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现代隧道技术
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现代隧道技术
2014年 51卷 2期
刊出日期：2014-04-25
研究与探讨
连载
分析与计算
规划与设计
施工技术
连载
1
王建宇
对隧道衬砌结构计算问题的思考
隧道设计规范中依据围岩不加约束，自由坍塌岩土体重量计算围岩压力的条文完全不符合依照新奥法理念修建的现代隧道工程的实际。在对衬砌荷载的认识拘泥于塌方统计公式的情况下，要在隧道设计中按可靠度理论采用概率极限状态法进行设计是难以设想的。建议在规范中多强调些工程类比的实际经验，删减结构计算方面的内容，将数值方法更多地用于围岩稳定性分析，据以定性地指导设计。
2014 Vol. 51 (2): 1-4 [
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研究与探讨
5
刘建琴1, 刘蒙蒙2, 郭, 伟2, 王 磊1
隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析
刀盘是隧道掘进机的关键部件，刀盘的结构性能会影响隧道掘进机的施工效率、施工成本及施工安全，因此对刀盘结构性能进行综合评价对工程实践具有重要指导意义。文章首先从刀具破岩机理、刀盘布局设计及掘进性能评价三方面对国内外研究现状进行了综述，总结了研究成果及存在的局限性；基于研究现状，提出了刀盘结构性能评价研究需要解决的关键问题。研究认为：需全面考虑刀盘结构参数的影响，进一步完善整个刀盘刀群的破岩机理、刀盘及刀具布局设计，以及掘进性能预测模型。
2014 Vol. 51 (2): 5-10 [
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11
马士伟1, 韩学诠2, 廖, 凯1
浅埋大断面黄土隧道防塌方实时监测预警
为减少隧道塌方对工程的损害，文章依托大断面浅埋黄土隧道工程实例，提出了隧道防塌方实时预警的思路和方法，给出了隧道防塌方预警基准值的确立原则和预警分级标准，开发出了隧道防塌方预警系统（软、硬件），并进行了现场试验。结果表明：该系统软、硬件性能可靠，能适应隧道复杂施工环境；测试仪器数据采集、传输正常；软件系统数据能根据监测数据变化，实现分级报警。
2014 Vol. 51 (2): 11-15 [
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16
杨树才
城市轨道交通工程建设安全风险控制技术标准应用研究
针对城市轨道交通工程建设阶段安全风险管控问题，文章从安全风险控制的关键环节和核心技术着手，提出了一套贯穿于地下工程土建施工全过程的系统化的安全风险控制技术标准体系。一是针对地下工程和周围环境提出了风险识别和分级标准；二是在岩土工程勘察和环境调查基础上提出了安全风险控制设计标准；三是提出了监测预警、巡视预警和综合预警相结合的安全风险预警体系及参考标准。通过工程实践验证了该标准系统的适用性、可行性和科学性。
2014 Vol. 51 (2): 16-22 [
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23
刘, 建1, 刘, 丹1, 赖, 明2
岩溶隧道地下水环境动态监测体系及其应用
隧道长期排水影响隧址区生态环境和人居环境，严重时甚至可能引发社会纠纷。为准确评估隧道排水影响范围和合理解决因隧道排水而产生的环境纠纷，文章构建了岩溶隧道地下水环境动态监测体系，并对监测范围、监测布点、监测指标、监测时段及频率进行了分析；以垫邻高速铜锣山隧道为例，通过对施工期间隧址区地下水环境动态监测网络反馈的水质、水量信息的分析判断出：大气降水是该地区天然水的补给来源，岩溶水和碎屑岩裂隙水是隧道涌水的主要组成，在隧道中段位置、距隧道轴线约1 km范围内的地下水环境在一定程度上受隧道排水影响。
2014 Vol. 51 (2): 23-29 [
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30
田志宇1, 林国进1, 丁, 尧1, 郑金龙1, 梁舜云2
隧道全自动结构计算软件SDC的研发与应用
