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        新橋車場(chǎng)出入線暗挖段洞室圍巖分類研究

        2022-06-30 13:42:42楊永昕
        智能城市 2022年5期
        關(guān)鍵詞:洞壁塊體側(cè)壁

        楊永昕

        (重慶市勘測(cè)院,重慶 400000)

        1 工程概況

        重慶軌道交通九號(hào)線一期工程新橋車場(chǎng)出入線位于重慶市沙坪壩區(qū),出入線區(qū)間為單洞雙線隧道,隧道洞跨11.7~12.2 m,埋深0~84.6 m,右線起訖里程RDK0+021.780~RDK1+503.976,長(zhǎng)1 482.196 m,終點(diǎn)里程至停車場(chǎng)分界處延伸86.15 m。本段區(qū)間隧道總長(zhǎng)度為1 568.346 m,RDK0+021.780~RDK1+415.014段為暗挖段,長(zhǎng)度為1 393.234 m;其余部分為明挖段,長(zhǎng)度為175.112 m。

        2 暗挖段工程地質(zhì)條件

        2.1 基本工程地質(zhì)條件

        工程區(qū)內(nèi)地面高程一般為287~380 m,最大相對(duì)高差約93 m。區(qū)內(nèi)地層主要由第四系全新統(tǒng)松散層(Q4)、侏羅系中統(tǒng)新田溝組巖層(J2X)、侏羅系中下統(tǒng)自流井組巖層(J1-2Z)組成,基巖以厚層砂質(zhì)泥巖為主,夾薄層砂巖。其中,砂質(zhì)泥巖為極軟巖,抗風(fēng)化能力差;砂巖屬較硬巖,抗風(fēng)化能力較強(qiáng),洞身段主要為深埋隧洞。工程區(qū)位于觀音峽沖斷背斜東翼,無(wú)斷裂構(gòu)造發(fā)育。巖層層間結(jié)構(gòu)面結(jié)合差,屬軟弱結(jié)構(gòu)面。場(chǎng)地地下水受大氣降水滲入補(bǔ)給,根據(jù)場(chǎng)地地下水的賦存條件、水理性質(zhì)及水力特征,場(chǎng)地內(nèi)地下水被劃分為第四系松散層孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水。

        2.2 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)

        (1)單軸抗壓強(qiáng)度。

        本次勘察取巖樣15組,進(jìn)行室內(nèi)物理力學(xué)測(cè)試,包括砂質(zhì)泥巖13組、砂巖2組。統(tǒng)計(jì)時(shí),按巖性劃分為兩個(gè)統(tǒng)計(jì)單元,分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

        新田溝組:中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為31.5 MPa,天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為42.0 MPa,為較硬巖;中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3.8 MPa,天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為6.8 MPa,為極軟巖。

        自流井組:中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為31.5 MPa,天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為42.0 MPa,為較硬巖;中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.3 MPa,天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為8.8 MPa,為軟巖。

        (2)聲波測(cè)試。

        為了進(jìn)一步了解不同巖體的完整性、裂隙發(fā)育情況等,對(duì)區(qū)內(nèi)巖體采用聲波(縱波)測(cè)試。

        巖體完整性系數(shù)計(jì)算及評(píng)價(jià)如表1所示。

        表1 巖體完整性系數(shù)計(jì)算及評(píng)價(jià)

        由表1可知,研究區(qū)內(nèi)中等風(fēng)化巖體完整性系數(shù)為0.71~0.80,巖體較完整。中等風(fēng)化砂巖聲波速度為3 335~3 594 m/s;中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖聲波速度為3 123~3 150 m/s。場(chǎng)地內(nèi)裂隙較發(fā)育,隨深度增加波速漸增,巖石風(fēng)化程度降低。測(cè)試成果與調(diào)查、鉆探的定性分析一致。

        (3)壓水試驗(yàn)。

        調(diào)查場(chǎng)地巖石滲透系數(shù),本次勘察選取1個(gè)鉆孔進(jìn)行壓水試驗(yàn),根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50307—2012),砂巖滲透系數(shù)為0.183 m/d,為弱透水巖體;砂質(zhì)泥巖滲透系數(shù)為0.009 5 m/d,為微透水巖體。

        3 隧洞涌水預(yù)測(cè)及圍巖分類

        3.1 隧洞涌水預(yù)測(cè)

