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常务副主编:李术才 
主办:山东大学
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  2025年, 第7卷, 第3期 刊出日期:2025-09-20 上一期   
全选: 合并摘要 显示图片
前沿综述
岩巷(隧道)智能化钻爆技术与装备研究现状及展望
岳中文, 刘化强, 刘伟, 金庆雨, 陈佳瑶
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 1-20.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.01
摘要 ( 47 )     PDF (22132KB) ( 11 )  
通过明晰制约钻爆法施工技术水平发展存在的工序复杂、设备落后、人力需求大及信息离散化等问题,可助力构建少人甚至无人化智能岩巷(隧道)开拓体系。基于此,对岩巷(隧道)智能化钻爆技术与装备的发展现状展开综合论述。首先阐述了智能钻爆法的基本概念与内涵,即采用AI等前沿科技构建具备信息深度自感知、智能优化自决策、精准控制自执行等功能特性的综合集成爆破技术。其次,系统总结了当前隧道智能化钻爆技术的研究现状,重点涵盖了爆破器材、透明地质技术、爆破参数智能设计、智能化钻爆施工技术与装备、精准爆破技术以及爆破质量管理的关键进展与存在的不足。最后,对未来岩巷(隧道)智能化钻爆技术与装备的发展趋势进行了展望,提出构建以数字化、自动化和智能化为核心的全生命周期智能掘进体系,以实现安全、高效、绿色的地下工程施工。
研究论文
短延时与底部装药对直眼掏槽爆破岩体损伤的影响
周子龙, 王培宇, 吴圣刚, 蔡鑫, 陈翠刚, 袁纪锋
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 21-36.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.02
摘要 ( 22 )     PDF (27156KB) ( 4 )  
为改善掏槽爆破孔底岩体破裂效果,建立直眼掏槽爆破三维数值模型,定量分析了延期时间与孔底装药结构对直眼掏槽爆破岩体损伤面积和分布特征的影响。结果表明,在小直径空孔直眼掏槽爆破过程中,随着到自由面距离的增加,岩体损伤范围和爆生裂纹分形维数呈现非线性减小的变化趋势,槽腔底部岩体破裂效果较差。短延时起爆能改善槽腔中下部区域岩体破裂效果,底部岩体损伤面积和分形维数随延期时间由0 ms增加至3 ms呈先升后减趋势,1 ms时效果最佳。延长空孔深度并在超深段设置底部装药可进一步提升槽腔底部岩体破裂程度。在此基础上开展现场试验,结果显示巷道爆破掘进效果显著提升,平均炮孔利用率提高9.1%。
岩石竖井三维爆破方案的自动化设计方法
赵高峰, 谢昕哲, 郝益民, 刘延龙, 李洁勇, 马洪素, 魏新栋
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 37-46.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.03
摘要 ( 25 )     PDF (6912KB) ( 6 )  
针对传统爆破设计依赖经验,存在效率低、精度不足等问题,提出一种基于理论计算与数学建模的爆破自动化设计方法。通过构建掏槽孔、辅助孔和周边孔的自动布置算法,结合装药结构与起爆顺序优化,可实现爆破方案的自动设计、爆破图表输出与三维可视化展示。通过岩石竖井实际工程应用验证,自动化爆破方案爆后井壁平整度和岩体破碎效果良好,验证了自动化爆破设计方案的可行性,为爆破设计提供了科学、高效的技术支持。
基于JHB-4D-LSM的含软弱夹层隧道围岩爆破动力分析
马建军, 沈琨越, 郑楠, 黄伟真, 肖海华
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 47-57.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.04
摘要 ( 31 )     PDF (33445KB) ( 10 )  
