隧道围岩分级的模糊信息分析模型及应用研究

铁路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计和施工的重要依据、目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素。本文引入模糊信息的概念，以大量既有隧道围岩分级的信息提取为基础，建立了隧道围岩分级的模糊信息分析模型，其中应用层次分析方法，确定各个影响因素在围岩分级中的权重分配。通过工程实践应用，取得了良好效果。     

考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级方法研究

研究目的:以现行《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)围岩分级方法为基础,将概率分析原理引入铁路隧道围岩分级工作中,并对分级指标相关性进行研究,建立考虑围岩分级指标相关性的、定量分析铁路隧道围岩等级的概率模型,为铁路隧道勘察、设计及施工提供参考。研究结论:通过采用考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级模型对石太客运专线南梁隧道、太行山隧道部分里程的围岩进行分级计算,并将计算结果与围岩实际开挖情况对比;结果表明,考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级方法预测结果与实际开挖情况吻合,比较客观地反映了隧道围岩实际情况,是铁路隧道围岩分级的一种有效方法。     

隧道围岩分级的遗传-支持向量分类耦合模型

针对现阶段围岩分级方法存在的主要问题,提出隧道围岩分级的遗传-支持向量分类方法。结合佛岭隧道施工期围岩分级实践,以公路隧道设计规范BQ分级为基准,分别采用岩石回弹强度和掌子面状态替代饱和单轴抗压强度和地应力状态,并增加节理延展性观察的定性指标,在大量现场测试和室内试验的基础上,给出每个分级指标的现场快速测试方法,并以分级结果作为遗传-支持向量分类算法的训练样本,建立隧道围岩分级的遗传-支持向量分类智能模型。佛岭隧道围岩分级实例表明:该模型分级结果与现场勘测基本一致,且较遗传-神经网络模型有更高的分级准确性,为隧道围岩分级提供一种方法。     

隧道围岩级别快捷判定技术及配套仪器研究

目前缺乏施工期隧道围岩快速分级方法。在总结前人研究成果的基础上,进行隧道施工期围岩级别快捷判定技术及配套装置的研究,可一次性快速获取3个定量指标R_c、V_(pm)和V_(pr)值,通过手动输入修正系数K_1、K_2和K_3,自动对隧道围岩级别进行快速判定,提高了隧道施工期围岩级别的判定速度,减少了人为判定误差,为施工期围岩级别划分、动态设计、施工提供依据。     

用TSP预报数据划分铁路隧道围岩级别

研究目的:在铁路隧道施工过程中,当隧道围岩地质情况与设计不符时,经常会对隧道围岩分级进行变更。实践中,应用地震纵波速度对隧道围岩进行分级存在许多问题。目前隧道围岩分级仍然以定性为主。由于隧道围岩分级涉及隧道施工参建各方的切身经济利益,以及隧道施工进度和安全,因此参建各方都高度关注隧道围岩分级变更。当前,使用地震波反射法进行隧道超前地质预报(TSP)已是标配方法,TSP预报数据包含隧道围岩的各项物理力学参数及其空间变化。通过分析总结,本文据此对隧道围岩进行定量分级,可以解决由定性围岩分级造成的矛盾。研究结论:(1)使用TSP预报数据,以岩性、动态杨氏模量为隧道围岩基本分级指标,以泊松比及其变化为隧道围岩分级修正指标,结合反射界面密集程度,通过本文的表1及其使用说明,可以定量划分铁路隧道围岩分级;(2)理论上,这一分级与铁路隧道围岩分级体系是一致的;(3)本文提出的铁路隧道围岩分级定量指标还需在实践中不断统计修正。     

蒙华铁路黄土隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是选择支护形式和施工方法的重要依据,科学、准确的围岩分级是控制变形、节约成本、指导施工的重要基础。由于黄土的特殊性,黄土隧道与一般岩体的隧道不同,因此用于围岩分级的指标也大不相同。本文选取含水率、黏聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比5个分类指标,对现场测量的数据进行整理简化,得出Ⅳ_a、Ⅳ_b、Ⅴ_a、Ⅴ_b、Ⅵ五个分类等级对蒙华铁路蒙陕段黄土隧道的各测设段进行围岩稳定性划分,结果显示,五个围岩划分等级与实际设计围岩等级基本一致,可以用于黄土隧道围岩分级。     

