基于人工神经网络的梅关隧道围岩级别判别

隧道围岩分级是隧道结构设计的前提工作,也是确保隧道施工安全的关键技术.文章应用神经网络的联想记忆功能,以隧道围岩5个级别作为训练标本,建立隧道围岩与分级指标岩体完整性、岩块强度特性、结构面间的平均距离、结构面状态、岩体的水力条件和地应力场状态之间对应关系的BP判定模型,并将分级结果与模糊系统分级和地质勘查分级法进行对比,效果良好.利用人工神经网络模型为隧道围岩分级提供了一条新途径.     

基于深度学习的隧道工作面岩石结构自动化判别

从掌子面图像中快速准确获取建设阶段隧道工作面的表观岩体结构特征对于掌握待开挖围岩的稳定性及跟进阶段的施工决策意义重大。文章结合自研数字照相设备获取云南蒙屏高速公路13条隧道在不同工况、温湿度、照度、粉尘浓度环境下的150余个掌子面42 100张图像样本,选取现场数据集出现的块体、层状、碎裂、散体、镶嵌等5种主要结构类型,以训练及测试损失率、准确率、召回率等为主要评价指标,建立基于TensorFlow-GPU的岩石隧道掌子面结构的卷积神经网络Inception-ResNet-v2模型,对模型进行训练并实现岩体结构类别的自动识别与分类。研究表明:(1)采用训练集和测试集中的掌子面图像对模型进行分类研究,训练、测试集的准确率分别达到98.21%和94.61%,召回率达到96.14%;(2)测试可视化结果显示Inception-ResNet-v2模型对复杂的现场条件具有较好的鲁棒性,而局部的错检现象需要通过进一步提高样本丰富性和纹理多样性来规避。     

GSI及其在扁担垭隧道围岩稳定性分析中的应用

地质强度指标(GSI)是用来估算不同地质条件下的岩体强度的,它根据岩体结构、岩体中岩块的嵌锁状态和岩体中不连续结构面质量并综合各种地质信息进行估算,该方法在岩体稳定性评价中应用非常广泛。文章将论述其在沪蓉西高速公路扁担垭隧道围岩稳定性估算中的应用,以及隧道围岩稳定性系数及围岩压力的分析计算,并提出合理的支护方案,可供设计施工方参考。     

不同围压下节理岩体中TBM滚刀破岩效率研究

为提高TBM掘进效率,降低TBM施工成本,有必要研究节理岩体中的滚刀破岩效率。为此,文章采用二维离散元软件UDEC研究在不同围压下,节理间距、节理倾角、滚刀间距及贯入度对破岩效率的影响规律。研究表明:(1)节理倾角以30°附近为界向上增加或向下减小,比能耗随围压增加而减小的趋势变缓,并且在接近90°和0°时,围压的增加对滚刀破岩呈现不利影响;(2)节理岩体节理间距越小,比能耗受围压影响越明显。随着节理间距的增加,围压对比能耗的影响逐渐弱化,直至消失;(3)节理倾角0°附近,在满足安装要求的情况下滚刀间距宜取小值;节理倾角30°附近,刀间距100 mm左右时比能耗最小;节理倾角60°时,刀间距120 mm左右比能耗最小;(4)在滚刀之间裂隙贯通的前提下,节理岩体取较小贯入度时破岩效率较高。     

基于修正Q值的武当群片岩岩体质量分级方法研究

地下工程建设中经常会遇到地质背景条件特殊的围岩,需要建立与之相适应的岩体质量分级方法。文章结合Q分级方法的特点和不足,以鄂西北地区武当群片岩为例,分析了武当群片岩水敏性、各向异性、构造偏压、水平构造应力等特征;并在此基础上提出了考虑岩块强度、岩体完整性、地下水、地应力、片理面产状等因素的修正Q分级方法,得到了以地下水(出露情况、水压)、地应力(大小、与洞室轴线夹角)、片理倾角等为修正系数的Q′分级方法的计算公式。以十房高速通省隧道为例进行分析验证,分级结果与围岩的实际质量等级基本一致。研究结果可为复杂工程岩体质量分级方法的建立提供参考。     