隧道全自动结构计算软件SDC具有简便、高效、实用等特点，在隧道工程的诸多领域有广阔的应用空间。文章通过工程计算实例分析，对SDC软件的实用效果进行了论证，并得出结论：对于荷载明确的隧道结构，用数值分析的方法可以精确地计算结构内力与安全系数，并以安全系数为基础对结构进行优化设计，使隧道工程更加安全、合理、经济。
2014 Vol. 51 (2): 30-35 [
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分析与计算
36
阴, 可1, 2, 余志刚1, 3
地下工程形状记忆合金混凝土“双程梁”特性研究
文章基于形状记忆合金的双程形状记忆效应，提出了一种新型的智能结构——形状记忆合金混凝土“双程梁”；根据力学知识对普通钢筋混凝土梁与形状记忆合金“双程梁”在其抗拉部分的温度高于、低于和等于抗压部分的温度三种情况下的受力性能进行了对比研究，计算分析了形状记忆合金梁在高温环境下被激励后的回复效应，指出了形状记忆合金混凝土“双程梁”在应用推广之前必须解决的问题以及该领域的研究方向。研究结果表明：增加截面尺寸对于改善上下表面温差作用下梁的受力状态不是一个有效的途径；受力机理分析和计算分析一致，合金在相变过程中能对“双程梁”变形产生驱动效应，能主动控制与调整梁的挠度值，能降低温差引起梁产生的弯矩和轴力；此“双程结构”能够提高抗裂能力且适用于地下工程。
2014 Vol. 51 (2): 36-42 [
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43
蒋树屏1, 张恩情2, 郭, 军1, 刘, 帅1, 张祝永3
沉管隧道结构构件耐火试验研究
依托国家科技支撑计划项目，自行设计建立了高温烧蚀试验平台，并针对沉管隧道特点，通过采用C50混凝土制备的局部1∶1结构试验构件，以及不同的耐火保护技术（防火板与防火涂料）和不同的耐火保护方案进行了构件的高温烧蚀试验。文章通过试验分析，得出了在满足HC或RABT升温曲线条件下，适于受火2 h的混凝土结构的耐火保护技术方案，同时还针对实际工程提出了实用性的建议。
2014 Vol. 51 (2): 43-49 [
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50
王峥峥1, 高, 波2, 李, 斌3, 朱长安4
跨断层隧道振动台模型试验研究Ⅰ:试验方案设计
大量工程实践表明，隧道跨断层段是隧道抗震的薄弱环节。文章以西南高烈度地震区雅泸高速公路隧道为背景，对跨断层隧道抗减震振动台模型进行了试验方案研究。首先根据试验条件和振动台性能，确定模型系统的相似关系，并通过室内配比试验确定相似材料；同时根据试验特点，设计了模型箱，并对“模型箱效应”进行了分析和处理，然后根据跨断层隧道的数值计算结果，对传感器布置进行优化设计；最后确定地震输入加速度和加载方案。
2014 Vol. 51 (2): 50-55 [
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56
李, 斌1, 2
隧道掌子面地震动力响应特性及加固方法
文章以雅沪高速公路石棉隧道为工程背景，研究分析了地震动力作用对隧道掌子面稳定性能的影响及加固措施。首先，阐述了隧道震害的主要形式及隧道掌子面的力学平衡机理，并采用FLAC3D有限差分软件，针对不同地层中的隧道掌子面进行了地震动力响应分析；其次，通过对比静力和动力下掌子面的稳定状况，分析地震对不同地层中隧道掌子面稳定性的影响，总结出了掌子面挤出变形和约束压力随地震时程的变换规律，并通过掌子面平均塑性剪切应变、掌子面挤出变形、掌子面约束压力等参数评估了加固效果。分析结果表明，与隧道衬砌相比，隧道掌子面更容易受到地震的破坏；地震动力作用对不同地层条件中隧道掌子面的影响程度是截然不同的，岩质地层中隧道掌子面受到的影响较小，而土质地层中隧道掌子面所受影响则很大；锚杆的加固作用能显著提高隧道掌子面的抗震性能。
2014 Vol. 51 (2): 56-62 [
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63
吴华君1, 魏, 纲2
近距离双线平行盾构施工引起的土体沉降计算
文章提出近距离双线水平平行盾构施工引起的总的土体沉降曲线符合正态分布规律，并对现有双线平行盾构施工引起的地面沉降计算方法进行了综述。针对现有各种方法存在的不足，建立了修正的二维Peck公式，可以计算双线平行盾构施工引起的深层土体沉降，同时能够考虑沉降曲线的不对称性。对计算参数取值进行研究，实测数据统计结果表明i总 /i先跟h/D成明显的线性减小关系，提出了参数i■和η■的计算公式。首次提出两条隧道轴线的相对水平距离系数C=L/(h+R)，认为总的地面沉降曲线形状与C值大小有关，本文公式适用于C＜0.6的工况。算例分析结果表明：本文方法预测值与实测值比较吻合，且计算比较简便。
