钻爆法海底隧道风化槽围岩工作面破坏模式研究

海底隧道凭借其抵抗恶劣气候条件的能力强、对环境影响小、不影响航运、战备功能高等优点，逐渐成为跨越海峡交通的首选方式。世界各地已经修建和准备修建的海底隧道数量越来越多，且绝大部分是采用钻爆法修建的。工作面围岩的失稳破坏和由此带来的突涌水灾害是钻爆法海底隧道施工中遇到的突出问题，且在风化槽围岩等不良地质段的表现尤为突出。我国拥有近2万公里长的海岸线，随着我国交通事业的大发展，将有大批量的海底隧道投入建设。因此本项目研究具有广阔的市场前景和重要的社会意义。 本项目依托厦门翔安隧道工程，获得了风化槽围岩的物理力学特性，分析了各参数对工作面稳定性的影响规律；通过对隧道施工影响下风化槽围岩的变形特征分析，揭示了钻爆法海底隧道渗流作用下风化槽围岩工作面失稳的力学机制，提出了分析方法；分析了超前注浆范围和加固程度等参数对隧道工作面稳定性影响规律，提出了优化的超前支护设计参数。 本项目重要成果如下： （1）依托厦门翔安海底隧道，系统研究了风化槽围岩段支护结构的受力特性，提出了以支护结构受力安全性为目标函数的断面形状优化方法和优化结果。 （2）研究推导了能够计算海底隧道衬砌与围岩应力与变形特征的平面应变模型及其解析解。本计算模型不仅能够反映出渗流作用下深埋隧道围岩变形与应力特征，而且假定隧道支护结构施做前洞周围岩发生了一定的变形，因此能够反映出支护时机对围岩变形和支护结构受力特性的影响。 （3）研究推导了深埋富水隧道考虑注浆加固情况下不排水围岩特性曲线的解析公式。该项研究成果和方法可以为深埋富水隧道合理注浆圈参数确定提供参考。 项目研究成果对隧道不良地质段围岩失稳机理的研究具有理论意义，对围岩稳定性控制技术制定等具有工程应用价值。在本项目资助下，培养硕士生3名，项目负责人以第一作者发表SCI论文4篇（同时被EI检索），EI论文2篇。研究成果“软弱围岩隧道变形特征与稳定性控制技术”获得了中国铁道学会科技进步一等奖。 2100433B

工作面围岩的失稳破坏和由此带来的突涌水灾害是钻爆法海底隧道施工中遇到的突出问题，且在不良地质段的表现尤为突出。本项目针对钻爆法海底隧道的特点，在国内外隧道工作面失稳事故案例统计分析的基础上，总结事故的主要类型、诱发因素、控制对策及其应用效果；采用室内试验对风化槽围岩的力学特性进行测试，结合理论研究和试验数据分析，得到钻爆法海底隧道风化槽围岩的工程地质特征及物理力学特性；建立渗流作用下海底隧道工作面稳定性分析的力学模型，揭示工作面围岩变形的时空规律与渐进破坏特点、失稳机制、演化过程，并结合室内模型试验和现场监测的结果进行验证、完善；建立以围岩变形过程控制为核心的安全性判别标准和控制体系，探索钻爆法海底隧道超前支护的作用机理。我国拥有近2万公里长的海岸线，岛屿海湾更是星罗棋布，随着我国交通事业的大发展，将有大批量的海底隧道投入建设。因此，本项目研究具有广阔的市场前景和重要的社会意义。

施工过程中突涌水事故和运营期间排水量的控制是钻爆法修建海底隧道的核心问题，而且在不良地质段的表现尤为突出。为此本课题从水环境下的隧道围岩稳定性出发，研究受隧道施工影响的围岩变形机理及其传播规律，揭示隧道围岩及上覆地层的分区破坏特征；针对不同的地层条件和隧道围岩变形特点，建立围岩失稳机理力学模型，给出相应的破坏判据；基于隧道围岩变形及破坏特点，提出海底隧道施工过程中的突水模式，建立突水危险性与围岩变形的动态关系，揭示出典型灾害的演化机理，由此形成安全事故与灾害预测方法；从海底隧道工程安全的本质特征出发，提出了围岩稳定性的评价指标、控制标准以及对地层加固的稳定性要求，由此确定出隧道围岩加固圈的厚度和密实度等指标要求；针对加固体的变形特性和突水机制，建立起动态调控和精细化过程控制系统理论；鉴于海底隧道围岩稳定性的特殊要求，在围岩与初期支护结构耦合作用分析的基础上，建立海底隧道渗流量预测模型。

从水环境下隧道围岩的稳定性出发，以围岩的变形为核心研究受隧道施工影响的围岩变形机理及其传播规律，建立围岩失稳机理力学模型同时给出破坏判据，同时对围岩的稳定性进行预测与评价；基于隧道围岩的变形及破坏特征，提出3种海底隧道施工下典型的突水模式，建立突水危险性与围岩变形的动态关系，揭示出典型灾害的演化机理，形成3种灾害预测方法；从海底隧道的安全施工出发，提出围岩稳定性的评价指标及相应的控制标准，由此确定隧道围岩加固圈的合理厚度及合理的顶板厚度等施工指标，针对加固体的变形特点及突水机理，建立动态调控和精细化过程控制系统理论；鉴于海底隧道围岩稳定性的特殊要求，基于复合式衬砌的理念，在围岩与初期支护结构耦合作用分析的基础上，建立海底隧道渗流量的预测模型。 2100433B

工作面顺槽一般有两条，即运输顺槽和回风顺槽，运输顺槽设有皮带输送机，负责将工作面出煤运出，同时运输顺槽进风，回风顺槽回风。