隧道围岩优势节理面统计及其块体稳定性分析

对于节理发育的破碎围岩隧道工程,根据开挖面的节理发育情况对围岩稳定性作出快速判断是至关重要的.文章以宁波象山港大桥接线段的茶园里隧道右线为例,通过对该隧道右线YK21+670～YK21+718段围岩节理发育特征的精细化描述和统计分析,确定了该段围岩的优势节理面,并在此基础上利用赤平投影解析法进行了围岩块体稳定性分析,得出了围岩块体滑移形式及块体的受力状态,并与数值计算结果相互验证,确定了可能发生失稳的块体,明确了加固区域,对有效保证隧道开挖施工安全有重要意义.     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

深埋高地应力水工隧洞节理岩体开挖塑性区特征及分布规律研究

深埋高地应力水工隧洞处于复杂的地质力学环境中,开挖过程中围岩塑性区的分布及演化规律是隧洞稳定控制的关键。为了揭示高地应力水工隧洞开挖塑性区特征及分布规律,文章采用理论分析与数值模拟相结合的方法,推导了塑性区范围的计算公式,并引入新的无量纲参数作为非圆形隧洞围岩塑性区的评价指标,分析了节理岩体在高地应力条件下,侧压力系数以及开挖扰动对围岩塑性区的影响。研究结果表明,开挖扰动对于岩体开挖塑性区发展的轴向影响范围大约为1.0～1.5倍洞径,对于存在节理面的岩体,该影响范围可达到2倍洞径。侧压力系数直接影响围岩的塑性区形状,围岩塑性区有顺着节理面进行不规则扩展的趋势;水平应力与垂直应力差异性越大,节理面对围岩塑性区范围的影响越大,同时节理面有阻止塑性区沿垂直节理面方向扩展的作用。     

中天山隧道TBM掘进施工适应性研究

文章结合TBM在南疆铁路二线吐库段中天山隧道中的应用,根据该隧道的地形地质条件并借鉴西康铁路秦岭隧道的实践经验,分析了TBM的工程适应性;依据勘察设计施工中实测的地质参数和掘进速度,探讨了主要地质因素对TBM掘进效率的影响,对如何使TBM适应地质条件,以及如何采用针对性措施提高掘进速度进行了分析研究。结果表明,隧道围岩的工程地质对TBM掘进效率影响显著;采用高质量和耐磨性能的刀具、增大TBM总推力是提高TBM掘进效率的有效途径。     

仙岳山隧道工程地质特征与围岩稳定性分析

通过对仙岳山隧道工程地质特征、岩体质量的论述,分析了围岩的稳定性.在节理岩体的稳定性分析中,考虑了各组结构面产状和摩擦角的随机性.     

基于TBM工法的隧洞工程进度定量分析——以引红济石隧洞工程TBM段为例

文章结合QTBM理论,对引红济石隧洞工程前期的开挖进度数据进行了分析统计,结果表明:该工区TBM在Ⅲ类、Ⅳ类围岩中掘进速率较为稳定,而在V类围岩中掘进速率较低;同时,获得了适合该工区的岩体品质参数以及TBM净掘进速率、平均使用率等相关参数;并据此对该工程TBM待开挖段的工程进度进行预测,预测表明剩余6600m的开挖尚需...     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

基于模糊聚类理论的TBM施工围岩可掘进性分级预测模型

文章针对硬岩掘进机(TBM)在复杂地质条件下的可掘进性,进行了系统及定量的研究;基于模糊聚类理论和施工样本数据分析,建立了以掘进速率为分级指标,包括岩石单轴抗压强度、岩石完整性系数、围岩结构面与隧道轴线夹角和渗水量四项性质指标的可掘进性分级预测模型,将TBM施工围岩可掘进性分为好、一般和差三个性能等级;并在此基础上进一步细化模型粒度,以提高模型的精度和地质适用性。将所建模型应用于西秦岭隧道和大伙房水库输水隧洞工程实际工程效果表明,TBM掘进速率与由模型预测的掘进速率基本相吻合,验证了掘进性分级预测模型的可行性、科学性和有效性,进而对TBM的选型、设计和施工提供了重要的理论依据。     

钻爆法和TBM两种不同施工方法下深埋高外水压力隧洞的破坏特点及其力学机制分析

钻爆法和TBM法是地下工程掘进的两种主要方法,其对围岩扰动程度、加固措施有显著影响。文章以四条平行分布且分别采用TBM法和钻爆法掘进的大型隧洞为研究对象,进行同一地质条件下不同开挖方法对围岩破坏的影响研究。通过大量地质资料的统计处理、力学分析,总结了围岩的破坏方式,并归纳对比两种不同施工方法对围岩影响的共性特征,包括破坏部位相同、破坏面积相近、破坏坑深相近。另外,对比了两种方法对围岩影响的差异性,包括TBM施工时二次破坏范围比钻爆法的二次破坏范围大,并且易于产生岩爆和应力型破坏,但钻爆法施工时岩体易发生结构面型破坏。在此基础上,分析了各种破坏现象的力学机制,研究成果可为同类工程的施工和加固提供参考。     

