴霧降溫效果變差，不再適用于隧道降溫，但可以作為輔助手段使用。隧道運(yùn)營期巖土層初始溫度和外界空氣溫度對(duì)隧道內(nèi)熱環(huán)境分布和變化的影響較大，空氣的絕對(duì)濕度大體沿氣流的方向從隧道進(jìn)口到出口呈線性增加，正常情況下空氣溫升減小對(duì)相對(duì)濕度的影響大于滲水增加對(duì)相對(duì)濕度的作用。列車運(yùn)行過程中，隧道豎井會(huì)將大量外界冷空氣引入隧道，因此可有效利用豎井對(duì)隧道內(nèi)空氣進(jìn)行降溫。 2100433B