为精确模拟含软弱夹层的隧道爆破应力波传播过程,探究爆破振动穿越软弱层前后的动力响应规律,本研究基于JHB-4D-LSM(Johnson-Holmquist-Beissel-four-dimensional lattice spring model)连续-非连续方法,建立单孔爆破数值模型,重点分析不同爆破距离、夹层厚度及倾角等因素的影响。结果表明:基于JHB-4D-LSM模型模拟了隧道爆破应力波传播过程,计算结果与LS-DYNA模拟结果吻合较好,验证了该方法的有效性。软弱夹层的迎波面岩体局部应力集中、峰值应力增加,背波面岩体应力峰值降低;说明夹层具有双重作用,应波面应力增强及背波面应力衰减,且双重作用效应随着软弱夹层厚度的增加,呈正相关的关系,对施工安全控制具有指导意义。软弱夹层与炮孔距离越小,夹层迎波面岩体应力集中现象越明显,当两者的距离大于30 cm时,软弱夹层对应力传播的影响减小;软弱夹层倾角对爆破应力波传播的影响,主要取决于炮孔与软弱夹层的垂直距离,垂直距离越小,炮孔附近岩体的应力峰值越高,应力阻隔效应越明显。本研究结果为软弱层发育地区隧道爆破振动控制技术的优化提供了借鉴和参考。
三向围压与液氧爆破荷载耦合作用下红砂岩损伤破裂特征研究
王雁冰, 张芳平, 李守业, 彭会椿, 雷振
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 58-71.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.05
摘要 ( 29 )     PDF (13204KB) ( 9 )  
为弥补液氧爆破技术理论研究中围压耦合作用分析的不足,通过现场试验与LS-DYNA数值模拟相结合,利用液压真三轴加载系统,系统研究红砂岩试件的损伤演化规律。结果表明:围压显著影响爆破效果,无围压时裂纹长且分散,而围压增加则抑制裂纹扩展,使爆破能量集中、裂纹方向明确且数量减少;试件底部漏斗效应受多种因素影响且围压改变其几何参数,应变峰值与破坏现象相关且围压增加抑制应变增长;数值模拟进一步揭示岩体应力与损伤演化规律,显示围压抑制损伤扩展、降低钻孔周围能量峰值并使能量衰减变缓。本研究揭示了围压对液氧爆破损伤破裂特征的关键调控作用,为深部高应力岩石爆破提供了理论依据与实践参考。
节理岩体隧洞光面爆破轮廓成型的影响机制
马晨阳, 胡英国, 刘美山, 徐辰宇, 黄月君
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 72-82.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.06
摘要 ( 19 )     PDF (17917KB) ( 3 )  
针对节理岩体钻爆开挖超欠挖严重的问题,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)模型联合压剪与拉剪失效准则,开展不同节理特征条件下轮廓炮孔近区应力场分布及裂纹演化路径分析。研究结果表明:节理的倾角、厚度及强度特征显著影响裂缝扩展;节理与炮孔连线夹角呈45°时超欠挖最严重,形成较为明显的“Z”字形轮廓;节理强度越弱、宽度越大,对爆炸应力波的阻隔作用和拉伸破坏作用越强。结合节理特征对轮廓成型的影响机制与实际效果,提出光爆孔“空孔诱导”布设方案及起爆时序优化措施,丰富了光面爆破定向断裂及轮廓成型理论。
不耦合偏心装药孔壁压力与岩体动态响应特性数值模拟研究
金阳,姚颖康,刘汶,姬付全,曹昂
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 83-92.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.07
摘要 ( 32 )     PDF (9805KB) ( 11 )  
为研究偏心装药结构的爆破特性,使炸药的能量得到充分利用和精确释放,本研究运用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,研究多种不耦合系数下偏心装药结构爆破的孔壁压力和岩体动态响应。通过建立三维数值模拟模型,研究偏心装药工况下不耦合系数K=2.0、1.56、1.25以及同心装药工况下K=1.0的孔壁压力、岩体损伤情况以及爆炸地震波能量通量变化情况。结果表明:偏心装药工况下,装药段耦合侧与不耦合侧的孔壁峰值压力随不耦合系数增大相差越大,耦合侧的孔壁峰值压力为不耦合侧的4~11倍;距离装药段较远处的非装药段耦合侧和不耦合侧孔壁压力几乎不受偏心装药结构的影响,同一位置处耦合侧与不耦合侧孔壁压力数值相差较小,但孔壁压力仍随不耦合系数的增大而减小;偏心装药结构装药段和非装药段的损伤区域都出现了“偏心效应”,裂隙区体积是粉碎区体积的8~15倍,裂隙区体积和地震波能量通量的峰值都随不耦合系数的增大而减小。