完整围岩剪切型岩爆发生的力学机制

文章根据大量工程岩爆实例,总结剪切型岩爆的特征,在此基础上提出一个剪切型岩爆的简化力学模型,在考虑岩爆区岩体自身能量释放的基础上,结合Cook刚度理论对剪切型岩爆发生的物理力学过程进行研究,分析由于潜在剪切破裂面本构曲线峰后软化现象而产生的围岩结构失稳,以及失稳阶段围岩结构对外界的能量释放,对剪切型岩爆的非稳定性机制进行探讨。研究结果表明:剪切型岩爆可以看成是由于开挖应力集中作用下潜在剪切破裂面剪切错动滑移,引起自身及周围完整岩体能量突然急剧释放,导致岩爆区岩体破碎并向开挖临空面抛掷的现象。岩爆区岩体及周围完整岩体所释放的能量对剪切面的作用相当一对串联弹簧的作用效用。剪切型岩爆的发生受岩性、潜在剪切破裂角、剪切面周围岩体刚度的控制作用,是围岩受力变形过程中岩石材料力学性质渐进性劣化导致的一种能量释放驱动下的围岩状态失稳突跳现象。     

倾斜岩层中轨道交通区间隧道开挖稳定性分析

针对层面大倾角岩体地质偏压型、地形偏压型隧道开挖的稳定性进行了探讨。依据块体理论,采用赤平投影法以及岩体洞室开挖稳定性分析软件Unwedge进行定性分析,确定最不利结构面组合,寻找出最不稳定块体的位置;再采用有限元分析软件Phase2,利用其特有的结构面单元组进行定量分析计算,给工程实践提供了参考。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及施工关键技术研究

大伙房输水工程隧洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞.隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式.隧洞穿越区域水文地质条件复杂,开挖中面临的主要工程地质问题有围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题.文章通过对大量文献资料和工程实例的研究,概述了TBM近一个世纪的发展及其在隧道建设中的应用现状和主要问题.通过对大伙房特长隧洞所穿越区域的地质条件以及主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,以及对特长隧洞TBM选型进行分析,决定选用锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构,采用连续皮带机高速度出碴、TBM掘进独头长距离施工通风以及TBM洞内组装和检修等技术,对大伙房输水工程特长隧洞高速度、高标准、高质量的建成发挥了重要的保证作用,也可为今后类似工程提供参考和借鉴.     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

基于遍布节理模型的超大断面隧道开挖优化研究

为优化节理发育岩体条件下超大断面隧道开挖方法,文章以天峨至北海公路(巴马至平果段)山贡隧道为工程依托,通过引入遍布节理模型开展隧道开挖过程数值分析,并建立0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m共6种中隔壁法循环开挖进尺数值模拟工况,从围岩变形及塑性区分布的角度分析循环开挖进尺对围岩稳定性...     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

浅埋软弱围岩隧道变形特征研究

软弱围岩隧道受开挖扰动影响变形明显,施工中若稍有不慎,就会导致隧道塌方。文章以厦门莲岳隧道A匝道隧道为工程背景,结合隧道所处地质条件,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对浅埋软弱围岩隧道变形特征进行了研究。结果表明,对于软弱围岩隧道,不论是全断面开挖还是台阶法开挖,掌子面挤出位移最大,拱顶下沉和地表沉降次之,洞周收敛最小;隧道围岩变形可以分为掌子面前方的先行变形和掌子面后方变形,围岩条件越差,先行变形越大,约占总变形的10%~30%;采用台阶法等分部开挖工法,可减小对掌子面前方围岩的影响范围及变形。在对浅埋软弱围岩隧道的周边环境有严格变形控制要求时,要采取更为严格的预加固措施来控制隧道施工引起的围岩变形,以确保隧道施工及周边环境的安全。     

掌鸠河引水供水工程TBM施工段相关工程地质问题探讨

文章介绍了上公山隧洞TBM掘进过程中遇到的断层破碎带、节理密集带、软岩大变形、岩溶、地下水等主要工程地质问题,并详细地论述了相应的工程处理措施;同时指出,虽然TBM对于不良地质条件适应性较差,但只要给予足够的重视,借鉴以往TBM施工中取得的经验与教训,并针对不同的工程地质条件,分别采取相应的处理措施,TBM是可以安全、快速地通过不良地质地段的.     

隧道围岩变形影响因素分析

在对岩体工程进行开挖的过程中,可能会破坏岩体中已经达到的平衡状态,并改变岩体结构的应力场分布,致使应力发生重分布问题,从而导致岩体结构发生变形或者破坏。鉴于此,以某隧道工程为实际研究对象,在对其复杂地质条件进行分析的前提条件下,选择下行方向XK20+680断面作为围岩结构力学模拟的工作区域,对隧道围岩结构变形的相关影响因素进行了分析与研究。     

钓鱼台隧道复杂围岩设计施工过程关键块确定技术

关键块体在某种程度上控制着节理隧道施工的稳定性,同时存在着安全隐患。在设计和施工过程中,及时确定关键块体可减少工程事故的发生。文章结合辽宁境内高速公路钓鱼台隧道工程,采用块体理论和团队开发程序GeoSMA-3D系统,在现场调查的基础上对其进行不定位块体、定位块体和随机块体的搜索和初步确定,并分析了该隧道块体的稳定性。不定位块体分析中,给出三组结构面下,开挖面上可能形成的最大关键块体理论计算方法;定位块体分析中,根据确定性结构面信息,搜索开挖面上的关键块体;随机块体分析中,采用三维不接触系统对随机结构面进行测量统计,并搜索确定结构面与随机结构面共同作用下的有限块体和关键块体。三种不同块体的分析方法相互补充,从不同方面为工程设计及施工提供了依据。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。