高应力软岩隧道衬砌结构探讨

在高应力软岩段,围岩压力大、围岩变形具有明显的时间效应,高地应力软岩隧道的支护结构要能够适应、协调围岩的大变形,释放围岩的压力,同时保障结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现开裂、塌方现象。以某高速公路高应力软岩段为例,隧道支护结构采用临时防护罩+刚性初期支护+二次衬砌的组合型式,并通过数值计算、现场监控量测等方式验证了方案的合理性,对类似工程的设计有一定的借鉴意义。     

乌鞘岭隧道F7断层区段左线迂回导坑监控量测

兰新复线兰武段乌鞘岭隧道F7断层,为区域性大断层,地应力高。施工过程中,围岩变形达1 m以上,初期支护出现多处变形侵限及坍塌事故。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,及时优化、更改预设计,在左线迂回导坑做试验段,进行了拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初支混凝土应力、初支围岩压力、初支钢架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理性参数的跟踪量测,利用量测结果指导正洞设计施工及预见事故和险情,以便及时采取措施,保证了隧道顺利贯通。     

后云台山隧道地应力测试分析与岩爆防治措施

高地应力是一种常见的隧道地质灾害,在施工前准确掌握隧道穿越段的工程地质状况及地应力状态至关重要。针对后云台山隧道施工中洞室围岩发生＂脆响＂及掌子面后方初期支护喷射混凝土开裂等表象,通过地应力测试分析,判断隧道穿越地段围岩属中等应力水平,预测洞室开挖过程中有发生弱岩爆甚至中等岩爆的可能,采取加强监控、优化支护参数及施工工艺和打设应力释放孔等措施,取得显著效果。     

大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法

依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期支护的整体沉降;在初期支护闭合后,主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓;大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂;绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化,是造成隧道大变形灾害的根本原因;隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束,加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏;初期支护承载能力有限,围岩荷载不断传递至二次衬砌,是导致二次衬砌开裂的直接原因;围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制,以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制;通过采用“三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱”的大变形灾害综合控制方法,同时对隧道大变形进行分级管理,有效避免了隧道大变形灾害的发生。      

炭质板岩大变形隧道施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道围岩主要以炭质板岩为主,开挖后初期支护出现较大变形,且变形持续时间长。通过分析,高地应力和软岩是造成大变形的主要原因。施工过程中通过提高初期支护强度、加设长锚杆注浆、预留合理变形量和采用双层初期支护来控制变形。并采用超前小导洞应力释放法和预留空间释放法,以减缓变形速率。对高地应力软岩隧道变形控制技术进行探索,为此类隧道施工提供技术参考。     

基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱变化规律研究

围岩承载拱理论可很好地解释隧道施工过程中围岩是承载主体,特别是挤压性围岩隧道支护抗力远小于初始地应力,围岩承载主体地位更为突出。围岩强度应力比是挤压性围岩隧道变形分级的主要判别指标。从围岩承载拱理论出发,推导了基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱理论解,建立了围岩承载拱范围与挤压性围岩隧道变形分级的定量关系。研究结果表明:挤压性围岩隧道围岩承载拱厚度随围岩强度应力比减小而增大,随隧道洞径增大而增大,随围岩强度减小而增大,随初始地应力的增大而增大,随支护抗力的减小而增大;通过地层注浆加固改善围岩强度及通过增大支护刚度而提高支护抗力,均可有效降低承载拱厚度,从而提高围岩稳定性。研究成果可为挤压性围岩隧道设计施工提供理论支撑。     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

汶川8.0级地震前后福堂隧道应力场变化研究

"5·12"汶川地震后,发震断裂上盘的高地应力本应获得一定程度的释放,但位于该地区的福堂隧道仍出现了较强烈岩爆灾害和饼裂岩芯等高应力特征.为研究该特殊高地应力现象,基于实测地应力值和地震前后区域地应力反演分析,获得了该特殊高应力现象的形成原因.结果表明:"特殊高地应力"主要受断裂带逆冲推覆持续作用、浅表生改造、介质差异及其距发震断裂的距离效应等因素影响而综合形成;强震后福堂隧道靠映秀侧洞段应力有较大降幅,而靠汶川侧洞段应力值降幅较小且仍处于高应力状态;隧道K18+850~K21+450段最大地应力介于20~25 MPa之间.特殊的地应力特征使得隧道两端具有完全不同的工程特性,对不同应力值洞段的支护参数选取、施工方法及隧道造价等都具有重要的工程意义.      

双侧壁导坑法隧道围岩受力变形研究

以昌景黄高铁瑶里隧道暗挖段DK90+550～DK90+610作为研究断面，建立三维数值模型，研究隧道双侧壁导坑法施工过程中隧道的变形和支护结构的内力，深入分析了双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径和初期支护钢拱架间距的影响。研究表明，隧道施工过程中隧道拱顶处围岩竖向位移较大，隧道拱腰处围岩水平位移较大。当开挖左侧导坑中间土体和拆除临时支撑时，拱腰水平位移会显著增大。随着双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径的增大，围岩的竖向位移逐渐减小，水平位移逐渐增大，初期支护钢拱架的应力逐渐减小，且临时竖撑曲率半径对围岩竖向位移的影响更加显著。围岩竖向位移和水平位移均随着初期支护钢拱架间距的增大而增大，且钢拱架的变化对拱顶围岩竖向位移的影响更为显著。     

龙潭隧道围岩参数与地应力场联合反演

龙潭隧道是沪蓉国道主干线湖北境内一条主要隧道,它的全长近8 900 m,埋深约500 m,为典型的深埋长隧道.隧道经过地区的地质条件复杂、地应力较大.为了合理地计算围岩稳定性,利用实测位移信息,进行了围岩参数和地应力场的反演.基于实测收敛位移,采用进化神经网络法,提出了一种围岩参数和地应力场联合反演的新方法,并利用该方法对龙潭隧道多个典型断面进行了反演研究.为了验证反演结果,采用反演得到的围岩参数和地应力场进行了数值计算,其计算结果和实际情况吻合.计算结果表明,通过反演,能得到反映整个隧道围岩参数和地应力场的基本参数,反演结果能较好地反映实际情况.     

