海底隧道围岩稳定性及其控制机理研究

从水环境下隧道围岩的稳定性出发，以围岩的变形为核心研究受隧道施工影响的围岩变形机理及其传播规律，建立围岩失稳机理力学模型同时给出破坏判据，同时对围岩的稳定性进行预测与评价；基于隧道围岩的变形及破坏特征，提出3种海底隧道施工下典型的突水模式，建立突水危险性与围岩变形的动态关系，揭示出典型灾害的演化机理，形成3种灾害预测方法；从海底隧道的安全施工出发，提出围岩稳定性的评价指标及相应的控制标准，由此确定隧道围岩加固圈的合理厚度及合理的顶板厚度等施工指标，针对加固体的变形特点及突水机理，建立动态调控和精细化过程控制系统理论；鉴于海底隧道围岩稳定性的特殊要求，基于复合式衬砌的理念，在围岩与初期支护结构耦合作用分析的基础上，建立海底隧道渗流量的预测模型。 2100433B

施工过程中突涌水事故和运营期间排水量的控制是钻爆法修建海底隧道的核心问题，而且在不良地质段的表现尤为突出。为此本课题从水环境下的隧道围岩稳定性出发，研究受隧道施工影响的围岩变形机理及其传播规律，揭示隧道围岩及上覆地层的分区破坏特征；针对不同的地层条件和隧道围岩变形特点，建立围岩失稳机理力学模型，给出相应的破坏判据；基于隧道围岩变形及破坏特点，提出海底隧道施工过程中的突水模式，建立突水危险性与围岩变形的动态关系，揭示出典型灾害的演化机理，由此形成安全事故与灾害预测方法；从海底隧道工程安全的本质特征出发，提出了围岩稳定性的评价指标、控制标准以及对地层加固的稳定性要求，由此确定出隧道围岩加固圈的厚度和密实度等指标要求；针对加固体的变形特性和突水机制，建立起动态调控和精细化过程控制系统理论；鉴于海底隧道围岩稳定性的特殊要求，在围岩与初期支护结构耦合作用分析的基础上，建立海底隧道渗流量预测模型。

基于巷内充填沿空留巷新技术方案，针对综放沿空留巷的特点和难点，综合运用现代力学理论和采矿原理，合理利用先进的数值模拟和物理模拟方法，首次将关键层理论引入沿空留巷围岩稳定性控制，建立综合考虑充填体、煤帮及顶煤变形协调的综放沿空留巷围岩结构力学模型，定量计算充填体稳定所需的强度和变形量、顶煤的应力分布及变形特征，分析综放沿空留巷围岩大变形机理，并提出合理的围岩稳定性控制原理。本项目的研究成果不仅可应用于厚煤层综放开采工作面，也可应用于中厚煤层工作面；不仅适用于高瓦斯煤层工作面，也适用于低瓦斯高产高效工作面；还可为沿空掘巷和工作面端头稳定性控制提供借鉴。该项研究可为拓宽关键层理论的应用领域、深化锚杆支护机理的认识和推广沿空留巷技术的应用起到积极的促进作用。 2100433B