白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

水平互层条件下不同扁平率隧洞变形破坏过程及特征

预制不同扁平率的互层围岩隧洞试件，通过试验研究互层围岩隧洞周围的变形破坏特征，并采用数值模拟对互层围岩隧洞周围的应力、应变分布进行分析对比。3种试件的扁平率分别为0.45(S试件)、0.55(M试件)和0.65(L试件)，研究发现，S试件的整体破坏模式为压缩破坏模式（TC模式），易在拱腰处出现明显的压剪破坏，在拱肩附近形成拉-剪复合型裂缝；M试件为混合破坏模式（TX模式），易在拱顶处出现较为明显的张拉破坏，在拱肩处形成明显的压-剪复合型裂缝；L试件为孔洞破坏模式（TH模式），易在拱顶处出现明显的张拉破坏，在拱脚处形成拉-剪复合型裂缝。此外，隧洞周围应力、应变分布与不同扁平率隧洞的压缩破坏特征有明显的相关性，且隧洞同一位置应力水平的差异性是3种扁平率隧洞呈现不同破坏模式的主要原因。     

深埋引水隧洞软弱围岩支护结构受力特征研究

文章依托工程实例,针对深埋软弱围岩引水隧洞支护体系的受力特征,开展了现场试验研究,并基于强度折减理论和数值模拟分析,提出了一种计算软岩隧洞施工期间二次衬砌承载力及其强度安全系数的方法,对围岩和二次衬砌的稳定性进行了评估分析。研究表明:边墙部位锚杆发挥拉拔支护效应明显,根据锚杆中性点位置推测出的软弱围岩塑性区有不断发展和扩张的趋势;初期支护钢拱架架设后能立即发挥支护作用,给予围岩较大的支护力;采用该方法求出的二次衬砌在施工期间将参与承担12%的围岩释放荷载,墙脚应力集中部位的安全系数最小,二次衬砌承载特征的计算结论与二次衬砌接触压力的现场试验结论基本吻合。成果可为深埋软弱围岩条件下的隧洞修建提供一定参考。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景,采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段,深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律,揭示偏压与现场支护结构破坏关系,根据锚杆支护参数对偏压控制的影响,提出支护最优参数。研究表明,在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性,随着岩层倾角的增大,初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移,反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形;随着锚杆长度的增加,围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小,锚杆最优长度约为3.5～4.5 m,锚杆沿层理面垂直方向打设,初期支护结构的偏压现象得到明显改善;现场优化支护后,左右拱肩呈对称变形,位移量基本相同,偏压得到明显改善。     

基于D-P准则有压圆形衬砌隧洞弹塑性解

随着大型水利工程的建设,出现了大量的深埋水工压力隧洞。由于深埋有压隧洞在施工和运营不同工况条件下,隧道衬砌和围岩主应力会发生变化。文章基于D-P屈服准则,在平面应变条件下推导了深埋有压衬砌圆形隧洞第一主应力分别为径向应力和切向应力时隧洞的弹塑性解。研究结果表明:该理论模型计算值与M-C准则计算值基本吻合,验证了该模型的正确性,且较M-C准则计算结果偏于安全;在不同地应力水平与内水压力工况下,衬砌与围岩的塑性区半径发生变化;随着内水压力的增大,塑性区分布可分为5个阶段,且在高水压阶段水压力增大对衬砌屈服半径的发展较为迅速。     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

隧道不同支护体系的支护效果模型试验研究

为研究隧道不同支护体系的支护效果,文章以Ⅳ级围岩双车道公路隧道为研究对象,采用相似比为1∶30的模型试验研究不同支护体系的承载能力,取拱顶位移20 mm(换算成隧道原型则为60 cm)时的外部荷载作为围岩-支护体系的极限承载能力,试验结果表明:(1)不论是围岩+系统锚杆+喷射混凝土,还是围岩+喷射混凝土,或者是围岩+系统锚杆支护体系,其极限承载能力均较毛洞状态有很大提高。其中围岩+系统锚杆+喷射混凝土支护体系提高了56.8%,围岩+喷射混凝土支护体系提高了48.3%,围岩+系统锚杆支护体系提高了47.8%;(2)系统锚杆+喷射混凝土的支护效果最好,其次为喷射混凝土,再次为系统锚杆。而系统锚杆与喷射混凝土的支护效果相差无几,难分伯仲;(3)系统锚杆和喷射混凝土的联合支护并没有达到1+1=2或者2的效果,可以做适当优化。     