2014 Vol. 51 (2): 63-69 [
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70
高召宁1, 孟祥瑞1, 王广地2
考虑渗流、非轴对称荷载作用的隧道围岩塑性区分析
文章考虑了渗流体积力，推导了渗流场作用下隧道围岩的应力分布规律和塑性区表达式，并分析了隧道塑性区范围与孔隙水压力、侧压系数，以及岩体强度和初始地应力比值k之间的关系。研究表明：渗流场仅对塑性区范围有影响，对塑性区形状没有影响；随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的不同，渗流对隧道围岩塑性区范围的影响沿不同方向表现出各向异性，且随着侧压系数以及岩体强度和初始地应力比值k的增大各向异性程度逐渐弱化；侧压系数、岩体抗压强度与初始地应力比值k不仅影响塑性区的范围，同时影响着塑性区的形状，当k＜1时，侧压系数对隧道塑性区的范围和形状起主要作用；当k＞1时，岩体强度对隧道围岩塑性区的范围和形状起主要作用，且随着岩体抗压强度的增大，塑性区范围逐渐减小，在隧道两帮处随侧压系数的减小易出现塑性区。
2014 Vol. 51 (2): 70-75 [
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76
李, 涛1, 韩雪峰2, 黄, 华1, 刘, 伟1
深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工引起地表沉降规律的研究
城市地铁设计必须了解所处地区地铁隧道施工引起地表沉降的规律。文章依托深圳地铁5号线工程实例，在对其18个暗挖区间隧道庞大的地表沉降监测数据合理选取的基础上，采用数理统计方法对选取的超过22 000个数据进行了整理和分析，得到了各个暗挖区间地表沉降沿隧道纵向和横向的总体分布和变化规律。研究结果表明：在各暗挖区间中地表最大累计沉降的分布规律是不均匀的，最大的达到了688.7 mm，最小的仅有7.8 mm，平均为82.3 mm；而隧道横向地表沉降的范围也各不相同，最大为140.47 m，最小为28.63 m，平均为46.78 m；实测数据与现有规范允许的最大地表沉降控制标准差别较大，建议采用适于深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工地表沉降新的三级控制基准。
2014 Vol. 51 (2): 76-82 [
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83
张志强, 李化云, 阚, 呈, 盛, 越, 孙, 飞
大相岭隧道断层破碎带围岩变形的GA-BP神经网络预测技术
断层破碎带围岩变形预测一直是隧道工程信息化施工与管理争论的焦点，迄今没有科学合理的预测方法。在NATM隧道施工中，围岩变形量常作为评判隧道稳定性和支护结构经济合理性的重要指标。隧道变形量是随时间而变化的数列，可以建立实时跟踪预测模型和方法。文章针对雅西高速公路大相岭隧道施工中断层破碎带围岩变形速率大、持续时间长、变形量大等特点，基于BP人工神经网络原理，并引入了遗传算法，通过改进和提高预测精度，建立了预测断层破碎带围岩变形的GA-BP神经网络综合预测模型。经工程实践检验预测结果，具有较高的可靠性和准确性。
2014 Vol. 51 (2): 83-89 [
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90
牛泽林1, 2, 张松涛2, 吴焕通2, 代亚雷2, 韩伟辉2
基于荷载-结构模型的隧道衬砌结构可靠性设计与研究
文章以秦东黄土铁路隧道为工程背景，以“荷载-结构”模型和蒙特卡罗有限元为基础，结合围岩相关参数的数理统计特征值，并应用统计学知识对其隧道结构稳定性进行了研究分析；通过10万次的结构计算，对其进行了假设检验，建立了隧道衬砌结构可靠性设计的计算模型，得出了大断面黄土隧道结构轴力的统计特征和分布类型，从而提出了可用于隧道衬砌结构可靠性设计的计算手段。研究结果对今后结构可靠性理论在隧道衬砌结构可靠性设计的实际应用方面有重要的理论指导意义。
