深埋隧道具有地应力高、渗透压大和灾害源广等特点,突涌水工程灾害风险较大,部分工段多采用钻爆法开挖。深埋隧道钻爆法开挖段突涌水成灾机制较为复杂,具有隐蔽性、复杂性、突发性和破坏性的特点,现有相关理论和技术研究存在着灾害源探测及辨识不明、突涌水灾害形成机制认识不清、恶性灾害预防控制不力等问题,已不能完全适用,工程灾害防控成为亟待解决的关键科技难题。从深埋隧道钻爆法开挖段突涌水的灾害源探测、成灾机制和灾害防控三方面对现有研究进行剖析,对深埋隧道钻爆法开挖段突涌水灾害研究的重点和方向提出三点建议:第一,要探明不良地质体和围岩结构,需要基于相对成熟的技术成果,结合实际工况融合多种超前地质探测方法,动态补探,充分吸收大数据强大的分析能力进行关联分析、模式识别,逐渐逼近“真解”,做到定量化、精确化探测,形成多方法多设备的综合超前地质预报技术体系;第二,从能量储存与释放的角度建立灾害源的灾变模式,揭示突涌水灾害的发生条件和突发机制,发展隔水隔泥层安全性计算方法,将现有研究成果应用到实际工程方面;第三,要做到突涌水灾害的准确预警和有效控制,需要研究建立针对深埋隧道钻爆法开挖段的风险评估理论,根据隧道洞内围岩及其上覆岩层地质条件,将不同的治水技术有机结合起来,以求实现技术、经济、资源和环境利益的最大化。

由于隧道沿线众长,人工检测效率低下且主观性强,需要自动化、信息化的监测检测方式来进行日常的运营维护管理,及时进行病害诊断和防治。介绍隧道中常见的几种病害和目前国内外常用的几种监测检测技术,分析各自的特点和检测能力。简述无人机、巡检车、巡检机器人3种常见巡检系统装备,对其使用条件和环境进行了分析。对隧道智能监测检测未来的发展趋势进行展望,提出运用多种综合测检测技术,结合人工智能和大数据分析是未来隧道监测检测智能化发展的趋向。

隧道排水管结晶堵塞病害的防治对隧道结构安全和隧道正常运营至关重要。在系统梳理国内外研究资料的基础上,对隧道排水管结晶过程及机理进行分析总结,将隧道排水管中结晶过程概括为三个主要阶段:地下水对喷射混凝土的渗透过程,混凝土中钙的溶出过程,排水管中结晶体的沉积过程。基于结晶体物质来源与其结晶过程,将影响隧道排水管结晶堵塞的因素分为内因和外因两大类,内因包括地下水水质类型、围岩类型、喷射混凝土特性三类,外因包括排水管中溶液特性(包括溶液中CO₂含量、pH值、含盐量、水流流速)、环境因素(温度、压力)和工程因素三类,并详细进行阐述;并从排水系统设计、排水管材质以及混凝土配合比方面对排水管结晶堵塞的预防技术进行探讨;对隧道排水管结晶堵塞的机械、物理、化学、生物处置方法进行详细论述和评析。本研究可为隧道排水管结晶堵塞病害的防治提供理论参考。

近年来在一些超特长引水隧洞中,多台TBM多头掘进的施工方式不断出现,形成了TBM集群施工的特色,北疆供水二期工程是其中的典型代表。该工程地质条件复杂,施工面临着塌方、突涌水、高地下水位软岩大变形、TBM卡机等诸多灾害风险,存在多处高风险洞段,开展超前地质预报工作十分必要。针对工程集群施工特点和超前地质预报工作面临的挑战,分析依托工程的地质条件与主要灾害风险,对比目前常用超前地质预报技术的特点,重点讨论TBM集群施工环境下超前预报方法的适用性以及面临的技术挑战,并提出相应的对策。进一步展望TBM超前地质预报技术的发展方向,建议在TBM集群超前预报专家决策与融合诊断、稳健高效的实时超前地质预报技术、超前地质预报结果的正确利用与施工许可、基于地质岩体信息透明化的TBM智能化掘进、TBM超前地质预报的标准化等五个方面进行重点研发和超前部署,为今后TBM集群施工中的超前预报工作提供参考。

城市建设发展加速,“城市病”日益突出,地下空间开发利用愈显重要。通过转变城市发展方式,科学规划地下空间开发利用,汲取国际成功经验,注重品质发展,可以实现地下空间开发的多功能利用,实现统筹缓解城市灾害、交通拥堵、空气污染、城市内涝等“城市病”。同时,以地下综合管廊建设和海绵城市建设为契机,及时解决当前存在的法规体系建设和管理体制改革问题,实现人与自然和谐共生,推进城市生态文明建设迈向新高度,推动美丽城市建设。