        重慶市軌道交通九號(hào)線一期新橋車場(chǎng)出入線的水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單,地下水主要以上層滯水和基巖裂隙水形式存在,分布不連續(xù),受大氣降水補(bǔ)給,無(wú)統(tǒng)一地下水位,水鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范量受季節(jié)影響較大。

        根據(jù)隧道所處環(huán)境,參考《鐵路工程水文地質(zhì)勘察規(guī)范》(TB 10049—2014),計(jì)算涌水量和最大涌水量。

        式中:Q——隧道涌水量(m3/d);H——含水層厚度(m);S——設(shè)計(jì)水位降深(m);R——隧道涌水影響半徑(m),;B——隧道通過(guò)含水層中的長(zhǎng)度;K——巖體的滲透系數(shù)(m/d)。

        式中:Q——隧道最大涌水量(m3/d);H——靜止水位至洞身橫斷面等價(jià)圓中心的距離(m);d——洞身橫斷面等價(jià)圓直徑(m);L——隧道通過(guò)含水體的長(zhǎng)度(m);K——含水體的滲透系數(shù)(m/d)。

        段RDK0+021.780~RDK1+415.014隧洞正常涌水量為518 m3/d,地下水級(jí)別為Ⅰ級(jí);隧道最大涌水量為1 270 m3/d。依據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件分析,隧道沿線地層主要為微透水段,巖體較完整,隧道涌水量較小;根據(jù)已施工完成的軌道工程施工經(jīng)驗(yàn),隧道的涌水一般沿裂隙涌出,隧道施工可以使基巖裂隙水水量明顯增大,初期水量較大且集中,隨時(shí)間增加,水量逐漸減小,水量不均勻現(xiàn)象明顯。隧道實(shí)際涌水量受施工季節(jié)及降水季節(jié)影響嚴(yán)重,根據(jù)重慶地區(qū)隧道施工經(jīng)驗(yàn),裂隙貫通性較好或鄰近有水源情況時(shí),可能出現(xiàn)800~2 000 m3/d的集中涌水現(xiàn)象。施工期應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào),對(duì)滲水嚴(yán)重地段采用徑向注漿進(jìn)行堵水、封閉處理。隧道正常涌水總量約518 m3/d,最大涌水量受持續(xù)降雨或地下管網(wǎng)滲漏影響,最大涌總水量約1 270 m3/d。應(yīng)根據(jù)實(shí)際涌水量采取適當(dāng)?shù)呐潘胧?/p>

        3.2 隧道圍巖分類

        (1)圍巖分級(jí)原則。

        圍巖分級(jí)時(shí),根據(jù)《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》GB 50307—2012劃分,以圍巖的飽和抗壓強(qiáng)度、裂隙發(fā)育情況、風(fēng)化程度、巖體完整性系數(shù)和縱波波速進(jìn)行圍巖基本分級(jí),主要考慮隧道起拱線至拱頂以上2倍(Ⅰ~Ⅲ級(jí))或2.5倍(Ⅳ~Ⅵ級(jí))壓力拱高范圍內(nèi)的巖體特征。

        新田溝組:巖層一般呈中厚層狀,為較完整~完整巖體,巖體中發(fā)育2組構(gòu)造裂隙,巖體呈塊石狀鑲嵌結(jié)構(gòu),裂隙較發(fā)育,參考巖土物理力學(xué)性質(zhì),新田溝組圍巖基本級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

        場(chǎng)地人工填土呈稍密狀態(tài),粉質(zhì)黏土呈可塑狀,表層土體及基巖強(qiáng)風(fēng)化帶的圍巖基本級(jí)別為Ⅴ級(jí)。

        (2)深淺埋隧道的劃分。

        根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003—2016),深埋與淺埋洞室原則上以2倍(Ⅰ~Ⅲ級(jí))或2.5倍(Ⅳ~Ⅵ級(jí))荷載高度h為劃分界線。針對(duì)Ⅳ~Ⅵ級(jí)圍巖原則,按2.5倍圍巖壓力計(jì)算高度為深埋與淺埋的分界深度Hp(Hp=2.5h)。

        式中:S——圍巖級(jí)別;B——隧道跨度。

        隧道圍巖壓力計(jì)算高度如表2所示。

        表2 隧道圍巖壓力計(jì)算高度

        (3)隧道圍巖分類。

        參考《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10003—2016),結(jié)合洞室地下水狀態(tài)、隧洞埋深、圍巖彈性縱波速度值及地應(yīng)力狀態(tài)[1-2],對(duì)洞室圍巖類進(jìn)行劃分。

