Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖轮廓控制研究与应用

Ⅳ级围岩大断面隧道采用全断面爆破法开挖具有围岩强度低、雷管段别高、装药量大的特点,爆后容易出现断面轮廓控制不足,超挖严重的难题。以新疆其特长高速公路隧道为工程背景,分析了爆破开挖过程中导致轮廓围岩损伤严重的主要因素,基于现场试验方法结合围岩损伤分析,优化了光爆层厚度、装药结构、起爆顺序等爆破参数,其中利用预留光爆层试验法确定最佳光爆层厚度为65 cm,采用导爆索三角形搭接法降低了周边眼起爆误差,优化装药结构及起爆顺序降低最大单段药量及总药量。爆后连续8个循环的超欠挖统计数据及振动监测结果表明:方案优化后的平均线性超挖量控制在0.25 m以内,平均炮孔痕迹率由之前的49.3%提高至试验后的91.1%,有效地改善光面爆破效果,降低隧道支护成本。爆破过程中最大峰值振速发生在掏槽段为2.131 cm/s,符合爆破安全规程的相关要求,且整体振速分布比较均匀。故所采取爆破参数优化设计是可行的,能够有效降低Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖对围岩的损伤,研究成果为类似工程提供借鉴。     

开挖跨度对隧道围岩稳定性影响研究

通过建立有限元、离散元两种数值力学模型,开展开挖跨度对隧道围岩稳定性的影响规律研究。结果表明:在不考虑洞室形状影响的前提下,当围岩按连续介质假设,且开挖后仍处于弹性应力状态时,单纯增加隧道开挖跨度对围岩应力状态影响不大;但若开挖后进入弹塑性应力状态,则单纯加大开挖跨度会导致塑性区半径大幅度增加,影响围岩稳定。当围岩按非连续介质假定时,岩体失稳主要呈现节理面间剪切滑移。开挖跨度增大相当于隧道跨度与岩块的相对尺度增大,隧道关键块体失稳概率加大,对于相同产状节理岩体,关键块体出现部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道开挖的应力扰动区内遭遇节理的组数增加,组数越多,岩体越破碎,失稳概率越大,且失稳模式各有不同,增加了支护难度。     

大断面隧道开挖稳定性数值模拟分析

为了确保大断面隧道开挖的稳定性,采用数值模拟方法,以某大断面隧道开挖支护为例,通过介绍隧道地表沉降和塑性区来判断隧道的稳定性。隧道开挖支护后正上方沉降最大,向两侧沉降逐渐减小,地表沉降基本沿隧道中心左右对称,且呈现出抛物线形状;初次开挖时隧道外环周围出现小范围剪拉,随着与掌子面距离增大,塑性区范围不断扩大,且扩大位置主要发生在拱肩和拱脚部位;从塑性区分布可以看到,拱顶和拱底主要为剪拉屈服,其他部位主要为剪切屈服。     

大断面公路隧道临近溶洞开挖稳定性模型试验研究

为探明三台阶开挖中半揭露溶洞对大断面公路隧道稳定性的影响,以李洞隧道为研究对象,通过模型试验和理论分析,研究不同位置、不同尺寸溶洞对隧道围岩变形及初期支护结构受力特征的影响。结果表明： 1）不同位置、不同尺寸溶洞存在下隧道拱顶沉降及周边收敛时程曲线均呈“S”形变化,大致分为初期缓慢增长-突变-增长减缓-稳定4个阶段。2）掌子面挤出随溶洞内压变化呈现“指数型”增长,具有明显的内压突变点,仰拱位置处溶洞突变内压最低、边墙位置处溶洞突变内压最高,直径越小的溶洞对应的突变内压越高。3）溶洞位置对近侧的支护结构影响较大,对于远侧的支护结构影响偏小。改变溶洞位置,隧道钢拱架左侧的轴力呈现一定的波动,而右侧的轴力趋于稳定。     

隧道开挖对边坡稳定性影响的数值分析

为研究隧道开挖对边坡稳定的影响,结合某隧道工程实例,采用有限元方法分析隧道开挖不同深度对边坡稳定的影响。结果表明:距坡顶5~15 m范围内,隧道开挖对边坡扰动不大;15~25 m范围内,边坡的最大位移呈线性递增规律,位移变化量在工程可控制范围内,可认为此范围是隧道埋深的合理位置;靠近坡脚25~30 m范围内,边坡位移量急剧增长,对边坡的稳定性产生了严重的影响;在隧道开挖卸载过程中,受到影响的主要范围是隧道周边和边坡中上部。     

