鑽爆法海底隧道風化槽圍岩工作面破壞模式研究

《鑽爆法海底隧道風化槽圍岩工作面破壞模式研究》是依託北京工業大學，由李鵬飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鑽爆法海底隧道風化槽圍岩工作面破壞模式研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李鵬飛
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

工作面圍岩的失穩破壞和由此帶來的突湧水災害是鑽爆法海底隧道施工中遇到的突出問題，且在不良地質段的表現尤為突出。本項目針對鑽爆法海底隧道的特點，在國內外隧道工作面失穩事故案例統計分析的基礎上，總結事故的主要類型、誘發因素、控制對策及其套用效果；採用室內試驗對風化槽圍岩的力學特性進行測試，結合理論研究和試驗數據分析，得到鑽爆法海底隧道風化槽圍岩的工程地質特徵及物理力學特性；建立滲流作用下海底隧道工作面穩定性分析的力學模型，揭示工作面圍岩變形的時空規律與漸進破壞特點、失穩機制、演化過程，並結合室內模型試驗和現場監測的結果進行驗證、完善；建立以圍岩變形過程控制為核心的安全性判別標準和控制體系，探索鑽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，隨著我國交通事業的大發展，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。

結題摘要

海底隧道憑藉其抵抗惡劣氣候條件的能力強、對環境影響小、不影響航運、戰備功能高等優點，逐漸成為跨越海峽交通的首選方式。世界各地已經修建和準備修建的海底隧道數量越來越多，且絕大部分是採用鑽爆法修建的。工作面圍岩的失穩破壞和由此帶來的突湧水災害是鑽爆法海底隧道施工中遇到的突出問題，且在風化槽圍岩等不良地質段的表現尤為突出。我國擁有近2萬公里長的海岸線，隨著我國交通事業的大發展，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。 本項目依託廈門翔安隧道工程，獲得了風化槽圍岩的物理力學特性，分析了各參數對工作面穩定性的影響規律；通過對隧道施工影響下風化槽圍岩的變形特徵分析，揭示了鑽爆法海底隧道滲流作用下風化槽圍岩工作面失穩的力學機制，提出了分析方法；分析了超前注漿範圍和加固程度等參數對隧道工作面穩定性影響規律，提出了最佳化的超前支護設計參數。 本項目重要成果如下： （1）依託廈門翔安海底隧道，系統研究了風化槽圍岩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式的斷面形狀最佳化方法和最佳化結果。 （2）研究推導了能夠計算海底隧道襯砌與圍岩應力與變形特徵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岩變形與應力特徵，而且假定隧道支護結構施做前洞周圍岩發生了一定的變形，因此能夠反映出支護時機對圍岩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岩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確定提供參考。 項目研究成果對隧道不良地質段圍岩失穩機理的研究具有理論意義，對圍岩穩定性控制技術制定等具有工程套用價值。在本項目資助下，培養碩士生3名，項目負責人以第一作者發表SCI論文4篇（同時被EI檢索），EI論文2篇。研究成果“軟弱圍岩隧道變形特徵與穩定性控制技術”獲得了中國鐵道學會科技進步一等獎。