喷锚衬砌在无二衬支护的大断面软弱围岩隧道中的应用研究

软弱围岩隧道设计及施工技术在国内外屡见不鲜,但隧道的设计理念及施工方法的差异却很大。本文以以色列卡迈尔公路隧道为例,从隧道设计理念、支护参数设计、施工步骤、关键部位工艺控制等方面介绍了没有二衬支护情况下的软岩大断面隧道的设计及施工技术,提出了软弱围岩大断面隧道喷锚衬砌新技术,并在实践中取得了良好的效果。     

《铁路隧道设计规范》修订内容评析

研究目的:通过对行业标准《铁路隧道设计规范》(TB 10003—2016)全面修订涉及的规范适用范围、设计使用年限、围岩分级、洞口工程、隧道防排水、衬砌配筋、无砟轨道及不良地质衬砌设计等主要内容的介绍和评析,指明今后隧道设计应重视和完善的新内容,使隧道工程设计更好地适应铁路建设发展要求。研究结论:(1)修订了规范适用范围,增加了隧道跨度分类标准,补充了隧道各部分结构设计使用年限要求;(2)引入了围岩基本质量指标BQ,补充了施工阶段围岩亚分级,完善了隧道围岩分级方法;(3)完善了洞口设计规定,增加了掘进机法及盾构法隧道衬砌设计要求,修订了衬砌受力钢筋的最小配筋率及构造要求;(4)优化了隧道防水等级标准及适用范围,补充了防排水措施、隧底排水要求;(5)新增了岩溶、瓦斯、高地应力区、黄土、寒区等不良地质及特殊岩土隧道设计规定,新增了施工方法及措施内容,增加了环境保护设计规定;(6)本研究成果可为铁路隧道设计施工提供借鉴。     

大断面小净距隧道施工力学响应研究

通过对软弱围岩条件下的大断面小净距隧道采用不同施工方案及步骤时的力学响应研究,针对双侧壁导坑法、CD法、上下台阶法等几种施工方法对围岩变形、地表沉降、围岩应力、围岩稳定性等进行对比分析,确定了适合软弱围岩条件下大断面小净距公路隧道的合理施工方法。对双侧壁导坑法采用不同的施工过程,分析比较确定出合理的施工程序。研究结果可为类似工程的设计和施工提供借鉴。     

铁路隧道近距离下穿在建公路隧道的施工控制技术

针对回龙湾铁路隧道近距离下穿在建公路隧道施工控制难题,在对两座隧道工程条件特别是空间展布分析的基础上,确定了穿越施工的总体方案与风险控制原则,进而提出了大管棚和T76S自进式管棚超前支护参数、开挖方法与步序、初期支护方法等。现场监测结果表明,选定的下穿隧道施工方案不仅能够较好地控制围岩变形,而且可以保证铁路隧道施工安全,同时也能够保证近距离的上方公路隧道围岩稳定和结构安全。     

高速铁路隧道围岩力学参数反演研究

研究目的:隧道围岩是一种非均质、不连续的地质体,其力学参数的确定直接关系数值模拟结果的准确性。针对隧道围岩力学参数难以有效获取的问题,本文依托阳山高速铁路隧道,采用FLAC~(3D)对隧道施工过程进行数值模拟,并基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM),研究高速铁路隧道围岩力学参数反演方法。在此基础上,建立隧道有限差分模型,分析不同台阶长度施工时围岩的变形、应力分布及破坏形态。研究结论:(1)围岩拱顶沉降模拟结果与实测值基本吻合,验证了所建立的隧道围岩力学参数反演模型的可行性;(2)当施工台阶的长度大于6 m时,隧道围岩稳定性急剧降低,不利于人员安全及隧道有序施工;(3)本研究结论可为后续施工提供可靠依据,同时可为隧道施工的稳定性分析提供参考。     

公路连体隧道的设计与施工

综述国内外连体隧道设计施工研究现状,分析国内外在隧道围岩分类、连体隧道力学模型、公路连体隧道的防水设计与施工,指出公路连体隧道设计施工中亟待解决的问题,结合海游连体隧道实例对连体隧道设计和施工进行了应用研究。     

悬索桥隧道锚与下方公路隧道相互作用分析

隧道锚、公路隧道叠置使锚址区受力十分复杂,研究锚、隧的相互作用十分必要足尺模型试验难以实现,而数值分析是一条有效途径以我国首座大跨径悬索桥隧道锚为研究对象,基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟,该围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元用读入应力法建立复杂构形的初始应力场。结果表明：在锚、隧间距合适时,施工期间两者的相互作用不突出;隧道施作时锚体区竖向位移与设计缆力作用的位移值对比表明,先施工公路隧道后施工隧道锚的工序是合理的;隧道锚的施作对隧道围岩位移影响微弱为大桥和隧道的设计与建造提供了可靠依据。     