双洞八车道特大跨度隧道Ⅴ级石质围岩开挖工法

为减小双洞八车道特大跨度隧道洞口Ⅴ级石质围岩后行导坑爆破对已完成支护结构的不利影响,该文以平潭牛寨山隧道工程为例,针对原设计双侧壁导坑法在后行的临近导坑爆破时,易将原先已施工完成的临时钢支撑震塌,提出取消临时横向支撑的变更方案1,以及带竖向支撑的上下台阶法（变更方案2）,再利用有限元法计算,模拟3种不同开挖工法对隧道变形及受力的影响。计算结果表明：3种方案引起的拱顶沉降相差较小,最大相差约11.8%;变更方案2引起的围岩应力最大,但变更方案2同时取消了左右侧壁导坑的横向支撑以及左右侧壁导坑下台阶的竖向支撑,大大简化了施工工序。最后,结合监测数据进行分析,隧道结构安全稳定,变更方案2不仅合理可靠,而且加快了施工进度,节约了造价。     

岩层倾角与隧道走向间关系对大断面隧道围岩稳定性的影响

针对大断面隧道拱顶围岩的稳定性,运用普氏理论确定大断面隧道拱顶围岩平衡拱高度,获得支护结构拱顶荷栽计算依据,通过分析隧道不同走向条件下岩层节理倾角护对顶平衡拱内层状围岩应力状态的影响,研究θ对隧道拱顶围岩稳定性的影响。结果显示,岩层呈水平产状时,隧道内拱顶围岩易发生掉块,隧道不同走向对隧道内应力重分布无差异性影响;岩层倾斜、隧道走向与岩层走向相同时,拱顶围岩的稳定性随口增大而减小;隧道走向与岩层走向垂直时,拱顸围岩的稳定性随口增大而增大;上三角组合节理条件下开挖隧道,拱顶裂隙呈闭合状态,褶曲轴面下固岩需加强支护;倒三角组合节理情况下,拱顶裂隙呈张开状态,拱顶易发生小型掉块。     

断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响分析

随着科技的进步和施工技术的不断革新,在复杂地质条件下建设隧道工程便成为可能,且公路隧道或铁路隧道穿过煤层的情况也越来越多。由于煤层中可能存在高瓦斯压力,故隧道施工可能诱发瓦斯灾害,其严重威胁隧道施工安全。以某铁路隧道为依托,利用FLAC3D软件建立模型,研究断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:随着隧道开挖断面尺寸的增加,瓦斯气体的渗流速度越大,掌子面前方围岩中塑性区就越接近煤层,发生瓦斯突出的风险也就越高。     

面向软弱围岩大断面隧道开挖的超前支护技术研究

以国内某一在建软弱围岩隧道为研究对象,提出了一种基于软弱围岩隧道的管棚注浆超前支护。通过建立模型对管棚注浆超前支护在隧道围岩加固中的作用效果和影响因素进行了分析。研究结果表明:隧道围岩在自重作用下沿纵向产生最大初始位移量,而水平、竖直向的初始位移量相对较小;在隧道整体施工过程中,随着隧道施工步序的推进,锚杆拉应力在一个小范围波动,并未出现较大幅度的突增和下降,采用管棚注浆超前支护能够有效的控制隧道围岩的竖向位移量,提高了锚杆的均匀受力性,有效控制喷混层拱顶应力集中现象,优化了拱顶部的受力状态。但管棚注浆超前支护对超前核心土作用在掌子面的挤压变形控制效果较差;且由于管棚加固自重作用,增加了拱脚处受力。     

复杂偏压大跨连拱隧道开挖围岩稳定性研究

连拱隧道作为一种特殊的隧道形式广泛应用于公路隧道建设中,文中以南京乌龙山隧道为背景,通过分析现场检测数据和数值模拟结果,研究不同偏压程度下,浅埋偏压大跨连拱隧道开挖力学响应特征。结果表明,地表坡度对偏压隧道开挖引起的拱顶沉降和拱腰侧向位移有显著影响,且浅埋侧拱腰侧向位移大于深埋侧;中隔墙对连拱隧洞开挖过程中限制围岩变形和边坡稳定性影响显著,这是因为初支和中隔墙形成的整体结构限制了围岩变形并增强了坡体的稳定性。     

Ⅴ类围岩的隧道开挖和衬砌适宜性研究

对莆炎高速公路黄岌、孟坪和沙溪阳3座隧道中Ⅴ类围岩采用双侧壁导坑法、CRD法、CD法和小步距情况下的开挖方式及对应不同类型衬砌展开阐述和评价,并针对典型断面拱顶沉降、断面收敛等工程实测数据进行对比分析,以探讨各施工方法和衬砌形式的适宜性及变形规律性,由分析结果可知:(1)各种施工方案中测点变形速率稳定,累计变化值均在正...     

开挖方式对公路隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究

采用弹塑性理论,利用通用有限元程序ABAQUS建立公路隧道二维有限元模型,模拟实际的隧道开挖过程,分析了不同开挖方式对硐室围岩应力分布、围岩位移等的影响.     