2014 Vol. 51 (2): 90-94 [
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95
张常光1, 赵均海1, 张庆贺2
盾构通过矿山法隧道复合支护的管片内力解析解及应用
文章针对“矿山法+盾构法”施工形成的复合支护体系，提出了模型分析的基本假定，将初始地应力分解为静水应力作用和拉压偏应力作用，并通过围岩应力释放系数反映支护时机和开挖面空间效应，利用弹性力学理论推导出了两向不等地应力条件下管片弯矩和轴力的弹性解析解；进而结合深圳地铁某区间隧道的工程实践得出了围岩应力释放系数、侧压力系数、背填层厚度和背填层弹性模量等参数的影响特性，为此新型工法的推广及复合支护的管片设计提供了理论支持。
2014 Vol. 51 (2): 95-100 [
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规划与设计
101
张先锋
矿山法修建水下隧道的设计要点
水下隧道的设计和常规隧道相比有许多不同的特点，修建方法也有许多 不同。文章通过综合考虑地质条件、接线条件、外部条件、工程造价等因素，论证了工法选择的要点，并指出岩石覆盖厚度、隧道防排水方式会直接影响矿山法水下隧道的安全性和经济性；在进行充分论证和分析的基础上，提出了确定隧道埋深与防排水形式的方法和原则，对采用不同的防排水方式，明确了相应的水压力计算方法；通过工程实例分析，提出了保证隧道耐久性和保障水下隧道施工安全的有效方法。
2014 Vol. 51 (2): 101-107 [
摘要
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施工技术
108
肖广智, 游, 旭
高压水平旋喷桩超前支护技术在铁路隧道工程中的应用
文章介绍了高压水平旋喷桩的机理、特点、施工工艺、国内外应用情况及工程实例，提出了在隧道与地下工程中采用高压水平旋喷桩作为超前支护的适用条件及技术发展建议。
2014 Vol. 51 (2): 108-114 [
摘要
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2442
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115
司剑钧
第三系富水泥质弱胶结粉细砂岩地层隧道工序写实
兰渝铁路桃树坪隧道施工初期通过第三系粉细砂岩地层段，遇水围岩软化现象明显，常规施工工法已无法保证隧道正常施工，施工风险极大。文章在以“重降水、密导管、强支护、辅注浆”为指导的前提下，通过工序写实对前期的各项施工工法、辅助措施进行了验证并归类；针对第三系富水泥质弱胶结粉细砂岩地层，重点对洞内降水、超前支护、支护结构及径向注浆等工序进行了验证分析，为隧道正洞支护参数设计的合理性提供了实践依据。
2014 Vol. 51 (2): 115-121 [
摘要
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2684
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122
朱朝佐
复杂机房风道互通群洞施工技术
文章以青岛胶州湾海底隧道2号风井工程区为背景，通过FLAC3D对该洞库群交叉口、上跨近接关键洞段的各种工况进行了数值模拟分析，掌握了交叉口和近接隧道的力学特性和影响范围、程度，从而找出了合理的施工方法及重点加固范围；并提出采用光面控制弱爆破、支护补强等措施可确保洞室群施工安全和工程质量。
2014 Vol. 51 (2): 122-126 [
摘要
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2676
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127
曹智
中国中铁盾构在成都地铁砂卵石地层中的施工应用
针对成都地铁富水砂卵石地层施工中存在的盾构扭矩偏小，刀具、刀盘、螺旋机磨耗严重，碴土改良效果不好，以及地表后期沉降明显等问题，文章介绍了中国中铁盾构的设计改进措施，其中盾构主驱动扭矩的合理设计、贯入度的精确选择，可有效防止刀盘卡壳或转速自动降低所造成的施工风险；盾构刀盘的合理设计和刀具布置，可减少碴土堆积和结泥饼现象，同时对碴土起着有效的搅拌作用。有效的碴土改良技术，降低了刀具的磨损，减少了换刀次数，延长了换刀里程。实践和研究结果表明，中国中铁盾构能适应富水砂卵石地层的施工，地表后期沉降满足规范要求。
