海底隧道圍巖穩(wěn)定性及其控制機理研究項目摘要

施工過程中突涌水事故和運營期間排水量的控制是鉆爆法修建海底隧道的核心問題，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；針對不同的地層條件和隧道圍巖變形特點，建立圍巖失穩(wěn)機理力學模型，給出相應(yīng)的破壞判據(jù)；基于隧道圍巖變形及破壞特點，提出海底隧道施工過程中的突水模式，建立突水危險性與圍巖變形的動態(tài)關(guān)系，揭示出典型災害的演化機理，由此形成安全事故與災害預測方法；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)定性的評價指標、控制標準以及對地層加固的穩(wěn)定性要求，由此確定出隧道圍巖加固圈的厚度和密實度等指標要求；針對加固體的變形特性和突水機制，建立起動態(tài)調(diào)控和精細化過程控制系統(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測模型。

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理及其傳播規(guī)律，建立圍巖失穩(wěn)機理力學模型同時給出破壞判據(jù)，同時對圍巖的穩(wěn)定性進行預測與評價；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，建立突水危險性與圍巖變形的動態(tài)關(guān)系，揭示出典型災害的演化機理，形成3種災害預測方法；從海底隧道的安全施工出發(fā)，提出圍巖穩(wěn)定性的評價指標及相應(yīng)的控制標準，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，針對加固體的變形特點及突水機理，建立動態(tài)調(diào)控和精細化過程控制系統(tǒng)理論；鑒于海底隧道圍巖穩(wěn)定性的特殊要求，基于復合式襯砌的理念，在圍巖與初期支護結(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測模型。 2100433B

基于巷內(nèi)充填沿空留巷新技術(shù)方案，針對綜放沿空留巷的特點和難點，綜合運用現(xiàn)代力學理論和采礦原理，合理利用先進的數(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)力學模型，定量計算充填體穩(wěn)定所需的強度和變形量、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理，并提出合理的圍巖穩(wěn)定性控制原理。本項目的研究成果不僅可應(yīng)用于厚煤層綜放開采工作面，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、深化錨桿支護機理的認識和推廣沿空留巷技術(shù)的應(yīng)用起到積極的促進作用。 2100433B