基于SPH-FEM耦合模拟的隧道深埋排水沟爆破技术优化研究
张海兰, 吴云鹏, 邹仁, 马晓龙, 李坤泰, 高启栋, 牛磊, 周海孝
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 93-104.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.08
摘要 ( 27 )     PDF (17480KB) ( 6 )  
为提高通排水效率并保障隧道运行安全,依托青海赛尔龙2号隧道施工,建立了SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics-finite element method)耦合计算模型,对比了不同布孔方式(垂直布孔与楔形布孔)下的岩石损伤演化、爆破槽腔尺寸及岩石抛掷效果。研究结果表明:垂直布孔与楔形布孔条件下,岩体整体损伤范围基本一致,但楔形布孔时沟槽底板易产生超欠挖,不利于爆破成型控制。不同布孔方式下爆破轮廓形状相近,相比于垂直布孔,采用楔形布孔更有利于提升槽腔体积与槽腔口面积。从轮廓成型效果及粒子抛掷效率的角度,对楔形钻孔炮孔布置方案进行了优化,可在保证轮廓成型效果及粒子抛掷数量的同时,降低粒子的抛掷速度,为深埋排水沟高效成型提供参考。
拱盖法隧道拱脚爆破围岩破坏特征与参数优化
王浩赟, 张万志, 张恒, 孙岩峰, 袁铭占
隧道与地下工程灾害防治. 2025, (3): 105-114.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2025.03.09
摘要 ( 24 )     PDF (13439KB) ( 6 )  
为解决隧道拱脚爆破开挖超挖严重、岩体损伤过大问题,以青岛地铁6号线地铁车站拱盖法爆破开挖为工程背景,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,优化拱脚爆破的炮孔与装药量参数,研究拱脚岩体爆生裂缝扩展、贯通演化过程和岩体损伤特征,提出长短孔嵌套布孔方法。研究结果表明:长短孔爆破后孔周裂纹密集、连通,有利于开挖轮廓的成形;与常规周边孔布设相比,爆生自由面一侧和围岩深处一侧的破碎岩体面积均较小,分别减小19.4%和29.2%;采用优化后拱脚爆破参数,拱脚开挖轮廓圆顺,超挖小、无欠挖;与优化前爆破开挖相比,最大超挖值减小59.4%,显著改善爆破效果,提高了爆破开挖质量。
节理岩体隧洞光面爆破轮廓成型的影响机制
马晨阳, 胡英国, 刘美山, 徐辰宇, 黄月君
录用日期:2025-09-09
基于SPH-FEM耦合模拟的隧道深埋排水沟爆破技术优化研究
张海兰、吴云鹏、邹仁、马晓龙、李坤泰、高启栋、牛磊、周海孝
录用日期:2025-09-03
岩巷(隧道)智能化钻爆技术与装备研究现状及展望
岳中文, 刘化强, 刘伟, 金庆雨, 陈佳瑶
录用日期:2025-08-26
基于JHB-4D-LSM的含软弱夹层隧道围岩爆破动力分析
马建军, 沈琨越, 郑楠, 黄伟真, 肖海华
录用日期:2025-08-22
围压作用下锚杆锚固结构动态拉拔数值试验研究
于水生, 张鸿, 孙玉周, 赵毅, 陆书灿
录用日期:2025-08-21
基于多尺度地质特征增强与深度卷积网络的隧道掌子面围岩等级智能评估
钟浩, 张永平, 蔡先庆, 袁松, 孔庆轩, 孙浩, 郭胜
录用日期:2025-08-18
拱盖法隧道拱脚爆破围岩破坏特征与参数优化
王浩赟, 张万志, 张恒, 孙岩峰, 袁铭占
录用日期:2025-08-17
岩石竖井三维爆破方案的自动化设计方法
赵高峰, 谢昕哲, 郝益民, 刘延龙, 李洁勇, 马洪素, 魏新栋
录用日期:2025-08-14
三向围压与液氧爆破荷载耦合作用下红砂岩损伤破裂特征研究
王雁冰 , 张芳平, 李守业, 彭会椿, 雷振