        最后,來(lái)看百姓需求方面。非農(nóng)土地的擴(kuò)張,致使一些地方農(nóng)業(yè)耕地在減少。而且今年多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格呈持續(xù)下跌走勢(shì)。其中山東大蒜價(jià)格慘跌,市場(chǎng)行情波動(dòng)大,山東蒜農(nóng)虧損嚴(yán)重。今年大蒜收購(gòu)價(jià)只有每斤0.8元左右,創(chuàng)下近10年最低價(jià),而成本卻是每斤2塊,每斤凈虧1.2元,按每畝地2000斤產(chǎn)量算,農(nóng)戶每畝大蒜要虧損2400元左右。譚經(jīng)理表示,今年小麥、玉米、水稻價(jià)格即使不跌也不會(huì)大漲,所以百姓對(duì)農(nóng)作物投資積極性比較低。

        樁RDK0+021.780~RDK1+360段:圍巖以砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖為主,圍巖基本分級(jí)為Ⅳ級(jí),地下水狀態(tài)為Ⅰ級(jí),為深埋隧洞,修正圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí),支護(hù)不及時(shí)可能發(fā)生局部坍塌、掉塊。

        樁RDK1+360~RDK1+415.014段:圍巖以砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖為主,圍巖基本分級(jí)為Ⅴ級(jí),地下水狀態(tài)為Ⅰ級(jí),為淺埋隧洞,修正圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí),支護(hù)不及時(shí)可能發(fā)生整體坍塌甚至地表下沉。

        3.3 圍巖分段工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

        (1)RDK0+021.780~RDK0+495段。

        本段隧道走向246°~306°,為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向336°~36°,右側(cè)壁傾向156°~216°,隧道側(cè)壁與隧道巖體內(nèi)結(jié)構(gòu)面的關(guān)系見(jiàn)極射赤平投影圖。

        RDK0+021.780~RDK0+495段隧道側(cè)壁赤平投影如圖1所示。

        圖1 RDK0+021.780~RDK0+495段隧道側(cè)壁赤平投影

        由圖1可知,左側(cè)壁傾向與裂隙J2傾向一致,為外傾不利組合,左側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J2控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象,應(yīng)加強(qiáng)左側(cè)壁支護(hù),及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體;右側(cè)壁與J1和層面的組合交線AO傾向一致,為外傾不利組合,但AO傾角僅為2°,外傾結(jié)構(gòu)面對(duì)右側(cè)壁穩(wěn)定性影響較小,右側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強(qiáng)度控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,應(yīng)及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體。本段隧道成洞條件較好,隧道無(wú)支撐時(shí)拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊(坍塌),應(yīng)做好初期支護(hù)措施,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水,應(yīng)加強(qiáng)排水措施或徑向注漿堵水,加強(qiáng)信息法設(shè)計(jì)和施工監(jiān)測(cè)。

        (2)RDK0+495~RDK0+605段。

        本段隧道走向306°~336°,為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向36°~66°,右側(cè)壁傾向216°~246°。

        RDK0+495~RDK0+605段隧道側(cè)壁赤平投影如圖2所示。

        圖2 RDK0+495~RDK0+605段隧道側(cè)壁赤平投影

        左側(cè)壁傾向與裂隙J2和層面的組合交線BO傾向一致,為外傾不利組合,左側(cè)壁穩(wěn)定主要受組合交線BO控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,建議及時(shí)清除或錨固松動(dòng)塊體;RDK0+495~RDK0+582段右側(cè)壁無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面,右側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強(qiáng)度控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,建議及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體;RDK0+582~RDK0+605段右側(cè)壁傾向與裂隙J1傾向一致,為外傾不利組合,右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J1控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象,建議施工時(shí)加強(qiáng)右側(cè)壁支護(hù),及時(shí)清除或錨固洞壁松動(dòng)塊體。本段隧道成洞條件較好,隧道無(wú)支撐時(shí)拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊(坍塌),建做作好初期支護(hù)措施,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水,建議加強(qiáng)排水措施或徑向注漿堵水,加強(qiáng)信息法設(shè)計(jì)和施工加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

        (3)出入線里程RDK0+605~RDK1+015隧道段。

        本段隧道走向336°~34°,為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向66°~125°,右側(cè)壁傾向246°~305°。

