基于掌子面结构量化的公路隧道围岩分级方法

公路隧道围岩级别的划分是指导隧道设计、施工及地下工程岩体稳定性评价和安全风险控制的重要依据,目前在设计和施工中对隧道围岩级别的判定方法具有较多的经验性因素,且在实际隧道工程中各级围岩的稳定性情况极为复杂,即使是同一级别的围岩,隧道稳定性也不尽相同。为了实现施工阶段围岩分级的可操作性与准确性,通过研究在公路隧道开挖时采集的隧道掌子面图像,利用MATLAB编程建立了照相测量围岩分级系统。根据岩体块度指标RBI的概念,向隧道轮廓线依次布设19条虚拟测线,以掌子面径向19个方位的RBI值综合评价了掌子面岩体结构的差异性。考虑结构面分布特征,结合掌子面节理玫瑰花图获取岩体结构综合量化指标Z-RBI,对掌子面进行了综合评价,得出了Z-RBI与岩体结构类型对应关系。综合考虑岩体坚硬程度、Z-RBI、地下水条件、初始地应力状态等主要分级指标,利用层次分析法,提出了隧道围岩BT分级方法及评价标准。实际工程应用表明:与传统的BQ法相比,BT分级方法获取的围岩等级更符合开挖后掌子面围岩的实际等级,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估。     

岩溶隧道围岩级别修正方法研究

针对岩溶隧道围岩分级问题,依据岩溶对围岩岩石坚硬程度Rc、岩石完整程度Kv的衰减规律,提出岩溶隧道围岩岩石坚硬程度衰减值ΔRc及岩石完整程度衰减值ΔKv计算方法,进而得到岩溶发育程度对隧道围岩分级指标修正值ΔBQ_溶的计算方法;由计算得到的岩溶发育程度修正指标值ΔBQ_溶,结合隧道不同围岩亚级BQ值,提出岩溶隧道围岩定量分级方法,并基于隧道主要地质工程条件得到岩溶隧道围岩亚级定性分级方法。最后,以贵阳市轨道交通3号线一期工程及新建九景衢铁路浙江段沿线4座岩溶隧道对岩溶隧道围岩修正分级方法进行了验证。     

基于围岩亚级分级的浅埋偏压隧道初期支护优化方法研究

现行公路隧道岩质围岩分级方法采用岩石坚硬程度、岩体完整程度等常规的指标,且分级结果跨度较大,不能满足工程需要。在实际工程中,许多公路隧道会受到浅埋和偏压的影响。依托广西南宁玉象隧道,考虑采用埋深和偏压两个指标,用数值模拟的方法,根据隧道开挖后毛洞的自稳性对围岩进行亚级分级,在此基础上对不同亚级提出对应的初期支护方案。结果表明,该隧道围岩级别可以再分为3个亚级,研究结果对类似受到浅埋偏压影响隧道的初期支护设计和施工具有参考意义。     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

公路隧道高水压围岩级别修正探索

隧道围岩分级是正确进行隧道设计与施工的基础.采用规范规定的围岩分级方法,根据岩石强度程度、岩体完整程度两个基本因素进行初步分级,提出高水压下围岩级别的修正,为隧道结构设计与施工提供合理参数.     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

向家湾隧道软弱围岩段全断面工法适用性研究

以郑万高铁向家湾隧道IV级围岩段为研究对象,在隧址区工程地质条件野外调查、隧道施工过程中围岩地质信息编录和岩体力学测试的基础上,采用UDEC离散元软件分析全断面开挖工况下围岩的应力分布、变形和破坏特征。结果表明,向家湾隧道试验段采用全断面开挖会造成拱顶渐进式破坏,进而塌落形成水平拱。在仅对围岩作超前小导管注浆处理的情况下,全断面开挖工法不适用于IV级和V级软岩隧道施工。     

基于BP神经网络高风险隧道围岩判定模型的研究

针对铁路高风险隧道地质围岩复杂性、突变性的问题,基于BP神经网络构造了以岩体完整性系数、岩体质量指标、结构面强度系数、岩石单轴饱和抗压强度和地下水渗流量5个参数,进行高风险隧道围岩级别判定模型的研究。通过该模型对相关数据进行学习、训练以及回判和预测,实现判定围岩级别和实际围岩级别基本一致。     

基于超前地质预报技术的隧道围岩分级方法研究

由于隧道围岩的复杂性及不确定性,在新奥法隧道施工过程中需要根据掌子面揭示情况对设计围岩级别及时调整。而目前现有的规范推荐方法或其他方法均无法实现快速围岩分级。根据规范的相关计算方法,结合现场探测、岩体强度测定及超前预报结果与围岩分级有关的信息,总结分级指标的换算经验公式,提出了一种基于超前地质预报技术的围岩快速分级方法,并通过对依托工程隧道进行现场实践。实践表明:本方法与规范方法的围岩分级结果基本相符,但分级指标所需工作量小、耗时少。本研究为公路隧道围岩快速分级提供了重要参考。     

铁路隧道围岩级别的综合模糊判定方法

铁路隧道围岩分级在各分级指标对围岩级别判定不一致时,很难得到一个确切的围岩级别,论文首先分析了围岩稳定性分级,然后在量化铁路隧道围岩分级各主要指标的基础上,通过运用模糊数学及概率论方法,建立了铁路隧道围岩分级中各级别围岩的隶属度函数,并分析了根据隶属度大小实现模糊判断围岩级别的依据;最后以具体实例验证了该法的可行性。     

