鉆爆法海底隧道風化槽圍巖工作面破壞模式研究

海底隧道憑借其抵抗惡劣氣候條件的能力強、對環(huán)境影響小、不影響航運、戰(zhàn)備功能高等優(yōu)點，逐漸成為跨越海峽交通的首選方式。世界各地已經(jīng)修建和準備修建的海底隧道數(shù)量越來越多，且絕大部分是采用鉆爆法修建的。工作面圍巖的失穩(wěn)破壞和由此帶來的突涌水災害是鉆爆法海底隧道施工中遇到的突出問題，且在風化槽圍巖等不良地質(zhì)段的表現(xiàn)尤為突出。我國擁有近2萬公里長的海岸線，隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展，將有大批量的海底隧道投入建設。因此本項目研究具有廣闊的市場前景和重要的社會意義。 本項目依托廈門翔安隧道工程，獲得了風化槽圍巖的物理力學特性，分析了各參數(shù)對工作面穩(wěn)定性的影響規(guī)律；通過對隧道施工影響下風化槽圍巖的變形特征分析，揭示了鉆爆法海底隧道滲流作用下風化槽圍巖工作面失穩(wěn)的力學機制，提出了分析方法；分析了超前注漿范圍和加固程度等參數(shù)對隧道工作面穩(wěn)定性影響規(guī)律，提出了優(yōu)化的超前支護設計參數(shù)。 本項目重要成果如下： （1）依托廈門翔安海底隧道，系統(tǒng)研究了風化槽圍巖段支護結構的受力特性，提出了以支護結構受力安全性為目標函數(shù)的斷面形狀優(yōu)化方法和優(yōu)化結果。 （2）研究推導了能夠計算海底隧道襯砌與圍巖應力與變形特征的平面應變模型及其解析解。本計算模型不僅能夠反映出滲流作用下深埋隧道圍巖變形與應力特征，而且假定隧道支護結構施做前洞周圍巖發(fā)生了一定的變形，因此能夠反映出支護時機對圍巖變形和支護結構受力特性的影響。 （3）研究推導了深埋富水隧道考慮注漿加固情況下不排水圍巖特性曲線的解析公式。該項研究成果和方法可以為深埋富水隧道合理注漿圈參數(shù)確定提供參考。 項目研究成果對隧道不良地質(zhì)段圍巖失穩(wěn)機理的研究具有理論意義，對圍巖穩(wěn)定性控制技術制定等具有工程應用價值。在本項目資助下，培養(yǎng)碩士生3名，項目負責人以第一作者發(fā)表SCI論文4篇（同時被EI檢索），EI論文2篇。研究成果“軟弱圍巖隧道變形特征與穩(wěn)定性控制技術”獲得了中國鐵道學會科技進步一等獎。 2100433B

工作面圍巖的失穩(wěn)破壞和由此帶來的突涌水災害是鉆爆法海底隧道施工中遇到的突出問題，且在不良地質(zhì)段的表現(xiàn)尤為突出。本項目針對鉆爆法海底隧道的特點，在國內(nèi)外隧道工作面失穩(wěn)事故案例統(tǒng)計分析的基礎上，總結事故的主要類型、誘發(fā)因素、控制對策及其應用效果；采用室內(nèi)試驗對風化槽圍巖的力學特性進行測試，結合理論研究和試驗數(shù)據(jù)分析，得到鉆爆法海底隧道風化槽圍巖的工程地質(zhì)特征及物理力學特性；建立滲流作用下海底隧道工作面穩(wěn)定性分析的力學模型，揭示工作面圍巖變形的時空規(guī)律與漸進破壞特點、失穩(wěn)機制、演化過程，并結合室內(nèi)模型試驗和現(xiàn)場監(jiān)測的結果進行驗證、完善；建立以圍巖變形過程控制為核心的安全性判別標準和控制體系，探索鉆爆法海底隧道超前支護的作用機理。我國擁有近2萬公里長的海岸線，島嶼海灣更是星羅棋布，隨著我國交通事業(yè)的大發(fā)展，將有大批量的海底隧道投入建設。因此，本項目研究具有廣闊的市場前景和重要的社會意義。

施工過程中突涌水事故和運營期間排水量的控制是鉆爆法修建海底隧道的核心問題，而且在不良地質(zhì)段的表現(xiàn)尤為突出。為此本課題從水環(huán)境下的隧道圍巖穩(wěn)定性出發(fā)，研究受隧道施工影響的圍巖變形機理及其傳播規(guī)律，揭示隧道圍巖及上覆地層的分區(qū)破壞特征；針對不同的地層條件和隧道圍巖變形特點，建立圍巖失穩(wěn)機理力學模型，給出相應的破壞判據(jù)；基于隧道圍巖變形及破壞特點，提出海底隧道施工過程中的突水模式，建立突水危險性與圍巖變形的動態(tài)關系，揭示出典型災害的演化機理，由此形成安全事故與災害預測方法；從海底隧道工程安全的本質(zhì)特征出發(fā)，提出了圍巖穩(wěn)定性的評價指標、控制標準以及對地層加固的穩(wěn)定性要求，由此確定出隧道圍巖加固圈的厚度和密實度等指標要求；針對加固體的變形特性和突水機制，建立起動態(tài)調(diào)控和精細化過程控制系統(tǒng)理論；鑒于海底隧道圍巖穩(wěn)定性的特殊要求，在圍巖與初期支護結構耦合作用分析的基礎上，建立海底隧道滲流量預測模型。

從水環(huán)境下隧道圍巖的穩(wěn)定性出發(fā)，以圍巖的變形為核心研究受隧道施工影響的圍巖變形機理及其傳播規(guī)律，建立圍巖失穩(wěn)機理力學模型同時給出破壞判據(jù)，同時對圍巖的穩(wěn)定性進行預測與評價；基于隧道圍巖的變形及破壞特征，提出3種海底隧道施工下典型的突水模式，建立突水危險性與圍巖變形的動態(tài)關系，揭示出典型災害的演化機理，形成3種災害預測方法；從海底隧道的安全施工出發(fā)，提出圍巖穩(wěn)定性的評價指標及相應的控制標準，由此確定隧道圍巖加固圈的合理厚度及合理的頂板厚度等施工指標，針對加固體的變形特點及突水機理，建立動態(tài)調(diào)控和精細化過程控制系統(tǒng)理論；鑒于海底隧道圍巖穩(wěn)定性的特殊要求，基于復合式襯砌的理念，在圍巖與初期支護結構耦合作用分析的基礎上，建立海底隧道滲流量的預測模型。 2100433B

工作面順槽一般有兩條，即運輸順槽和回風順槽，運輸順槽設有皮帶輸送機，負責將工作面出煤運出，同時運輸順槽進風，回風順槽回風。