2014 Vol. 51 (2): 127-132 [
摘要
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2564
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133
黄祚琼
地铁车站暗挖隧道穿越既有线的施工技术研究
广州地铁6号线海珠广场站共有3条隧道穿越地铁2号线车站及区间隧道，两者之间的垂直距离非常小，施工难度极大。文章结合海珠广场站暗挖隧道与既有2号线的位置关系和工程水文地质条件，提出总体施工原则及总体施工方案；详细介绍了左线站台隧道下穿既有2号线和西端左、右线区间隧道下穿既有2号线的施工技术和监测技术。暗挖隧道施工安全顺利穿越了既有2号线，保证了周边建筑物的安全及地铁2号线的正常运营。
2014 Vol. 51 (2): 133-139 [
摘要
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140
连长江, 李建平
盾构始发端头的硬岩处理技术探析
城市地铁建设中已越来越多地采用盾构法施工，而盾构所穿过的地层条件直接决定着盾构掘进能否顺利进行，尤其在盾构始发端头的上软下硬地层对盾构掘进非常不利。文章以广州地铁9号线某区间泥水盾构始发穿越上软下硬地层为背景，对该工程采用地面开挖多个竖井除岩的处理方法进行了研究。研究表明，该方法可安全快速地去除盾构始发端头的硬岩，不但有效解决了盾构始发端头上软下硬地层的问题，同时可免去盾构始发端头的地层加固处理措施。
2014 Vol. 51 (2): 140-146 [
摘要
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2223
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147
刘学彦1, 2, 袁大军1, 2, 乔国刚3, 王, 飞1, 2, 陈海丰4
盾构长距离穿越房屋安全技术研究
苏州轨道交通2号线穿越古城区，从480幢各类房屋的正下方或侧面通过，其房屋多为无基础或简单条形基础，易受变形影响发生开裂、崩塌等；再加上2号线穿越粉土和粉砂层，地下水位较高，透水性强，盾构穿越时由于土体扰动极易发生流砂或板结现象，使开挖面失稳。虽然盾构隧道施工技术随着盾构性能的改进有了很大发展，但在上述特殊情况下成功穿越近邻的大量建筑物依然是全新的挑战。文章通过掘进速度，以及浆液材料和注浆量现场试验，确定了盾构穿越房屋时的影响范围，提出了盾构通过时的地表沉降控制标准，并给出了掘进速度、浆液材料组成与配比、注浆量及注浆时机的控制标准，为2号线的安全穿越提供了技术保障。
2014 Vol. 51 (2): 147-151 [
摘要
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2349
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152
孙明彪
富水糜棱岩大断面隧道Ⅵ级围岩变形控制技术
改建的成昆铁路秀宁隧道出口段（510 m）通过罗茨-易门大断裂，并下穿龙潭水库，隧道围岩为罕见的富水糜棱岩，围岩级别为VI级；富水糜棱岩开挖后呈流塑状，极易产生涌泥和溜坍，导致初期支护产生大变形。文章基于糜棱岩抗剪强度的水稳性试验研究，针对该段隧道工程提出了采用全断面超前预注浆并辅以大管棚控制围岩变形的支护方法，以及三台阶七步开挖法进行了数值模拟分析。分析结果与围岩变形监测结果均表明，全断面超前注浆可以有效堵水和挤水，实现富水糜棱岩地层的排水固结，提高围岩强度；大管棚超前支护及大拱脚三台阶七步开挖法可以有效控制围岩变形，保证施工安全。
2014 Vol. 51 (2): 152-156 [
摘要
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2101
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157
饶军应1, 傅鹤林1, 黎, 明2, 刘运思1, 尹, 泉1, 张海明3
白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析
