局部破碎带下海底岩体隧道稳定性分析

以局部破碎带的某海底岩体隧道为例,采用有限元极限分析法分析了海底隧道岩体注浆加固前后的稳定性.计算表明,对于整体较为安全的隧道,当存在局部破碎带时,安全度降低,破碎带越宽,注浆堵水圈厚度越小,安全系数越小.与完整围岩破裂面位于两侧相比,含倾角45°破碎带围岩的堵水部分最先失稳.因此,必须做好破碎带的超前注浆堵水,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固,此种情况下,隧道衬砌原则上可按无水压设计,衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低.     

某海底隧道风化槽突水机制细观模拟及工程应用

根据某海底隧道F1风化槽结构地质特点及其与隧道的位置关系,概化隧道突水地质模式,通过颗粒流数值仿真对隔水岩层突水通道的形成过程、突水的影响因素进行了分析。结果表明,保证临界隔水岩体的完整性和稳定性是防止突水的关键;海底隧道穿越风化槽突水通道的初步预测与定位,是海底隧道穿越风化槽注浆加固设计的基础。基于以上分析,采用复合注浆方法对F1风化槽进行了堵水和加固,取得了较好的工程效果。     

青岛海底隧道围岩应力场与渗流场相互作用数值模拟

青岛海底隧道工程海域段穿越断裂破碎带,岩体呈碎裂结构,岩质软硬不均。为对岩体渗流场与洞周围岩开挖二次应力场二者间进行相互作用分析,应用非线性有限元程序ABAQUS检算施工期海底隧道开挖和衬护结构施作后,围岩体渗流场与隧道开挖二次应力场间的相互作用,得出围岩体渗流场、应力场的分布规律、洞周围岩塑性区的分布和范围,为海底隧道工程提供设计、施工依据。     

岗岭隧道穿越破碎带的衬砌结构性能研究

小净距隧道穿越破碎带时引发的围岩大变形给衬砌等支护结构的性能带来了严峻的挑战,亟需开展施工过程中的衬砌性能评价研究。基于此,采用基于收敛-约束法的纵向位移剖面(LDP)法和强度校核法等理论分析方法,并结合数值模拟技术研究了岗岭小净距隧道穿越破碎带时围岩稳定与衬砌支护性能。结果表明：采用基于收敛-约束的LDP方法,可有效确定围岩衬砌合理支护时机对应的破碎带和完整岩体的不同反力系数,使得破碎带围岩的开挖变形量值从24 mm降低至7 mm,且避免了小净距隧道中夹岩塑性区贯通破坏;针对破碎带和完整岩体分界处出现的衬砌拉弯和压弯破坏现象,提出了临时素混凝土仰拱的施工支护优化方案,使得衬砌混凝土弯矩从0.1 MN·m减低到0.06 MN·m,约减少了40%,有效改善了衬砌的受力状态,提高了衬砌混凝土的安全性能,安全系数从1.0增加到1.25;提出了岗岭隧道安全施工的衬砌初凝强度阈值为60%的最终强度,此时衬砌混凝土的安全系数约为1.03。相关研究成果可为小净距隧道的施工工艺和支护设计提供参考。     

穿越断层破碎带隧道支护结构受力特性分析

依托雅康高速公路紫石隧道,建立三维数值模型,运用有限差分软件分析围岩施工期的应力和变形特征,研究穿越断层破碎带隧道的支护结构受力特性。结果表明:断层破碎带处围岩和衬砌的变形相对普通断面均较大;在断层破碎带与普通岩体交界处会产生非均匀变形,导致衬砌结构出现压应力集中现象;隧道二衬达到受力稳定状态需要较长时间,且安全系数较低。     

我国修建跨海峡海底隧道的关键技术问题

结合厦门海底隧道方案研究与勘察设计的实践经验,对我国处于规划论证阶段的琼州海峡隧道、渤海湾海峡隧道以及台湾海峡隧道几座跨海峡海底隧道的关键建设技术进行初步讨论。通过多方面分析后认为,要顺利建成这几座跨海峡的海底隧道,必须在跨海控制测量、深海地质勘察、高水压力断层破碎带的开挖与衬砌、隧道快速掘进施工以及超长隧道单元的通风等方面有所突破。     

