钻爆法海底隧道风化槽围岩工作面破坏模式研究

It is a key problem of destabilization and water inrush in subsea tunnel constructed by drill and blast method, especially in unfavorable geologic bodies. According to the characteristics of subsea tunnel and based on the statistical analysis of water inrush disasters, main type, precipitating factors, countermeasure and their application effect of these accident cases are summarized. Laboratory experiment and theoretical investigation will be adopted to get the engineering geological characteristics, physical and mechanical characteristic of rock in the weathered slot of subsea tunnel constructed by drill and blast method. Mechanical model for stability analysis of subsea tunne under seepage action will be established. Space-time law of deformation, progressive failure characteristic, destabilization mechanism, and evolutionary process of rock in the working face will be revealed. The models will be verified and perfected by using laboratory model test and in-situ measure data. Security distinguishing standard and controlling system taking deformation process control of rock as center will be established to search action mechanism of pre-support for subsea constructed by drill and blast method. China has about 20 thousand kilometers long sea line and a lot of islands and gulfs. Many subsea tunnels will be constructed along with development of Chinese traffic industry. Therefore, this project has broad market prospect and important social effect.

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。

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。