断面测量系统在隧道围岩变化量测中的应用

研究目的:采用徕卡断面测量系统对隧道围岩净空位移变化进行量测,该断面测量系统的机载软件能自动采集隧道围岩净空位移变化数据,再利用其后处理软件进行数据分析与处理,可以快捷地获得隧道围岩变化量测结果,并以准确直观的图形和数据表输出,为隧道围岩的稳定性判断和施工提供依据。研究结论:采用断面测量系统进行围岩净空位移量测是可行的,在判定隧道围岩的稳定性、支护效果、发现变异等方面取得了良好的效果,保证了数据的准确性和可靠性,减少了人为误差,为隧道施工提供了科学合理的数据依据,保证了施工安全和施工质量,加快了施工进度,也为优化隧道设计提供了重要依据。     

隧道稳定性位移判别准则

本文明确了隧道稳定性及其多极限状态的概念，提出了隧道稳定性可通过隧道位移来体现和判别。以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和难点是围岩及支护结构的位移极限值的确定。根据隧道的变形动态信息反推围岩参数和支护结构实际所受荷载为输入参数，进行隧道极限位移的计算模拟，辅以室内模拟试验验证和现场资料调查整理的综合手段来确定，更能反映隧道的现场实际。本文还介绍了实测位移的时间序列组合模型分析，位移随机分析，位移随机插值的方法。以隧道周边位移为依据，建立隧道稳定性判别准则以及设计体系。它可以直观地与现场量测联系起来，建立反馈系统实施控制，真正体现隧道施工中的反馈信息，指导施工，修正设计的动态设计特点。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

湿陷性黄土隧道施工及量测技术

临县隧道全长10 632 m,以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主,位于黄土峁梁地区,浅埋偏压段落较多,其中黏性土地层具有弱膨胀性,极易造成塌方或大变形,施工难度大。阐述了湿陷性黄土隧道软弱围岩段的施工难点、施工原则及关键技术控制要点,并介绍了根据位移控制基准和位移时程曲线形态判别围岩与支护结构稳定性的方法。结合施工取得的经验教训,总结了大断面湿陷性黄土隧道施工变形控制措施。这些措施使临县隧道施工得以安全、优质、高效地完成,可供其它特殊条件下的隧道施工借鉴。     

浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析

地形偏压、地质偏压和施工偏压是造成隧道偏压的三种主要原因.在隧道结构地形偏压及地质偏压已经确定的情况下,尽可能地采用合理的施工方法和施工顺序,通过施工来减小地形偏压及地质偏压在施工中以及施工结束后对结构内力的影响,具有相当的工程意义和现实意义.以某浅埋偏压小净距隧道为工程背景,利用有限差分软件,对浅埋偏压小净距隧道的施工方法和施工顺序进行数值仿真模拟,分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化.各工法数值结果对比分析表明,从围岩塑性区、洞周位移、地表位移及围岩应力因素考虑,双侧壁导坑法更适于浅埋偏压小净距隧道施工.     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

软岩隧道围岩的应力应变分析

根据千丘榜隧道实际施工中围岩的力学情况,建立有限元模型,采用不同加载方式,不同应力场,对软弱围岩在隧道施工中隧道围岩位移进行数值模拟和分析.结果表明:围岩在开挖后,整个围岩的初始应力被破坏,围岩的竖向位移及仰拱底围岩竖向位移随着侧压力系数的减小而增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而减小.     

城市小净距隧道施工工法合理性分析

以在建的某市小净距隧道V级围岩段为例,采用有限元数值分析方法,对隧道施工全过程进行仿真分析,获得了不同施工步条件下围岩位移、受力及塑性区分布图.同时对施工过程中的初衬及临时支护受力特征进行研究表明:设计中采用的施工工法和支护措施,有效地控制了地表、隧道围岩位移及塑性区分布,充分发挥了初衬材料的受力性能,二次衬砌结构处于安全性状态.     

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

全站仪遥测技术在洛香铁路隧道围岩变形监测中的应用

隧道及地下工程中,采用数码相机、全站仪等仪器摄取工作面及隧道断面的有关数据,如地质数据、变形数据,可以方便、可靠地推定围岩的级别,进行三维地质分析以及进行隧道净空变形的观测等。重点介绍利用全站仪的遥测技术观测围岩净空位移,自动采集隧道围岩净空位移量测外业数据,对数据进行计算机自动分析处理,快捷方便地获得量测成果,并以准确、直观的图形及报表数据输出,及时为围岩稳定性判断和指导施工提供数据依据。     

连拱隧道两种工法的施工力学分析

目前在连拱隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、已修筑的衬砌产生大面积裂缝等问题。为此，本文通过有限元方法对渝怀线金洞隧道出口段连拱隧道两种不同施工方法下的洞周位移、衬期支护的内力、安全系数等进行了分析，得出一些有意义的结论，可作为连拱隧道施工时参考。     