锚杆长度对散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响研究

针对松散堆积体地层,隧道施工出现大量的安全事故,大变形和塌方事故不可避免,因此有必要进一步针对此类地层条件下的隧道施工技术开展深入的研究,从而为高速公路隧道的安全、快速施工提供重要保障。为此,文章开展数值模拟,研究了锚杆长度对维持散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响。结果表明:隧道在开挖过程中,左线隧道的竖向位移表现出拱肩拱顶拱底的分布规律,右线位移表现出拱底拱顶拱肩的分布规律;锚杆越长,锚杆的轴力就越大,对围岩的锚固效果就越好,对初支应力有一定的改善;拱顶受拉锚杆对拱顶的沉降有小幅的改善,但是边墙处受压,锚杆则对洞周水平收敛没有帮助。     

叠合式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章通过室内试验和理论分析等手段研究了套拱加固后结构的受力规律、破坏模式及承载力变化。利用石膏材料,按照1∶10(模型∶原型)的相似比,制作拱顶带纵向裂缝的素混凝土衬砌结构(裂缝深度为原衬砌厚度的1/3),并按叠合式套拱加固方案,进行钢筋混凝土套拱加固;养护后,通过室内全周径向加载装置,分级施加拱顶松散土压,并计入地层抗力的影响,研究带裂缝衬砌套拱加固后的承载能力及破坏规律。试验结果表明,叠合式套拱加固后,结构受力过程分三个阶段:"初期加载—套拱拱顶开裂、套拱拱顶开裂—拱顶叠合面裂缝出现、拱顶叠合面裂缝出现—试件破坏",关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱顶延性破坏—拱腰脆性断裂,整体破坏模式为延性破坏。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

黄土连拱隧道中导洞临时支护的比选分析

黄土连拱隧道采用台阶法开挖时,中导洞的临时支护一般为钢支撑支护和回填土支护。为了选择合理的临时支护,文章结合太佳高速公路清凉寺连拱隧道的工程实例,对两种支护进行全过程弹塑性数值仿真对比分析。结果表明,钢支撑支护与回填土支护对隧道的地表位移、拱顶沉降、锚杆轴力的支护效果相同,均能满足隧道变形要求;对围岩应力、初期支护应力和锚杆轴力等方面的支护效果,钢支撑支护优于回填土支护。     

多心圆拱隧道支护结构内力反演分析的理论研究

在施工环境下对多心圆拱隧道支护结构的内力分布特征进行研究,是保证隧道施工安全的关键措施之一。文章采用弹性地基曲梁理论,基于初参数法和现场围岩量测压力,从理论上推导了多心圆拱隧道支护结构内力计算的反演表达式,并结合集呼高速旗下营隧道某断面围岩压力的实测数据,反演了隧道衬砌结构的内力分布情况,对衬砌结构的薄弱部位进行了安全性评价。结果表明,隧道BG弧段衬砌结构弯矩和剪力较大,在施工过程中应加强该部位的现场监测工作;隧道拱顶部位混凝土可能出现弯拉造成的开裂现象,应注意加强观测。     