某海底隧道风化花岗岩物理力学性能研究

依托某海底隧道风化花岗岩，分别进行岩石的基本物理性质、矿物成分、微观结构、元素放射性、耐磨性及力学性质试验，系统分析风化花岗岩的相关物理力学性质参数指标。研究表明：该风化花岗岩主要呈中-微风化，岩石密度2.6 g/cm³；主要矿物成分为黑云母和角闪石，以及各种长石类矿物，少量副矿物参杂其中；全-强风化花岗岩主要成分为高岭石、伊利石等黏土矿物，均由原岩矿物风化而成；测区职业照射年有效剂量当量2.71 mSv/年，小于5 mSv/年，属于无放射性危害非限制区；岩石摩擦性指数为3.96，具有较高-极高摩擦性；岩石单轴抗压强度天然值123.70 MPa，饱和值108.85，软化程度0.84，弹性纵波波速4 579 m/s，弹性模量54.967 GPa，泊松比0.235。     

散体围岩隧道开挖施工中超前小导管注浆的作用分析

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等病害,必须进行超前支护。本文以某某高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC3D三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明：对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

存在局部破碎带条件下海底隧道渗透稳定性分析

根据渗流有限元计算方法及岩石强度折减理论,研究考虑海水渗透压力作用下,存在破碎带海底隧道围岩的流固耦合稳定性分析方法,并将此方法应用于青黄海底隧道工程,进行隧道围岩堵水和不堵水2种条件下的渗流场以及隧道的渗透稳定性计算分析。结果表明：由于破碎带的存在,海水入渗将直接导致隧道围岩范围内水头升高,渗水量增大,特别在破碎带附近产生较高的水力梯度,这使隧道的安全系数大大降低;堵水加固后,隧道的整体安全系数有所提高,围岩内渗流量明显减小,但是在堵水部位,隧道围岩的梯度有所升高,所以应该加大堵水部位围岩的支护强度。并讨论海底隧道设计中渗透压力梯度的考虑及堵水加固措施的选择。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

跨断层带隧道结构力学与地震动响应特性研究

通过分析现场实测应力数据,首先对雅康高速跨断层破碎带的紫石隧道进行了支护结构的力学特性研究,然后进一步通过三维数值仿真分析,对紫石隧道进行了地震动力响应研究。研究内容包括地层位移响应、衬砌结构与围岩的加速度响应及二衬结构的内力分布特征等。研究结果表明:穿越断层破碎带隧道二衬需要分担50%～60%围岩压力;内力最大的截面为拱顶和拱脚处;隧道衬砌内力前30d快速增长,30d后增速降低,90～100d后趋于稳定,二衬弯矩在截面上呈"云状"分布;地震作用下,隧道断层破碎带段围岩位移和加速度的动力响应均比普通围岩更为明显;断层破碎带与普通围岩接触面存在较大的位移错动量,且该处加速度响应不同步,容易引起错动破坏;隧道各段衬砌横断面上的内力分布特征基本相同,但断层破碎带段有更大的内力极值,内力极值位于断面共轭45°方向;隧道抗震设防既应考虑断层破碎带段,也应考虑其与普通围岩的过渡段等。     

某软岩隧道变形规律和二衬最佳支护时机选择研究

中和村隧道工程地质情况复杂,施工难度大,围岩级别为Ⅴ级,以全～强风化泥岩为主,隧道周边岩体自稳能力弱,需提前施作超前支护,初期支护须及时支护,以免产生过大的塑性变形,从而影响二次衬砌的正常施工,甚至出现工程事故。大变形软岩隧道的围岩变形规律与普通硬岩隧道的变形规律大不相同,而在变形-空间-时间效应复杂多变的情况下,隧道二次衬砌最佳支护时机的选择非常重要。该文通过对围岩蠕变特性的理论-位移公式计算和现场监控量测数据的回归分析,得出了该隧道围岩变形规律和二次衬砌最佳支护时机的参考范围。     

顶弧侧壁法及其在隧道洞口段施工中的应用

隧道洞口段大多属于强风化带,围岩一般松软破碎,通常夹有土层,地质情况复杂,是设计及施工中的难点,亦是工程界亟待解决的问题。笔者应用岩土力学理论,提出了能对围岩进行主动维护的顶弧侧壁工法,并以深圳某隧道洞口段的施工为例,介绍了该法的特点及施工要点,取得了良好的工程应用效果。     

