海底隧道圍巖穩(wěn)定性及其控制機(jī)理研究

從水環(huán)境下隧道圍巖的穩(wěn)定性出發(fā)，以圍巖的變形為核心研究受隧道施工影響的圍巖變形機(jī)理及其傳播規(guī)律，建立圍巖失穩(wěn)機(jī)理力學(xué)模型同時(shí)給出破壞判據(jù)，同時(shí)對(duì)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)；基于隧道圍巖的變形及破壞特征，提出3種海底隧道施工下典型的突水模式，建立突水危險(xiǎn)性與圍巖變形的動(dòng)態(tài)關(guān)系，揭示出典型災(zāi)害的演化機(jī)理，形成3種災(zāi)害預(yù)測(cè)方法；從海底隧道的安全施工出發(fā)，提出圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)及相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)，由此確定隧道圍巖加固圈的合理厚度及合理的頂板厚度等施工指標(biāo)，針對(duì)加固體的變形特點(diǎn)及突水機(jī)理，建立動(dòng)態(tài)調(diào)控和精細(xì)化過(guò)程控制系統(tǒng)理論；鑒于海底隧道圍巖穩(wěn)定性的特殊要求，基于復(fù)合式襯砌的理念，在圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)耦合作用分析的基礎(chǔ)上，建立海底隧道滲流量的預(yù)測(cè)模型。 2100433B

施工過(guò)程中突涌水事故和運(yùn)營(yíng)期間排水量的控制是鉆爆法修建海底隧道的核心問(wèn)題，而且在不良地質(zhì)段的表現(xiàn)尤為突出。為此本課題從水環(huán)境下的隧道圍巖穩(wěn)定性出發(fā)，研究受隧道施工影響的圍巖變形機(jī)理及其傳播規(guī)律，揭示隧道圍巖及上覆地層的分區(qū)破壞特征；針對(duì)不同的地層條件和隧道圍巖變形特點(diǎn)，建立圍巖失穩(wěn)機(jī)理力學(xué)模型，給出相應(yīng)的破壞判據(jù)；基于隧道圍巖變形及破壞特點(diǎn)，提出海底隧道施工過(guò)程中的突水模式，建立突水危險(xiǎn)性與圍巖變形的動(dòng)態(tài)關(guān)系，揭示出典型災(zāi)害的演化機(jī)理，由此形成安全事故與災(zāi)害預(yù)測(cè)方法；從海底隧道工程安全的本質(zhì)特征出發(fā)，提出了圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo)、控制標(biāo)準(zhǔn)以及對(duì)地層加固的穩(wěn)定性要求，由此確定出隧道圍巖加固圈的厚度和密實(shí)度等指標(biāo)要求；針對(duì)加固體的變形特性和突水機(jī)制，建立起動(dòng)態(tài)調(diào)控和精細(xì)化過(guò)程控制系統(tǒng)理論；鑒于海底隧道圍巖穩(wěn)定性的特殊要求，在圍巖與初期支護(hù)結(jié)構(gòu)耦合作用分析的基礎(chǔ)上，建立海底隧道滲流量預(yù)測(cè)模型。

基于巷內(nèi)充填沿空留巷新技術(shù)方案，針對(duì)綜放沿空留巷的特點(diǎn)和難點(diǎn)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代力學(xué)理論和采礦原理，合理利用先進(jìn)的數(shù)值模擬和物理模擬方法，首次將關(guān)鍵層理論引入沿空留巷圍巖穩(wěn)定性控制，建立綜合考慮充填體、煤幫及頂煤變形協(xié)調(diào)的綜放沿空留巷圍巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，定量計(jì)算充填體穩(wěn)定所需的強(qiáng)度和變形量、頂煤的應(yīng)力分布及變形特征，分析綜放沿空留巷圍巖大變形機(jī)理，并提出合理的圍巖穩(wěn)定性控制原理。本項(xiàng)目的研究成果不僅可應(yīng)用于厚煤層綜放開(kāi)采工作面，也可應(yīng)用于中厚煤層工作面；不僅適用于高瓦斯煤層工作面，也適用于低瓦斯高產(chǎn)高效工作面；還可為沿空掘巷和工作面端頭穩(wěn)定性控制提供借鑒。該項(xiàng)研究可為拓寬關(guān)鍵層理論的應(yīng)用領(lǐng)域、深化錨桿支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識(shí)和推廣沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用起到積極的促進(jìn)作用。 2100433B