录用日期:2025-08-07
三维激光扫描在大变形隧道中的变形监测应用
李行
录用日期:2025-08-07
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1. 压缩空气储能电站地下硐库的基本概念、设计理念与方法 收藏
孙冠华,朱开源,纪文栋,易琪,耿璇,于显杨
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 14-23.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.02
摘要   PDF (7725KB)  
从工程角度归纳和总结压缩空气储能地下硐库的基本概念,解析硐库的基本结构,分析硐库在运营期间受到的主要荷载特征;在此基础上改进柔性密封结构的基本设计理念,建议在地下储气硐库的设计中采用可靠度设计方法,为压缩空气储能地下硐库的设计、运营和维护提供指导和依据。
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2. 水封洞库地下水位监测资料分析与利用 收藏
张宜虎,刘倩,高锡敏,丁长栋,罗荣,胡伟
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 24-35.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.03
摘要   PDF (11272KB)  
基于国内某大型水封洞库工程2015—2020年35个监测孔的地下水位监测资料,综合考虑库区施工进度及前期勘测获取的地质构造信息,系统分析库区地下水位的变化特征及变化原因,揭示地下洞室开挖与人工水幕系统对洞库区地下水位的影响以及库区可能存在的水封性不足的风险区域。根据地下水位时序变化与施工进度的对应关系,洞库区地下水位动态变化主要分为3类:水位基本稳定型、水位下降与邻近洞段开挖时间对应型、水位下降晚于邻近洞段开挖时间型。结合监测孔的空间分布及地下洞室施工进度发现:地下洞室开挖后库区整体地下水位均有所降低,但大部分区域在安全水位(-25 m)以上,人工水幕系统作用显著;西南侧局部区域地下水位受断层F2和F3以及节理裂隙密集带L4和L8的影响,在监测末期仍远低于安全水位(-25 m),存在水封性不足的风险。库区地下水位的动态变化特征与地下洞室的施工进度和质量联系紧密,地下水位的系统监测与及时分析反馈十分必要,亟需编制水封洞库地下水监测专项规范,推动水封洞库工程的全过程、全覆盖地下水位监测,提高水封洞库工程的施工效率。
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3. 压气储能地下内衬洞室建设中若干关键问题研究进展 收藏
王者超,李嘉祥,郝薛将,李明辉,张武,刘杰
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 1-13.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.01
摘要   PDF (6838KB)  
系统介绍地下压气储能技术的发展历史、地下结构组成及其作用,重点讨论压气储能地下内衬式洞室技术的研究进展。针对压气储能地下内衬式洞室存在的极限存储压力、注采气过程中的热力学效应和洞室衬砌密封性能等3个关键问题,系统总结研究进展与当前认识,分析现有研究存在的问题与不足,并对压气储能地下内衬式洞室的未来研究方向提出建议。
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4. 扩建洞库爆破振动对运营洞库稳定性影响 收藏
王敬奎,彭建宇,王者超,李康林
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 36-44.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.04
摘要   PDF (9553KB)  