隧道围岩特性参数反演及有限元分析

基于隧道围岩收敛变形观测数据,运用系统识别灵敏度分析理论开展隧道围岩材料特性参数反演。采用反演得到的隧道围岩特性参数进行隧道二维有限元建模与数值仿真分析,得到了隧道开挖后的位移和内力分布特性,同时还开展了隧道边坡稳定分析,得到的结论可供隧道设计和施工参考。     

三台阶大拱脚临时仰拱法与微台阶法在砂质黄土隧道中的适用性对比分析

在软弱围岩隧道施工中常采用三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法。针对蒙华铁路阳城隧道上覆砂质黄土下伏软弱围岩的典型工况,采用MIDAS有限元软件对三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法的施工过程进行了数值模拟。结果表明:采用大拱脚临时仰拱法施工最大拱顶沉降、最大水平收敛、最大掌子面挤出位移和最大地表累计沉降均小于采用微台阶法施工,三台阶大拱脚临时仰拱法能更好地控制围岩变形,更适合于上覆砂质黄土下伏软弱围岩隧道施工。该工法已在蒙华铁路实际工程中应用,取得了良好效果。     

收敛约束原理在隧道位移稳定性判据中的应用

收敛约束原理是解释围岩和支护相互动态作用过程的一种理论和方法。根据施工监测的位移数据 ,应用该原理判别隧道稳定性 ,其关键在于稳定性判据即极限位移值的确定。得出的极限位移计算结果已被铁路隧道相关规范采纳。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

施工通道与站台隧道三岔口段施工方法及力学行为研究

针对软弱围岩双线地铁车站隧道横通道与主线隧道开挖断面差距大,交叉区域围岩受多次扰动易出现应力集中,隧道三岔口段施工风险较大,易出现安全事故等问题,以青秀山地铁车站为依托,利用MIDAS-GTS对隧道连接处施工方法及受力特征进行模拟分析.着重对比大包法和小包法施工引起的围岩位移、应力分布及塑性区范围,并进一步对小包法施工全过程进行动态力学行为研究.研究结果表明:小包法所引起的围岩位移、重分布应力、塑性区范围均小于大包法,且施工工期相比大包法更短;小包法施工过程对围岩影响主要位于三岔口隧道交叉处,拱顶部分区域出现拉应力,拱脚处压应力集中,且施工过程中围岩应力体系转换频繁,选取合适的支护方法可有效控制围岩变形.     

监控量测与信息化施工

通过对浅埋黏土孤石隧道监控,科学地选取量测项目,对量测数据进行回归分析,得出其围岩的位移及应力变化规律,从而进行隧道信息化施工,保证了隧道的支护稳定和施工安全.     

黄土连拱隧道施工过程的数值模拟和方案优化

针对汾柳高速公路离石隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的受力问题，运用有限元程序ANSYS6．1对三导洞法和上下台阶法进行了动态数值模拟，建立了不同施工工序下围岩的位移场和应力场，并以此对这两种施工方法进行了对比分析，得出三导洞法较优。对隧道的施工具有重大的指导意义。     

高地应力软岩隧道施工方法与监测

兰海高速公路麻崖子隧道位于西秦岭山区，围岩破碎，埋深较大，地应力较大，施工中存在较大安全隐患。对隧道围岩内部位移、锚杆轴力、支护钢拱架内力、围岩与锚喷混凝土接触压力、岩隙涌水量等进行现场监测，并结合地质勘查资料进行了综合分析。结果表明：隧道开挖后围岩产生较大变形，未支护围岩在施工爆破中容易产生岩体塌落事故，提出利用超前地质预报及时掌握掌子面围岩和地层的情况，并根据围岩状态变换爆破方法，在初期支护前喷上一层纤维混凝土以增加破碎岩体的胶结力等措施。     

高铁隧道穿越不同岩性接触带施工方法研究

随着我国高速铁路在西部地区的大力发展,铁路隧道经常需要穿越不同岩性接触带地层。隧道在穿越不同岩性接触带的施工过程中,易出现围岩塌方、变形过大、支护开裂等问题。以银西高铁贾塬隧道穿越不同岩性接触带为研究背景,采用FLAC~(3D)软件模拟隧道分别采用三台阶法,三台阶七步法,三台阶核心土法,三台阶临时仰拱法穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带,分析4种工况下围岩位移、围岩应力和支护应力的变化规律,并结合现场监测数据验证,比选出最优工法。研究结果表明:隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,上下两种地层围岩位移相差较大;采用不同工法施工时,围岩应力和支护应力分布规律不同;采用三台阶临时仰拱法和三台阶七步法能够有效控制围岩位移;采用三台阶预留核心土法和三台阶七步法施工时支护受力更加均匀。