深埋隧道穿煤段围岩变形特征研究

根据某隧道穿煤段(C2煤层)的工程实例,结合围岩位移、围岩内位形、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测,而进行的有关隧道穿过煤段围岩-支护结构的变形特征的分析结果表明:围岩位移变形分为急剧增长、缓慢增长和趋于稳定三个阶段;受高应力与岩体结构的影响,拱顶下沉为水平收敛的3倍,且初期下沉快,下沉时间长;围岩浅部较深部变形快且大,松动圈半径为2.5m～3.0m。该研究结果为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要的科学依据。     

基于进化神经元算法的堡镇隧道软弱围岩施工弹塑性智能位移反分析

结合宜万铁路堡镇隧道的施工,将BP神经网络和遗传算法引入特长隧道软岩段的施工位移反分析,采用遗传算法自动搜索BP神经网络训练效果最优的参数,建立起反映围岩变形与岩体物理力学参数及初始地应力之间高度非线性、不确定的GA-BP智能模型,然后采用遗传算法在岩体物理力学参数和初始地应力取值范围内,搜索BP神经网络预测围岩变形与实测围岩变形最接近的参数组合,取得反演获得的岩体物理力学参数和初始地应力.从堡镇隧道应用结果来看,这种进化神经元算法反演结果可以满足隧道施工的需要,并为类似工程提供了借鉴.     

挤压性软岩大变形隧道长短锚杆复合群锚技术

在成兰铁路成都至川主寺段隧道修建中,由于复杂多变的高地应力影响,出现软岩大变形问题。为解决这一工程难题,依托成兰线茂县隧道1号斜井,对隧道大变形控制进行系统研究。文章通过施工模拟计算发现锚杆能有效控制围岩变形,使作用在一支上的围岩压力减小,3m+8m长短复合群锚方案的最大锚杆轴力小于3m+6m和3m+10m长短结合锚杆方案的最大锚杆轴力。与加强钢架支护体系和钢架支护+长锚杆的现场试验数据比较,表明长短复合群锚的支护效果更佳,能使洞周各测点的变形值更小,围岩一支的接触压力更小且分布更均匀。     

深埋隧道穿煤段围岩变形特征研究

根据某隧道穿煤段（C2煤层）的工程实例,结合围岩位移、围岩内位形、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测,而进行的有关隧道穿过煤段围岩-支护结构的变形特征的分析结果表明：围岩位移变形分为急剧增长、缓慢增长和趋于稳定三个阶段：受高应力与岩体结构的影响,拱顶下沉为水平收敛的3倍,且初期下沉快,下沉时间长;围岩浅部较深部变形快且大．松动圈半径为2．5m～3．0m。该研究结果为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要的科学依据。     

强风化花岗岩地层超大断面暗挖隧道结构设计及施工工艺

在轨道交通工程中,隧道因受路基与桥梁线间距影响,会形成单洞双线隧道等超大断面结构。暗挖隧道初期支护方案设计与隧道所在地层的围岩等级等有关,同时也受到隧道施工工序的影响。隧道开挖后同时进行初期支护,防止围岩应力过度释放引起隧道坍塌。在二次衬砌施工前,初期支护与土体协调变形,应根据不同的围岩等级采取不同的支护措施,避免隧道变形过大侵入隧道限界。结合广州地铁21号线工程项目,对强风化花岗岩地层中的超大断面的暗挖隧道结构设计和施工方法进行了详细介绍。     

花岗质侵入岩地层隧址区的初始地应力场反演分析

火山隧道隧址区地层主要以花岗闪长岩侵入砂、泥岩分布,隧道轴线穿越花岗质侵入岩附近,岩性变化剧烈,地应力分布复杂.利用地应力实测数据反分析侵入岩体区域初始地应力场分布规律以对设计、施工提供理论指导.根据火山隧道地勘资料建立三维数值模型,基于现场水压致裂法实测原位地应力数据,采用多元线性回归法反演得到工程区域初始地应力场,...     

隧道结构工程流变问题的有限元分析

本文通过有限元计算,分析了当围岩具有流变特性时,隧道结构的力学行为,讨论了初始地应力场、支护时间等因素对洞周位移及衬砌应力的影响,得出了一些有益的结论。     

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性，称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征，分析表明地应力（或围压）的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型，尝试利用反演方法获取地应力场信息，通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系，以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究：得到地下厂房区域的岩体变形模量为16GPa左右，与反演分析结果也比较符合；通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场，是一个渐变的物理场模型，是更为符合工程实际的；主要考虑了岩体力学参数的应力状态影响，通过一系列的计算得到，人为因素少，计算结果可供工程实践参考。     

太行山隧道膏溶角砾岩地段施工监测与分析

太行山隧道是石太客运专线的重点工程,是目前我国在建最长的铁路山岭隧道。该隧道在DK85＋055～DK93＋900之间穿越累计4 410 m长的膏溶角砾岩地层,这种软岩硬土地层胶结极差,强度低、水理性强,并且有弱膨胀性。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,施工过程中进行了系统的监控量测工作,分析了围岩压力、支护应力特征和洞室稳定性状态,反馈信息,指导施工,为隧道顺利建设提供技术支持。