公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施

本文结合有限元数值模拟探讨偏压隧道的围岩压力形成原因及分布规律。根据围岩的破坏模式,采用不同计算方法对衬砌结构的安全度进行计算,并提出边坡稳定性的影响因素及治理措施。分析结果表明,衬砌的受力主要由上覆土柱压力以及围岩沿着破碎带处滑移产生剪切变形形成,破碎带对边坡稳定性起到主要控制作用。由于断层破碎带的存在,衬砌与破碎带相交处受力明显不利,形成突变。针对断层破碎带力学性能差以及偏压隧道受力不均匀现象,提出了抗滑桩与钢花管注浆共同作用等地基加固治理方案以及施作挡土墙以平衡隧道两侧土压力等措施来提高稳定性,挡土墙的高度及位置因为与偏压角度以及断层走向有关,宜通过具体计算确定。     

公路偏压隧道围岩力学机理分析与工程应对措施

本文结合有限元数值模拟探讨偏压隧道的围岩压力形成原因及分布规律。根据围岩的破坏模式,采用不同计算方法对衬砌结构的安全度进行计算,并提出边坡稳定性的影响因素及治理措施。分析结果表明,衬砌的受力主要由上覆土柱压力以及围岩沿着破碎带处滑移产生剪切变形形成,破碎带对边坡稳定性起到主要控制作用。由于断层破碎带的存在,衬砌与破碎带相交处受力明显不利,形成突变。针对断层破碎带力学性能差以及偏压隧道受力不均匀现象,提出了抗滑桩与钢花管注浆共同作用等地基加固治理方案以及施作挡土墙以平衡隧道两侧土压力等措施来提高稳定性,挡土墙的高度及位置因为与偏压角度以及断层走向有关,宜通过具体计算确定。     

洋碰隧道左线出口端断层带涌水整治技术

洋碰隧道是京珠高速公路粤境北段最长的越岭隧道,由于隧址区内地质条件复杂,断裂构造发育,隧道穿过大小断裂20多条,主要灾害形式为涌水,以典型F12、F13断层破碎带交汇处洞内涌水为例,在介绍工程地质特征基础上,分析了隧道涌水原因;由于F12与F13断层影响带较宽,地表水不断补给断层带,地面出现很多陷坑,提出了采用洞内深层注浆与小锚索加固围岩的综合整治措施,通过隧道断面围岩接触压力监测,该断层破碎带整治效果良好.     

隧道穿越软弱围岩及断层破碎带的工程对策

隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段时,容易产生突发性地质灾害,直接威胁施工人员和设备的安全。本文结合山西省第一长隧道——宝塔山特长隧道的工程实践,介绍了隧道穿越软弱围岩及断层破碎带路段的衬砌结构设计及施工防治措施,同时着重分析了超前帷幕注浆设计及施工的关键技术,可供同类工程设计和施工参考。     

硬质破碎岩体中隧道锚肋组合支护体系的构想

硬质破碎岩体中隧道的支护通常采用提高支护刚度的设计思路，虽然该方案在一定程度上可避免施工风险，但也存在着无法有效利用围岩自承能力、初期支护大变形、二次衬砌开裂甚至破坏等一些问题，影响隧道的使用安全。基于以上背景，通过研究提出一种新的适用于不良地质条件中隧道的支护思路和方法，即采用“锚杆+内压（支撑）构件”形成锚肋组合支护体系作为围岩加固手段，代替传统的高支护刚度策略。构想通过理论推导、数值仿真、模型试验和现场试验等手段，研制形成适用于硬质破碎岩体中隧道的柔性支护。     

国内首条海底隧道——厦门翔安隧道全线贯通

2009年11月5日,由中铁隧道承担施工的厦门东通道翔安隧道左线顺利贯通,标志着整个厦门翔安海底隧道全线贯通。厦门东通道翔安隧道全长8.695 km,其中隧道长5.948 km,跨越海域4.2 km,为双向6车道。中铁隧道承担左线隧道3660 m、服务隧道3658 m的施工任务,隧道地质条件复杂、施工难度大。工程克服了1118 m的全—强风化软弱围岩、375 m的风化深槽以及突泥、涌水、     

某隧道工程地质条件分析与进出口段施工方法

某公路隧道工程进展缓慢，究其原因，主要是隧道围岩受深大断裂的影响，岩体破碎、风化和变质极为严重。遂后，对隧道进、出口根据不同地质条件，分别采用掏槽扩邦法、嵌拱修边法施工，效果良好。