白山左线隧道施工中，针对塌方发展过程和塌方机理，实施了一套基于“地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降”的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律，以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明：在软弱围岩地段，拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力，有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移；同时，拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载，改善仰拱二次衬砌的受力状况；塌方综合治理方案效果较好，保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。
2014 Vol. 51 (2): 157-166 [
摘要
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2115
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167
赵, 钰
铁路瓦斯隧道施工控制技术研究
文章通过对瓦斯特性的分析，明确了瓦斯隧道施工管理要点；结合天台寺隧道瓦斯施工管理实例，针对瓦斯隧道的施工特点，介绍了“超前探测、强通风、勤检测、短进尺、配备防爆机具、加强施工管理”等施工技术及措施的实施和取得的效果。
2014 Vol. 51 (2): 167-171 [
摘要
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2054
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172
齐, 甦1, 王立英2, 崔小鹏2, 张, 烨1
兰渝铁路清水隧道塌方治理结果的分析
文章结合兰渝铁路清水隧道施工过程中多次发生塌方事故的工程实例，研究分析了塌方原因，以及施工中针对塌方情况采取的洞碴回填反压结合临时支撑、小导管注浆加固、管棚穿越塌腔、泵送C20混凝土封堵塌腔并吹入0.5 m厚细砂以及换除侵限拱架等综合治理措施；并根据LTD探地雷达注浆效果检测、Midas GTS数值模拟，以及监控量测实测结果进行了对比分析。结果表明，塌方治理措施行之有效，治理效果达到了工程要求。
2014 Vol. 51 (2): 172-177 [
摘要
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2314
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178
冯迎军
碳质板岩隧道塌方处理方案探讨
文章结合十堰—天水高速公路磨河村隧道塌方案例，分析了隧道塌方原因，并从经济性、安全性、可操作性等方面综合比较了三个处理方案。最终选择的处理方案为：利用弃碴回填下台阶；加固上台阶开挖台车，以作为防护棚架；对坍塌前后段及坍塌口进行加固处理，施做喷混凝土支护及二次衬砌；利用混凝土及干砂对塌腔进行回填处理。该处理方案安全、合理、经济、快速、可行，且效果良好。
2014 Vol. 51 (2): 178-181 [
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2219
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182
董淑棉1, 郭炎伟2
注浆止水技术在热力工程竖井施工中的应用
北京市某热力竖井采用倒挂井壁法施工，在非降水条件下进行注浆止水，取得了较好的效果和相关经验。文章以此工程为例，根据该竖井的水文地质条件及周围环境情况，详细论述了注浆止水方案的设计参数和施工技术，包括浆液的类型及配合比、注浆压力、注浆量、扩散半径、注浆孔布置及具体的注浆结束标准等。工程实践表明：结合理论与工程概况，通过对注浆参数进行合理设计及对施工工艺的严格控制，单纯的注浆止水方案可以有效地止水并能起到加固作用，满足热力竖井安全开挖的目的，从而在一定程度上扩大了注浆法的应用范围。
2014 Vol. 51 (2): 182-186 [
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