        RDK0+605~RDK1+015段隧道側(cè)壁赤平投影如圖3所示。

        圖3 RDK0+605~RDK1+015段隧道側(cè)壁赤平投影

        左側(cè)壁傾向與層面、J2與層面的組合交線BO傾向一致,為外傾不利組合,左側(cè)壁穩(wěn)定性主要受層面控制,巖體多呈薄層狀,受裂隙切割影響,隧道巖體易沿巖層面滑塌,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮巖層對(duì)左側(cè)壁的偏壓作用,建議做好超前支護(hù)措施并加強(qiáng)初支,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。右側(cè)壁與裂隙J1、J1和J2的組合交線CO傾向一致,為外傾不利組合,右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J1控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象,建議做好超前支護(hù)措施并加強(qiáng)初支,及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體。本段隧道巖層走向與隧道軸線基本平行,圍巖易沿結(jié)構(gòu)面滑塌,成洞條件較差,兩壁巖體受外傾結(jié)構(gòu)面影響易松動(dòng)并發(fā)生局部滑塌。建議本段做好超前支護(hù)措施并加強(qiáng)初支,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水,建議加強(qiáng)排水措施或徑向注漿堵水,加強(qiáng)信息法設(shè)計(jì)和施工監(jiān)測(cè)。

        (4)出入線里程RDK1+015~RDK1+360隧道段

        本段隧道走向34°~63°,為深埋隧道。本段隧道左側(cè)壁傾向125°~153°,右側(cè)壁傾向305°~333°。

        RDK1+015~RDK1+360段隧道側(cè)壁赤平投影如圖4所示。

        圖4 RDK1+015~RDK1+360段隧道側(cè)壁赤平投影

        左側(cè)壁無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面,側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強(qiáng)度控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,建議及時(shí)清除或錨固洞壁的松動(dòng)塊體;RDK1+015~RDK1+039段右側(cè)壁傾向與裂隙J1、J2的組合交線CO傾向一致,為外傾不利組合,右側(cè)壁穩(wěn)定主要受組合交線CO控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,建議及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體;RDK1+039~RDK1+100段右側(cè)壁無(wú)外傾結(jié)構(gòu)面,側(cè)壁穩(wěn)定性主要受巖體自身強(qiáng)度控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部掉塊現(xiàn)象,建議及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體;RDK1+100~RDK1+360段右側(cè)壁傾向與裂隙J2傾向一致,為外傾不利組合,右側(cè)壁穩(wěn)定主要受裂隙J2控制,開(kāi)挖時(shí)可能出現(xiàn)局部垮塌現(xiàn)象,建議施工時(shí)加強(qiáng)右側(cè)壁支護(hù),及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體。本段隧道成洞條件較好,隧道無(wú)支撐時(shí)拱頂及側(cè)壁易產(chǎn)生局部掉塊(坍塌),建議做好初期支護(hù)措施,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。施工期間可能產(chǎn)生局部集中涌水,建議加強(qiáng)排水措施或徑向注漿堵水,加強(qiáng)信息法設(shè)計(jì)和施工加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

        (5)出入線里程RDK1+360~RDK1+415.014隧道段。

        本段隧道走向63°,為淺埋隧道。本段隧道成洞條件極差,開(kāi)挖過(guò)程易出現(xiàn)隧道突水、開(kāi)挖面坍塌、冒頂、邊墻失穩(wěn)、圍巖松動(dòng)、地表沉降等問(wèn)題,建議做好超前支護(hù)措施并加強(qiáng)初支,分部開(kāi)挖,及時(shí)進(jìn)行二襯。隧道開(kāi)挖后洞底均位于中風(fēng)化基巖之中,中風(fēng)化基巖可直接作為仰拱或道床持力層。建議施工時(shí)加強(qiáng)側(cè)壁支護(hù),及時(shí)清除或錨固洞壁出現(xiàn)的松動(dòng)塊體。

        4 結(jié)語(yǔ)

        本文以重慶軌道交通九號(hào)線一期工程新橋車場(chǎng)出入線為背景,結(jié)合鉆探取芯、地質(zhì)測(cè)繪、室內(nèi)及原位試驗(yàn)成果對(duì)工程暗挖段圍巖地質(zhì)情況進(jìn)行研究與類別劃分,針對(duì)可能發(fā)生的涌水、掉塊及塌方復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題提出合理化的建議。施工過(guò)程中施工人員能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掌子面圍巖出露情況,及時(shí)判斷圍巖的自穩(wěn)能力,制定相應(yīng)的開(kāi)挖支護(hù)措施,對(duì)類似工程的設(shè)計(jì)與施工具有參考意義。

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