泥巴山深埋特长隧道岩体工程问题研究

该作品获得第三届“三个一百”原创出版工程科学技术类作品奖。 2100433B

《泥巴山深埋特长隧道岩体工程问题研究》主要根据交通部西部交通建设科技项目“大相岭泥巴山深埋特长隧道关键技术研究”部分专题研究成果而著。共13章和附录，分别阐述了泥巴山深埋特长隧道区域地质环境条件、隧址区岩体结构及其工程特性、地应力场特征和岩体力学特性；预测了隧道岩爆特征及其危险性、程度及分布；在界定隧道围岩大变形定量标准基础上系统预测了隧道大变形的严重程度；分析预测了隧道及断层涌突水量、涌突水形式及其动态特性和隧道高程附近岩温情况。在总结研究成果和泥巴山隧道勘察论证经验，以及国内外主要建成和在建深埋特长隧道勘察论证成果资料基础上，提出了深埋特长隧道地质勘察及论证技术要点。　《泥巴山深埋特长隧道岩体工程问题研究》可作为从事隧道或隧道工程研究、勘察、设计、施工技术人员和从事相关技术工作的管理人员、高等院校研究生的参考书。

本课题通过现场调查和资料分析，研究了灾害形成机制及分类；通过现场和实验室测试的钻探、地质 CT、高精度地质雷达等无损检测方法针对具体灾害点不同岩体结构的岩溶化岩体内部岩溶发育程度进行了研究；通过现场及实验室的直剪试验和三轴试验以及监测数据的反分析和模拟试验、得到了深埋隧道突水灾害点不同岩体结构和不同岩溶发育程度的岩体及结构面强度指标；通过三维数值模拟，得到了隧道围岩突水灾害临界厚度取值标准和取值范围。以数值模拟计算的结果为样本，结合沪昆高速铁路等岩溶山区铁路隧道岩溶突水灾害的实际案例资料，建立了深埋隧道岩溶突水灾害风险评价模型，研究了风险评价指标体系、风险评价标准，建立了隧道岩溶突水灾害风险评方法，建立了基于风险的溶洞和隧道开挖面之间临界安全厚度的分析评价方法。

通过现场调查和资料分析，掌握典型灾害点的岩体结构特征，研究灾害形成机制及分类；通过现场和实验室测试的钻探、地质CT、高精度地质雷达等无损检测方法掌握针对具体灾害点不同岩体结构的岩溶化岩体内部岩溶发育程度，通过数理统计和分形的计算，得到岩溶化程度的量化指标；通过现场及实验室的直剪试验和三轴试验以及监测数据的反分析和模拟试验、得到深埋隧道突水灾害点不同岩体结构和不同岩溶发育程度的岩体及结构面强度指标，建立相关关系；通过三维数值模拟，得到隧道围岩突水灾害临界厚度取值标准和取值范围。以数值模拟计算的结果为样本，结合沪昆高速铁路等岩溶山区铁路隧道岩溶突水灾害的实际案例资料，应用数理统计分析方法及神经网络和模糊数学的分析方法，研究建立深埋隧道岩溶突水灾害风险评价模型，研究风险评价指标体系、风险评价标准，建立隧道岩溶突水灾害风险评方法，建立基于风险的溶洞和隧道开挖面之间临界安全厚度的分析评价方法。

特长深埋高速铁路隧道的数量日益增多，且隧道内高温高湿环境危及隧道内列车运行的安全性和可靠性、电气设备的正常运行以及作业人员的身体健康和工作效率，给隧道内热湿环境保障带来了全新的课题。课题以理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法，研究了特长深埋高速铁路隧道高温高湿环境的形成机理和控制。主要研究内容如下：通过数值模拟和模型实验研究了特长深埋高速铁路隧道施工期热湿环境形成机理和影响因素，以及施工通风和喷雾降温对热湿环境的控制效果，探讨了单纯施工通风和喷雾降温的适用条件。建立了运营期特长深埋高速铁路隧道热湿环境数学模型，研究了外界气温、隧道长度、列车速度、岩土层初始温度等不同因素影响下隧道内空气温度分布及变化规律。针对目前特长隧道运营期主要控温手段—纵向式通风加竖井辅助的通风方式，研究了隧道内热湿环境的控制效果及变化规律。此外，对应用相变墙体和地源热泵控制隧道高温环境进行了初步研究。研究表明：在施工期热湿环境控制方面，对于独头送风，15m/s的送风速度更有利于高壁温隧道施工通风；受限壁温与送风温度满足ts=63.86-1.3t0，如果壁面温度超过这个值，考察区域的温度将不能满足施工要求。对于喷雾降温，隧道内湿度最高可到达65%左右；湿度超过22.5g/kg时，喷雾降温效果变差，不再适用于隧道降温，但可以作为辅助手段使用。隧道运营期岩土层初始温度和外界空气温度对隧道内热环境分布和变化的影响较大，空气的绝对湿度大体沿气流的方向从隧道进口到出口呈线性增加，正常情况下空气温升减小对相对湿度的影响大于渗水增加对相对湿度的作用。列车运行过程中，隧道竖井会将大量外界冷空气引入隧道，因此可有效利用竖井对隧道内空气进行降温。 2100433B