深埋硬岩隧洞围岩变形量分形结构研究

针对深埋硬岩隧道围岩变形及地质灾害等问题,文章基于分形理论的计算方法,对锦屏二级水电站深埋引水隧洞施工过程中的围岩变形量进行了分形特征研究。结果表明:深部岩体隧洞开挖施工过程中,围岩的形变在时间上是具有分形特征的,而且呈现出较好的自相似结构特征;在同一埋深的条件下,分形维数最大值在隧洞拱顶部,其次在拱肩,边墙分形维数最小;埋深在500～1 800 m外,围岩灾害发生的频率同样随隧洞深度增加而明显呈现出增长的趋势;但当隧洞埋深在1 800 m范围之外时,变形量分形维数及围岩灾害发生的频率趋于稳定,受到埋深的影响很小。     

高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析

文章运用FLAC3D软件,采用动力有限元法,对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行了分析。分析结果表明:与单纯自重应力场作用下相比,地震作用会造成结构内力的增大,拱顶及拱腰为其受力薄弱部位;在重力及地震共同作用下,衬砌结构的拉应力主要出现在拱顶附近,最大拉应力超过C60混凝土的抗拉强度设计值,拱顶的衬砌管片可能出现局部脱落;衬砌结构的最大受力和位移一般发生在地震2~6 s的时间段;各关键点位置的位移、弯矩、剪力、轴力时程曲线具有相似的变化规律;隧道衬砌最大水平位移为3.6 cm,最大竖向位移为3.7 cm。     

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。     

黄土地铁隧道锚杆布置方式的模型试验研究

文章利用平面应变三向加载装置进行室内模型试验,对无锚杆、全环锚杆和边墙锚杆三种锚杆布置方式进行了对比试验,并参考工程现场测试结果,对系统锚杆在黄土地铁隧道中的作用进行了研究;通过模型试验获得了适合黄土地铁隧道的锚杆相似材料,实现了"先加载,后挖洞"以及锚杆和衬砌联为一体的试验方法。通过对比发现:系统锚杆能较好地控制掌子面周围的塑性区发展;边墙锚杆在隧道洞室开挖支护后能加快围岩应力调整,且能有效改善衬砌的受力情况;综合考虑经济因素,认为边墙锚杆支护系统在浅埋暗挖黄土地铁围岩中加固效果较好,实际施工中应予以保留。     

分离式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章基于1∶10的相似比制作拱顶带单条纵向裂缝且裂缝深度为原衬砌厚度1/3的隧道二次衬砌模型,采用弹簧模拟地层抗力,进行了分离式套拱加固衬砌(原衬砌与新增套拱之间增设防水板)的径向加载试验,得出了带裂缝衬砌经分离式套拱加固后的变形规律与破坏模式。结果表明,在松动荷载作用下,分离式套拱加固结构的受力过程分为"初期加载—预制裂缝径向贯通、预制裂缝径向贯通—套拱拱顶裂缝径向贯通、套拱拱顶裂缝径向贯通—试件破坏"三阶段,破坏荷载由原衬砌拱腰截面控制,关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱腰断裂—拱顶破坏,整体破坏性质为脆性破坏。     

不同减载措施下高填黄土拱形明洞结构受力研究

高填明洞比常规明洞承受的荷载大、结构更加复杂,减载后的土压力变化是否有利于明洞结构受力尚不明确。文章通过室内模型试验,研究了两种减载措施下沟槽式高填黄土拱形明洞受力特性,得到了明洞周围土压力和外侧应力随填土高度的变化规律及减载效果。试验结果表明,EPS板、EPS板+土工格栅减载可将明洞拱圈上方土压力转移至明洞两侧,使拱顶、拱底土压力减小,两侧土压力增加;明洞外侧各截面应力均减小,铺设减载材料对截面不同位置的外侧应力影响程度依次为拱腰侧墙拱顶拱肩拱底。采用有限元平面应变模型,对试验过程进行数值模拟分析。结果显示,明洞周围土压力、外侧应力与试验结果平均相对误差分别为11.7%和14.6%;随着填土高度的增加,明洞内力减载量增加,且其变化率增大。因此,实际沟槽式明洞减载工程中,在保证明洞衬砌结构安全情况下,应合理选择减载材料及基础刚度。