大埋深、高地应力地下洞室群围岩破坏机理及应对措施研究

地下洞室开挖过程中,脆性围岩应力释放型破坏(岩爆、片帮掉块等)和结构面—应力型破坏(围岩松弛、喷层开裂、顶拱坍塌等)是洞室群围岩破坏常见的主要形式。文章以白鹤滩水电站左岸尾水连接管洞室群为研究对象,结合现场踏勘统计分析,基于500μm显微镜观察、室内岩石力学单轴压缩试验对围岩应力释放型破坏机理进行了研究,基于数值模拟、孔内摄像技术对围岩结构面—应力型破坏机理进行了研究,并分别提出了相应的应对措施。研究表明,完整性较好的脆性围岩(Ⅱ类)具有一定的塑性性能,洞室开挖卸荷后岩体易发生压剪破坏,产生与受力方向呈小夹角的破坏面,塑性势能沿破裂面释放,进而引起薄层掉块或岩爆现象;对于完整性较差的围岩(Ⅲ类),由于节理、错动带等裂隙的存在,多表现为岩性强度高、岩体强度低的性状。围岩微裂纹在高地应力作用下逐渐扩展连通,形成相互切割的结构面,并逐步向岩体深部不断发展,直至应力完全释放,受周边洞室爆破振动影响时易发生坍塌现象,破坏过程在宏观上表现为由表及里并具时效性的特点。     

楞古水电站地下厂房围岩分级研究

围岩分级是水电工程地下洞室设计和施工重点关注的问题,因此确定合理的围岩级别对工程设计和施工具有重要意义。文章依托楞古水电站地下厂房工程,采用HC分级、[BQ]分级、Q分级和RMR分级等方法对地下洞室围岩级别进行了研究并采用回归方法对各系统分值进行了相关性分析。结果表明:对大跨度地下洞室进行围岩分级时,同时采用HC、[BQ]、Q和RMR等分级方法进行围岩级别划分,更有利于确定合理的围岩综合分级;在岩体的块度、完整性受结构面控制时,HC分级与RMR分级结果吻合度更高。     

盾构隧道花岗岩球状风化体控制爆破效果数值分析

花岗岩球状风化体给盾构施工带来了很大的难题,施工中可采用控制爆破技术提前进行预处理,然后盾构再通过。文章采用有限元数值模拟软件ANSYS对花岗岩球状风化体控制爆破处理进行数值模拟计算,并分析爆破的振动作用及岩体的破碎效果。结果表明:(1)爆破处理岩体后,炸药正上方地面产生的振动速度为0.35cm/s,满足爆破施工规范对振动速度的要求;(2)花岗岩球状风化体在爆破作用下破碎效果较好,最大破碎岩块尺寸为6.71 cm,满足盾构掘进排碴要求。     

基于离散元强度折减法的大跨隧道稳定性研究

节理面作为岩体中普遍存在的软弱结构面,对隧道围岩的稳定性影响较大,在节理较多的大跨隧道施工中,更容易发生拱顶掉块、塌方、滑移等灾害。基于此,文章依托贵阳市南垭路三号隧道,基于离散元强度折减法,采用3DEC软件对不同节理倾角、间距、组数以及衬砌参数情况下的隧道安全系数进行分析,评价了各因素对隧道稳定性的影响。结果表明:节理倾角越大、分布越密集、节理组数越多,隧道的整体稳定性越差;在单组节理的岩体中,节理倾角是影响隧道稳定性的主要因素;喷混凝土层对隧道的整体稳定性提升显著,10 cm厚喷层即可比裸洞的安全系数提高17.9%,并据此提出了隧道衬砌参数的优化建议。     

柞小公路隧道爆破震动波现场监测与分析研究

依托西(安)康高速公路8标和18标段的施工工程,对小间距隧道围岩爆破开挖施工震动波传递规律进行了现场监测与分析研究,给出了两标段不同围岩级别的爆破震动波速衰减方程,通过分析预测给出了不同围岩级别的爆破安全设计距离。经对千枚岩和灰岩的爆破震动波速分析对比,给出了在不同岩性中波速传递的规律性。通过对振动波速的测试结果分析,获得了不同方向的波速传递规律和爆破震动波的最大影响区域范围和对既有隧道围岩与支护稳定性的影响范围,所获结论可供小间距隧道工程设计与施工参考。     

散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用

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、拱顶坍塌等危害,必须进行超前支护。以吉怀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FLAC~(3D)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。     

节理岩体中TBM掘进施工围岩稳定性及可视化分析

节理岩体的地质赋存特征含岩体结构、原岩应力场和地下水三方面,由此产生诸如破碎带、大变形软岩、富水带等恶劣的工程地质条件。TBM在节理岩体中掘进受到岩体地质特征和工程地质条件的影响,同时也对岩体造成一定的扰动,可能将导致隧道围岩发生失稳。另外,地质勘探不到位、掘进机选型不当等因素也会导致或促进围岩发生失稳。TBM掘进围岩失稳的形式主要有开挖面失稳和洞周失稳,以及二者兼有的大型围岩失稳。为了更直观地观察TBM掘进围岩失稳,文章采用自主研发的块体理论分析软件BLKLAB对节理岩体进行三维可视化建模,模拟TBM隧道开挖,并根据块体理论计算分析得到了开挖面和洞周的可动块体和关键块体。     