山岭隧道机械化大断面法设计关键技术

为解决长大山岭隧道钻爆法机械化安全、快速、高质量施工所面临的技术问题,依托郑万铁路湖北段隧道工程,采用“科研先行、试验验证、推广应用”的工作方法,开展隧道大型机械化修建技术研究与现场试验。结合国内外调研情况及工程实践,得出如下结论： 1)隧道机械化修建方法是对传统方法的系统性改变; 2)Ⅳ、Ⅴ级围岩传统多台阶法、被动支护、围岩压力“分担比”理论与机械化大断面法不相适应; 3)机械化大断面法施工的核心要点是“快挖、快支、主动支、快封闭”; 4)隧道结构设计采用规范中基于松散压力的围岩压力计算方法与实际存在差异,可采用形变压力计算方法; 5)对于采用机械化大断面法施工的隧道,掌子面超前主动支护体系与洞身主动支护体系是确保隧道掌子面附近围岩稳定的关键。     

公路隧道施工监测在围岩动态分级中的应用研究

介绍了在设计阶段常用的围岩分级方法并提出了在施工阶段对围岩进行动态分级的概念。通过对隧道监测数据的统计分析,得出了用于Ⅳ级、Ⅴ级围岩分类的围岩压力、钢支撑内力及弹性波速等指标的取值范围。并以鹤上隧道ZK6 370断面为例,对上述指标进行了监测和回归分析,结果表明采用围岩动态分级方法得到的围岩级别与实际情况相符,可用于指导施工阶段的隧道围岩动态分级、隧道的反馈设计和施工过程中的预测预报。     

大断面隧道机械化施工支护结构设计方法——以郑万高铁湖北段隧道为例

为了建立适用于大断面隧道机械化施工技术的支护结构设计方法,基于极限平衡法推导了考虑3种超前支护措施(超前管棚、掌子面锚杆和掌子面预注浆)的三维掌子面稳定系数计算公式;基于大量的深埋隧道形变压力现场实测数据,通过多元非线性回归分析方法,拟合推导了基于BQ系统的整体形变压力计算公式及局部形变压力计算公式,并建立了对应的洞身支护结构设计模型。根据提出的支护结构设计方法,给出了郑万高铁隧道掌子面超前支护参数及初期支护参数,通过工程应用,证明了该参数的合理性及本文设计方法的实用性。     

隧道开挖跨度对围岩级别的影响研究

为进一步提高公路隧道围岩级别判定的准确性,以围岩位移作为围岩自稳能力的评价依据,探讨洞室跨度对公路隧道围岩级别的影响.通过数值模拟方法,对公路隧道两车道、三车道和四车道3种断面尺寸,Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级6种围岩级别进行了模拟开挖,以围岩位移值增加幅度作为围岩稳定降低程度的评价依据,探讨不同围岩质量下跨度对...     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道的开挖引起围岩应力状态的变化,改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上,研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明:隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程,隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显,拱顶次之;在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约为掌子面前后各1倍的隧道跨度,在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度,对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外,文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

基于Fisher判别准则的公路隧道围岩分级评价

该文借鉴Fisher判别理论,建立公路隧道围岩评价模型,以期取得较好的效果。该项研究借助Fisher判别明显的统计优势,综合国内外大量岩体围岩分级指标资料及工程实际,建立了公路隧道围岩识别的Fisher判别分析模型,选用隧道洞室围岩岩石单轴饱和抗压强度σc、节理平均间距d、岩石质量指标RQD、地下水情况W等方面的综合指标作为围岩类别判定的评价因子,以21组公路隧道围岩实测样本数据进行学习训练和检验,并建立了相应的线性判别函数对13组待判隧道围岩类别情况进行了预测,判别结果与实际一致。研究结果表明,FDA模型回判估计误判率为0,交叉确认估计误判率为4.8%,判别性能稳健可靠,对现有评价公路隧道围岩分级方法进行了有效的验证和补充。     

铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性研究与分析

为分析铁路隧道软弱围岩大断面机械化施工经济性的影响因素，以及各因素的影响程度，依据郑万高铁软弱围岩大断面机械化施工和普通机械化施工（台阶法）2套设计图的工程量，结合现行铁路造价标准与部分软弱围岩大断面机械化配套工艺单价分析，编制3套概算方案从工程量优化和工艺工法变化2个方面进行对比研究。研究结果表明： 1）影响大断面机械化施工经济性的主要因素是超前加固； 2）Ⅳa、Ⅳb、Ⅴa级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工延米概算指标分别增长了-9.41%、10.81%和6.24%； 3）Ⅳ、Ⅴ级围岩大断面机械化施工较普通机械化施工月进尺分别提高了9.33%和22.22%，体现出一定的综合经济性。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

深埋特长公路隧道围岩变形分析

深埋特长隧道地形、地质条件复杂、隧道埋深大,设计制约因素多,常伴有断裂带、破碎带、岩爆、突泥、涌水等地质灾害,给设计和施工带来了很大的盲目性。文章以深埋特长隧道财神梁隧道为研究对象,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录以及分析掌子面围岩等级,分析监控量测所得实际围岩变形案例,对不同级别不同地质条件下的围岩稳定性进行分析比较,总结分析深埋特长隧道围岩稳定性的特点及其影响因素,为设计和施工安全提供参考。