为确保已建运营洞库的稳定性,对邻近扩建洞库钻爆法开挖进行爆破振动分析,明确其对已建运营洞库稳定性的影响。依托国内某地下水封洞库工程,采用LS-DYNA建立三维数值计算模型,开展爆破振动模拟,并通过峰值振速、有效应力等评价其对运营洞库影响。研究结果表明:主洞室1监测点振速为0.1~0.8 cm/s,主洞室2监测点振速为0.045~0.350 cm/s,且最大峰值速度出现在与波的传播方向较为一致的方向;最大单段炸药量影响峰值振速(合速度)和有效应力,炸药量越多,振速和有效应力越高,最大峰值振速可增大200%;在最大单段炸药量小于65 kg的条件下,距爆源最近处的有效应力和合速度均小于安全规程规定,扩建洞库爆破施工对运营洞库影响较小,无安全隐患。结合现场爆破振动监测数据,验证了此模拟结果的正确性。
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5. 深层地热能开采与储能系统模拟研究 收藏
王佳铖, 赵志宏, 陈进帆, 贺洁, 周露明, 谭现锋
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 84-93.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.09
摘要   PDF (13769KB)  
为研究深层地热能常规开采与储能相结合的系统在可持续开采条件下的性能,共定义7个评价指标,其中热突破时间、水位降深和地表沉降用于评价深层地热能的可持续开采,可采地热能、储存能量、能量增益系数和能量回收率用于评价系统的储能运行效果。利用井-储系统多场耦合数值模拟方法,基于鄄城地热田的两采一灌地热井系统,解释季节性地热开采和储能情况下的深层热储热-水-力多场耦合过程,验证所提出的评价指标的合理性与适用性。结果表明:在常规地热开采的基础上增加夏季地热储能后,冬季可采地热能增加约360%,该系统可满足热突破时间、水位降深和地表沉降这3个可持续开采评价指标的要求。建议在未来的地热开发过程中加入储能,促进更大规模和更高质量地开发利用深层地热能。
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6. 隧洞突水突泥次生灾害诱因与防治技术 收藏
郝俊锁, 刘俊峰, 刘浩, 赵明蕃
隧道与地下工程灾害防治    2023, 5 (4): 81-92.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2023.04.09
摘要   PDF (3198KB)  
为探究地下工程突水突泥次生灾害主要影响因素以及控制方法,通过总结2010年以来有关案例,总结孕灾环境与致灾因子,提出突水突泥次生灾害预防与控制技术。以滇中引水狮子山隧洞穿越FⅢ-71断层二次突水突泥为例,探明该地质段灾害成因,将次生灾害演变过程分为3个阶段:孕育阶段、潜存阶段和诱发阶段;提出改善外部环境的状态、阻断灾变演化路径、提高防突层承受能力的方法防止突水突泥再次发生,为隧洞突水突泥次生灾害处置提供经验指导。
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7. 煤矿巷道储油关键技术分析 收藏
韩桂武,郭书太,周锐
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 54-63.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.06
摘要   PDF (2607KB)  
为深入理解煤矿巷道储油改建工程的设计原理和关键技术,通过文献综述和具体储油工程案例归纳总结出煤矿巷道建库的关键技术及其工程应用情况:用于储油的废弃矿井选址需保证矿区地壳稳定,地质构造简单,巷道围岩岩石为坚硬岩或较坚硬岩,巷道围岩完整或较完整,围岩岩体透水性弱,有稳定地下水位;煤矿巷道围岩的渗透率离散性较大、局部或整体不满足围岩水压大于储库内油、气压之和时,需通过降低岩体的渗透性和流体动力遏制法进行改建,实现对储库巷道的包裹进而控制油品的泄漏;计算煤矿巷道储油能力时,需考虑巷道地质条件、水幕系统、储油库泵坑、水垫层及封堵断面等空间占用的修正系数,还应综合附近港口码头运输的油品供给量,最终确定煤矿巷道储油库的建设规模。
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8. 水封洞库施工过程稳定性评价及断层影响分析 收藏
付长波,洪成华,王者超,王鹏宇,李崴