复合盾构刀具布置分析与研究

复合型盾构施工中,直接与岩土体接触的刀盘,其上刀具的布置是否合理直接影响盾构施工的顺利进行和施工成本。文章从复合盾构刀具布置的基本原则出发,指出了复合盾构滚刀刀间距的布置方式,利用等磨损原则分析了复合盾构刀具布置不同半径上每条轨迹应布置的刀具数量,阐述了不同刀具的螺旋曲线布置方法,并利用实例验证了利用该方法布置复合盾构刀具的合理性。     

浅议48m连续梁0~#块支架方案及计算

由于兰渝铁路上跨达成铁路连续梁桥临近既有线且墩柱较矮,0#块施工无法采用三角托架方案,文章选用贝雷片钢管支架解决这一问题,并通过计算,确定了最优的贝雷片钢管支架布置形式,满足了受力结构要求,为以后的跨铁路连续梁0#块施工提供借鉴。     

乌鞘岭特长隧道F7断层围岩大变形段二次衬砌安全度分析

乌鞘岭特长隧道11#斜井处正洞在穿越F7断层时,由于隧道埋深大、断层岩体破碎、岩体完整性差、围岩自稳能力弱、受挤压影响等,开挖后围岩变形长时间不收敛,50天后的变形仍为2～4 mm/d,累计最大变形量已超过60 cm,部分地段严重侵限,不能满足<铁路隧道设计规范>关于施做二次衬砌的规定.如果二次衬砌及时施做,在软岩大变形条件下其安全度问题值得进一步深讨.文章通过现场量测和监测手段,并结合理论计算与分析,对已施工完毕的二次衬砌段的结构安全度进行了探讨,结果认为,目前乌鞘岭隧道F7断层二次衬砌结构的设计参数是可靠的和安全的,满足<规范>所规定的在软弱围岩地段的要求,建议及时施做二次衬砌.     

结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性影响研究

隧道围岩变形破坏与岩石强度、结构面空间组合关系、地下水和地应力等因素关系密切。为研究结构面空间组合关系对隧道围岩稳定性的影响,文章基于郑万铁路向家湾隧道工程地质条件,采用UDEC离散元软件对全断面开挖下的围岩稳定性进行数值模拟,重点分析了两组结构面的空间组合关系对结构面剪切滑移、围岩塑性破坏及位移的影响,同时根据开挖后围岩变形的差异——完好、掉块、塌方,定性统计整理得到了结构面空间组合对隧道开挖稳定性影响统计表,并给出了相应的施工建议。研究结果表明,隧道围岩变形破坏主要发生于结构面间距小于1.5 m,且J1倾角为45°～75°、J2倾角为103°～133°的空间组合条件下。     

昔格达组地层大断面隧道掌子面玻璃纤维锚杆加固参数研究

昔格达组地层水稳性差,遇水后岩体工程性质迅速劣化,在该地层中修建隧道易产生围岩大变形、掌子面坍塌等灾害。文章基于岩土控制变形分析法,以成昆铁路桐梓林隧道为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对昔格达组地层大断面隧道掌子面采用玻璃纤维锚杆加固的参数进行了研究,确定了锚杆的加固密度为0.65根/m~2;建立了昔格达地层隧道掌子面失稳破坏模式,由其纵向破坏深度确定了锚杆加固长度的合理取值范围为8～11 m;通过掌子面前方塑性区分布深度确定了锚杆的搭接长度为4 m。     

乌鞘岭特长隧道F7断层围岩大变形段二次衬砌安全度分析

乌鞘岭特长隧道11#斜井处正洞在穿越F7断层时,由于隧道埋深大、断层岩体破碎、岩体完整性差、围岩自稳能力弱、受挤压影响等,开挖后围岩变形长时间不收敛,50天后的变形仍为2～4 mm/d,累计最大变形量已超过60 cm,部分地段严重侵限,不能满足<铁路隧道设计规范>关于施做二次衬砌的规定.如果二次衬砌及时施做,在软岩大变形条件下其安全度问题值得进一步深讨.文章通过现场量测和监测手段,并结合理论计算与分析,对已施工完毕的二次衬砌段的结构安全度进行了探讨,结果认为,目前乌鞘岭隧道F7断层二次衬砌结构的设计参数是可靠的和安全的,满足<规范>所规定的在软弱围岩地段的要求,建议及时施做二次衬砌.     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

加锚云母片岩隧道围岩失效特征及力学效应

在深埋云母片岩地层中,隧道的锚杆支护结构常发生失效,进而引发围岩大变形问题,威胁隧道施工安全和结构的可靠度。文章采用现场试验及数值计算相结合的手段,分析了云母片岩地层隧道围岩的应力应变特征和松动圈形态,研究了片岩地层中锚-岩复合体的应力关系和失效特征,可为云母片岩及层状各向异性岩体地层隧道支护方案设计、围岩变形控制及减灾避灾提供参考。