铁路隧道软弱围岩水平岩层施工技术

结合黄韩侯铁路北塬隧道左线进口软弱围岩水平岩层施工,通过对隧道水平岩层的稳定性分析,并针对水平岩层对隧道开挖和支护的影响作用,确定水平岩层隧道施工开挖方案,采取负视速度法超前地质预报手段及时获取围岩情况,并对开挖爆破参数和支护参数等及时进行优化,确保了隧道的施工安全。     

某铁路隧道高地应力、高水压围岩级别修正探索

研究目的:高速铁路的修建涉及大量深埋长隧道,施工阶段围岩详细分级时,涉及到一些在对原围岩分级进行修正时的问题,其中,高地应力、高水压的修正是主要要内容. 研究结果:提出了高水压下围岩级别的修正,采用[Q]=[BQ] Jw (Jw=0.1～0.05)对基本分级进行修正;TB法在地应力等级划分标准值附近将产生较大的定级误差,现场地应力评价指标研究及其现场获取技术研究是进行施工阶段围岩分级地应力修正的一个有效途径.     

基于监控量测的隧道围岩分级方法及其应用研究

以建设中的渝万高速铁路孙家湾隧道为例,通过现场实测获取了岩石单轴饱和抗压强度、岩体完整性系数、地下水影响修正系数、主要软弱结构面产状影响修正系数。运用监控量测和扩张卡尔曼滤波非确定性反分析技术,获得了围岩初始地应力状态影响系数。在此基础上计算了修正后的岩体基本质量指标[BQ]值,并对隧道掌子面附近围岩进行了分级。结果表明:采用基于现场监控量测的分级方法,能够快速获得围岩的真实等级,为修正设计阶段的围岩等级和优化施工方法提供依据。     

偏压隧道的进洞施工扰动效应及安全监控

利用数值分析方法,针对某公路隧道进洞偏压段施工过程进行模拟计算,探究了隧道开挖引起的围岩变形规律及初期支护结构受力特性。结合现场监控量测技术,通过对比分析围岩变形数据,动态地掌握隧道施工过程,为围岩类别调整、初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供了依据。     

乌鞘岭隧道千枚岩地层初期支护参数研究

研究目的:针对乌鞘岭隧道深层地段千枚岩地层,隧道开挖过程中,围岩产生大变形的特点,进行初期支护合理性的研究,提出有效的支护措施。研究方法:结合兰武二线乌鞘岭隧道岭脊地段千枚岩地层的设计施工,采用动态设计方法,根据千枚岩不同含量,确定试验段,布置量测断面,通过现场位移量测,分析总结深埋条件下,千枚岩地层变形特点和初期支护设计方法。研究结果:通过对隧道开挖过程中围岩变形和初期支护的研究,提出了千枚岩地层初期支护参数的建议方案,对同类工程的设计施工有一定的借鉴意义。研究结论:对于以千枚岩为主、围岩变形大的地层,采用长锚杆大刚度型刚支架,结合网喷纲纤维混凝土等初期支护措施,是控制围岩产生大变形的有效方法之一。     

隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,而围岩破坏问题模型试验一直是一个难点.通过本研究,建立隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,为围岩破坏机理的研究提供试验基础.研究结论:将隧道围岩简化为均匀介质,以公路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩为研究目标,以围岩级别、隧道埋深、隧道断面为参量设计了模型试验内容、试验装置,研制了围岩模型材料,建立了隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,实现了自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对隧道围岩渐进性破坏过程及破坏过程中围岩应力、地表位移变化规律进行了分析.     

关山特长隧道围岩力学参数取值研究

隧道围岩处于各种结构面环境中,加之取样过程中具有随机性,准确获取围岩力学参数较为困难。应用随机模糊理论,建立隧道围岩参数随机—模糊评价模型,对室内试验数据进行处理,并建立围岩力学参数可信度数学模型,评价参数取值的可靠性,用该方法可以准确地确定围岩力学各个参数,且每个参数都有相当程度的可信度。应用该方法确定了关山特长隧道围岩的弹性模量和变形模量。