由于深部岩石处于高地应力、高地温、高渗透压的复杂地质环境下,现有的岩石力学理论已不能很好地解释深部岩石在开采、爆破或地震等动态荷载下的力学特性及破坏机理。近几十年来,国内外诸多学者对岩石动态力学开展了大量的室内试验研究,在岩石的动态压缩、拉伸、断裂和剪切等基本力学特性方面取得了丰硕的成果。由于深部岩石所处地质环境的复杂性,这些岩石动力学的成果有待扩充以考虑深部岩石的特殊赋存环境的影响。结合已有的动力学研究方法,考虑高温、含水、以及原位应力对岩石动态力学特性的影响,是深部岩石工程的关键问题。对考虑深部赋存条件的高应力、高温和含水条件下岩石动态力学特性研究现状进行系统的总结,从试验系统原理、分析方法和试验结果3个方面归纳针对深部赋存条件下岩石动态测试方法及其力学响应特性,并对深部岩石动态力学这一新兴的岩石力学研究方向进行展望。

随着铁路、水利、矿山等工程的发展,越来越多的硐室需要在深部开挖。工程爆破开挖和断层滑移等动力荷载严重影响着地下硐室围岩的稳定性。利用有限差分软件FLAC3D,对地下硐室在爆破和断层滑移作用下的围岩稳定性进行模拟,引入地震动峰值速度(peak ground velocity,PGV),利用萨道夫斯基公式和McGarr公式拟合得到不同震源机制下围岩PGV的数学关系式。结果表明,在爆破荷载作用下,地下硐室与震源间的距离对硐室稳定性影响显著,萨道夫斯基变形公式可以很好的表征围岩体响应的PGV,但McGarr变形公式不适用;在断层滑移作用下,萨道夫斯基变形公式和McGarr变形公式拟合度低,滑移角度对硐室的稳定性影响更大。深部地下硐室支护应考虑震源的影响,如PGV等,对于断层滑移产生的震源需要考虑滑移角度对PGV的影响。以上结论为岩土工程地下硐室开挖及支护提供数据支撑与理论依据。

回顾双模盾构机/TBM发明的背景,对多模式盾构机/TBM进行定义和分类,阐释不同类型的双模盾构机/TBM的工作原理,明确双模盾构机/TBM适用的地层和环境,对双模盾构机/TBM的使用进行总结和展望,对类似地层和环境条件下的掘进机施工具有重要的借鉴意义和指导作用。

我国铁路工程建设方兴未艾,复杂地质条件下隧道工程建设将面临越来越多的挑战。介绍突水突泥、塌方、大变形、岩爆、有害气体、高地温、冻害等7种铁路隧道建设期典型的工程灾害,根据致灾类型对每种灾害案例进行初步归纳梳理。针对近年来一些典型灾害防控案例,详细介绍其灾害发生过程、致灾机理及具体的处置方法,可为今后类似的工程灾害防控提供参考。在总结铁路隧道灾害防控经验教训的基础上,提出今后灾害防控应重点关注的方向:重视隧址区域宏观地质分析,发展综合超前地质预报技术;完善隧道灾害监测、预警体系,提高施工期灾害风险信息化管控水平;发展大型机械化配套施工;加强隧道施工安全质量管理。

我国西部高山峻岭地区修建调水工程时大多采用隧洞输水方式,通常要穿越包括活动断层在内的赋存环境和地质条件复杂的地层。目前,国内外的隧洞相关规范均未就隧洞穿越活动断层带的工程设计和应对措施给出明确规定和建议,不利于输水隧洞的长期运行安全。基于活动断层的定义、分类,以及活动断层对隧洞工程的影响,采用工程实例搜集与综合对比分析方法,系统整理了国内外10个隧洞穿越活动断层的工程案例,重点探讨已建工程针对该问题所采取的各种应对措施及基本理念,认为设置柔性连接段、扩大断面尺寸、洞内明管、复合衬砌或新型材料是当前隧洞抗断的主要措施。结合每种措施的实际应用效果,归纳并建议各种应对措施的适用条件,并指出应关注的问题。针对隧洞穿越活动断层工程措施的适应性评价课题,梳理并讨论相关研究内容和国内外研究进展,指出了当前研究中值得完善和补充的环节。结合近期启动的“水资源高效利用”国家重点研发计划课题“隧洞穿越活断层围岩-衬砌灾变机制及抗断技术”研究项目,聚焦主要研究内容,并展望隧洞穿越活动断层研究应予重点关注并解决的问题。