公路隧道开挖围岩稳定性数值模拟研究

公路隧道施工中控制隧道围岩在开挖后的变形,避免发生过大变形与破坏,为隧道二次衬砌争取时间是隧道施工中的关键问题。本文采用有限元数值模拟方法,模拟分析某一公路隧道的施工开挖过程,研究在不同的工况条件下,隧道围岩的稳定性,根据分析结果为隧道施工选择了合理的开挖施工方法,隧道典型断面的监测结果表明采用的施工方法能够满足开挖施工的安全及进度要求。     

大断面公路隧道临近大型溶洞围岩稳定性分析

依托某高速公路隧道,运用有限元分析软件,对大断面公路隧道临近溶洞不同尺寸的围岩稳定性及钢拱架内力进行了分析。结果表明:①洞周位移随溶洞尺寸的增大均有所增加,溶洞尺寸显著影响掌子面挤出;②掌子面临近溶洞位置的塑性应变最大;③初期支护整体承受的弯矩以正弯矩为主（内侧受拉）,墙脚位置出现小范围的负弯矩（外侧受拉）,并伴随应力集中现象,是受力的薄弱环节,随着溶洞尺寸的增大,临近溶洞位置的弯矩出现不同程度的减小;④初期支护的轴力整体呈上大下小的分布,随着溶洞尺寸的增大,初期支护临近溶洞位置的轴力显著增加,加剧了轴力分布的不均匀性。     

双侧壁导坑法开挖Ⅴ级围岩隧道过程中地表沉降规律研究

针对目前采用双侧壁导坑法开挖隧道过程中对地表沉降规律研究方面的不足,该文以福建某隧道出口Ⅴ级围岩开挖引起的地表沉降为例,首先通过现场测量得到了隧道开挖过程中地表沉降监测点的沉降值,并详细记录了对应的开挖进程.然后采用图表分析和数学统计方法得出了各导坑开挖引起的地表沉降量和沉降速率及其各项统计量.最后综合考虑隧道开挖进程及其沉降曲线走势,将整个监测过程分为7个区段,并采用曲线拟合的方式给出了沉降曲线方程.经过对各个区段曲线特征的分析发现,上部中导坑开挖对地表沉降影响最大;左右导坑开挖中,先行导坑引起的地表沉降明显大于后行导坑.     

大断面、缓倾角节理Ⅱ、Ⅲ级围岩隧道开挖支护施工技术

南山尖隧道在Ⅱ、Ⅲ级围岩开挖过程中,出现水平岩层,岩层较破碎,发育三组节理,存在间距20cm至30cm缓倾角节理,每次钻爆作业完成后,位于拱顶120°范围内的水平岩层极易坍塌,尤其是拱顶60°范围,光爆效果差,同时给隧道施工生产带来了极大的安全隐患。针对这一特点,选择合适的开挖支护形式和施工技术,不仅有利于施工组织,而且可以有效减少投入、确保施工进度。该工程在传统的工艺上的创新和突破及根据现场情况选择合适的工艺,对此类施工提供很好的借鉴和指导。     

大跨度连拱隧道开挖方法对围岩稳定性影响分析

某Ⅲ级围岩场地大跨度双连拱隧道工程为依托,基于弹塑性本构关系和D-P屈服准则,采用"地层-结构"模型,应用ANSYS程序分别对工程中的四种开挖方法(即中导洞全断面开挖、中导洞半断面法、三导洞全断面法、三导洞半断面法等)进行了数值模拟。分析、评价了四种工法条件下的围岩位移场、围岩应力场、支护结构受力三个方面的变化规律,获得了一些有意义的结论,可以为大跨度连拱隧道设计和施工提供参考依据。     

基于正交设计的大断面隧道分部开挖步距敏感性研究

为了研究大断面分部开挖法隧道分部开挖步距敏感性,基于正交设计原理,通过AQAQUS有限元软件建立三维动态开挖支护数值模型,对三种大断面隧道分部开挖法:中隔壁台阶法、CRD法及CD法进行了不同开挖步距下的计算,对比研究各工况下大断面隧道施工过程中拱顶沉降、地表位移及支护结构应力变化规律,揭示不同开挖步距对大断面隧道围岩与支护结构的变形及受力状态影响规律,同时对大断面隧道分部开挖步距的选择提出参考意见。     

开挖技术对隧道围岩稳定性数值模拟分析

依托正习高速公路第7合同段桃子垭隧道,利用FLAC3D数值模拟软件,模拟全断面法、台阶法、CD法和CRD法等4种不同开挖方法对隧道围岩稳定性的影响。通过数值模拟,对不同开挖方式下隧道围岩的位移变化、应力变化和应变特征进行对比分析,确定CD法为桃子垭隧道的最优施工工法。     

公路隧道开挖围岩位移预测及稳定性预报

建立了新的隧道工程开挖围岩位移预测和稳定性预报模型及其分析方法。对现有各种位移预测模型进行了评述 ;建立了适宜的围岩位移预测模型和稳定性预报模型 ;建立了不同变形特征下相应的围岩稳定性判断准则 ,提出了不同预测模型的选取标准 ;给出了隧道围岩稳定性预报方法和长期稳定指标的计算方法 ;介绍了自编的 DPSF程序 ;据此对现场隧道工程进行了位移预测和稳定性预报 ,对预报结果进行了讨论