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 45-53.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.05
摘要   PDF (7858KB)  
为研究多个断层与地下洞群相交情况下的围岩稳定性,基于Hoek-Brown修正后的岩体物理力学参数,采用FLAC3D软件中的莫尔-库仑模型作为本构模型,对某地下水封洞库项目的围岩稳定性进行研究。研究结果表明:随着开挖阶段的推进,主洞室侧墙位移逐渐增大;在全断面开挖后,主洞室侧墙位移普遍大于拱顶和底板位移,大部分洞室的侧墙以及部分洞室的底板和拱顶出现应力集中现象和塑性区;当断层靠近主洞室但未与其相交时,洞室和断层之间形成不稳定岩体区域,该区域的岩体会向洞室内部滑动,并会产生较大的位移;当断层与主洞室相交时,不稳定岩体区域消失,此时位移形式与无断层时类似,断层会引发围岩应力的释放,并会使附近围岩出现较为严重的塑性变形。在地下水封洞库施工过程中,需要重点监测直接穿越断层位置及其前后位置。
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9. 某海岛地下水封油库渗流场数值模拟 收藏
彭益, 张文, 王汉勋, 张彬, 孙哲
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 94-104.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.10
摘要   PDF (12446KB)  
以某海岛地下水封油库项目为工程依托,基于达西定律和溶质运移相关理论,利用有限元软件COMSOL分析在不同设计方案下洞室渗流场的变化情况,对洞室的水封安全性做出评价,并研究了库区海水入侵的发展程度。研究表明:该项目需要设置水平水幕,且水平水幕的设计压力值不应小于0.2 MPa,主洞室埋深变化对水封性影响较小,建议埋深为-45 m;在主洞室全开挖未储油的情况下,海水会入侵至主洞室内,呈现先快后慢、从主洞室底部侵入的特点。
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10. 地下水封洞库帷幕灌浆试验与渗控效果分析 收藏
丁长栋,张宜虎,李领,罗荣,范雷,丁祥,曹磊
隧道与地下工程灾害防治    2024, 6 (1): 64-72.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2024.01.07
摘要   PDF (9334KB)  
以某地下水封洞库为背景,针对工程区内导水构造发育引起的洞室渗涌水问题,引入帷幕灌浆技术进行封堵,并通过现场试验和数值模拟等手段研究帷幕灌浆对岩体渗透性的影响规律及其在洞库工程中的渗控效果。结果表明:帷幕灌浆分序实施过程中,经Ⅰ序孔灌浆后,Ⅱ序孔部位岩体的渗透性减弱,灌前透水率和单位耗灰量的分序递减规律较好。岩体渗透性较大时,其可灌性好、耗灰量大,在Ⅱ序孔灌浆时透水率和单位耗灰量降低明显,岩体降渗效果较显著。帷幕灌浆Ⅰ序孔的灌前透水率与灌浆孔段埋深有关,在爆破影响范围以外,应适当提高灌浆压力,增大耗灰量,达到更好的灌浆效果。渗流场分析揭示防渗帷幕对于降低灌浆范围内导水构造的渗透性具有积极作用,可以部分截断天然地下水沿主要导水构造向洞室内渗漏,在一定程度上控制洞室整体渗水量。
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隧道与地下工程灾害防治    2023, 5 (4): 1-8.   DOI: 10.19952/j.cnki.2096-5052.2023.04.01
摘要   PDF (4242KB)  
采用泡沫剂和活性氧化镁双掺对盾构渣土进行协同改良。通过流动性、泌水率及抗压强度系列试验得到不同泡沫剂和活性氧化镁掺量下的改良土流动度、泌水率以及抗压强度变化规律。结果表明:改良后的流动化回填土具备良好的流动性与固化强度;通过调节泡沫剂和活性氧化镁掺量,可得到流动度为180~320 mm、泌水率小于5%、28 d强度为0.6~1.2 MPa的流动化回填土,适用于更广泛的工程需求。
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