锚杆支护在整治高地应力软岩隧道大变形的效应分析

根据乌鞘岭隧道工程实例阐述了高地应力软岩隧道大变形的特点,及其整治措施,通过模型计算对施作锚杆隧道与没有施作锚杆隧道的应力以及位移进行了比较,并论述了锚杆支护对于整治大变形的重要作用。     

基于现场直剪试验和强度软化的围岩压力解析

高地应力、强挤压软岩隧道在开挖前,隧道设计线路范围内的原岩就已处在塑性状态,隧道开挖后对支护有影响的围岩处于不同的塑性区范围内.就此,考虑到岩体的力学性能通过现场试验能较为全面地反映,对两座隧道高地应力软岩段的现场直剪试验曲线进行分析,并进行室内常规三轴压缩试验,得到了适用于塑性软岩隧道的简化本构关系曲线和应变软化模型.在此基础上对圆形塑性软岩隧道支护后的围岩应力状态和位移状态进行分析,在考虑围岩强度参数■、■随应变软化的情况下,推导出了塑性软岩隧道的扰动区半径r_d和支护力p_i解析表达式,并建立了动态支护力p_i与动态隧道壁径向位移u之间的关系,研究成果可为高地应力、强挤压塑性软岩隧道的支护设计提供一定的参考.     

炭质板岩大变形隧道施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道围岩主要以炭质板岩为主,开挖后初期支护出现较大变形,且变形持续时间长。通过分析,高地应力和软岩是造成大变形的主要原因。施工过程中通过提高初期支护强度、加设长锚杆注浆、预留合理变形量和采用双层初期支护来控制变形。并采用超前小导洞应力释放法和预留空间释放法,以减缓变形速率。对高地应力软岩隧道变形控制技术进行探索,为此类隧道施工提供技术参考。     

高边坡综合治理设计探讨

针对东至至九江高速公路安徽段具有代表性的高边坡进行了分析,根据风化岩质边坡结构面及破坏形式的不同,选取了不同的支护形式。对滑动破坏型高边坡进行了数值分析,结果表明,对滑动破坏型高边坡采用锚杆锚索联合支护时,在边坡中部用预应力锚索支护,不但能有效控制边坡上部的变形,而且能大大减小荷载向下部传递,因此减小边坡下部的位移。通过采用预应力锚索对滑动破坏型边坡主动加固,达到了允许边坡发生一定滑移,充分发挥边坡的自稳能力,并结合全长粘结锚杆支护,达到了经济有效地治理高边坡的目标。     

高应力软岩隧道衬砌结构探讨

在高应力软岩段,围岩压力大、围岩变形具有明显的时间效应,高地应力软岩隧道的支护结构要能够适应、协调围岩的大变形,释放围岩的压力,同时保障结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现开裂、塌方现象。以某高速公路高应力软岩段为例,隧道支护结构采用临时防护罩+刚性初期支护+二次衬砌的组合型式,并通过数值计算、现场监控量测等方式验证了方案的合理性,对类似工程的设计有一定的借鉴意义。     

高地应力软岩隧道支护时机及预留变形量研究

隧道的合理支护时机与预留变形量是制约施工工期和工程造价的重要因素。以湖北省宜巴高速公路峡口隧道为例,采用数值模拟方法,对隧道围岩的时空变形规律进行分析,研究高地应力软岩隧道的合理支护时机与预留变形量。结果表明:高地应力软岩隧道开挖过程中,围岩变形以与时间相关的蠕变变形为主,拱顶下沉蠕变变形量占总变形量的78%,水平收敛蠕变变形量占总变形量的71%。拱顶下沉量在15 d 后即可达到其总变形量的90%,水平收敛量在12 d 后达到其总变形量的90%。按照极限位移准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖15 d 后;按照变形速率准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖25 d 后;合理的支护时机应在隧道开挖后15 ~25 d。基于研究结果,峡口隧道设置的预留变形量设计为35 cm,通过对二次衬砌进行长期稳定性分析,验证了该预留变形量是合理的。     

软岩隧道拉锚结构数值分析与支护机理研究

为研究拉锚结构在软岩公路隧道的支护效果并推进其应用发展,针对两台阶法开挖的Ⅴ级围岩公路隧道,使用FLAC3D进行数值分析。根据拉锚结构构件连接方式,提出拉锚结构模拟方法并建立模型,对4种不同支护方法的隧道围岩位移、应力和支护结构受力特性进行了对比分析,总结拉锚支护的结构受力特性和支护机理。结果表明:拉锚支护在改善围岩应力状态、减少隧道位移和发挥支护结构效用3个方面均最优;拉锚支护能够明显改善拱腰处应力状态和变形情况;拉锚支护的锚杆所受轴力大于传统支护,其轴力大小分布从杆尾到杆端越来越大;拉锚支护的横向钢带在各点的应力均大于钢拱架,尤其在拱腰处。     

乌鞘岭隧道F4～F7断层区段压力、应力实测与分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程,是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越四条区域性大断层,地应力高,围岩软弱、破碎,隧道变形大。针对高应力条件下的软岩隧道大变形特点,在F4~F7断层区段,开展了系统、全面监控量测。根据实测数据,深入分析了支护压力、支护应力的规律及特征,及时将信息反馈给设计与施工,为工程施工提供了主要的技术支持。     

基于三台阶开挖工法的锁脚锚杆位置模拟优化

基于新疆乌尉1号软岩隧道原有支护设计,采用MIDAS GTS数值模拟软件对锁脚锚杆施作位置进行数值模拟,分析三台阶下锁脚锚杆不同位置的作用,给出锁脚锚杆合理施作位置。由模拟结果可知,在上台阶和下台阶处施作锁脚锚杆对围岩拱顶变形有良好的约束能力,中台阶处施作锁脚锚杆对拱顶约束较少,但对周边变形有明显约束作用,分析结果为新疆乌尉1号软岩隧道支护设计提供指导。     

单线铁路隧道高地应力软岩破碎带大变形控制措施研究

为解决高地应力隧道软岩破碎带大变形的控制问题,以兰渝铁路某隧道为例,分析了软岩破碎带的变形特征,结合前期变形控制的经验,确定软岩破碎带的变形等级,采取保护围岩的施工理念,选择合理的支护参数,加强锁脚锚杆,施作锁固锚杆,使支护结构均匀受力,预留合理变形量并确定工序化注浆和横撑支护加强的时机,短台阶开挖、快速封闭和适时施作衬砌,建立大变形控制流程,有效控制了隧道软岩破碎带大变形.     

基于有限元的三台阶仰拱初支技术

为了解决大断面软岩隧道的软弱破碎围岩径向位移增速快,开挖后初期支护结构不能尽早发挥作用,极大可能导致围岩失稳、发生安全事故等问题,以新建蒙西—华中煤运通道马湾隧道为依托工程,以优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法进行施工,并借助有限元软件建立隧道模型,对三台阶仰拱初支开挖法进行数值模拟分析。最终结果表明:按优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法能实现仰拱初支紧跟、隧道初期支护整体尽早封闭成环,做到了开挖、支护工序衔接紧凑;隧道最大竖向变形为33. 2mm,拱顶沉降及周边收敛随开挖步的变化均处于施工安全范围内;拱腰初支最大拉应力为1. 08MPa,拱顶最大压应力为13. 8MPa,均符合施工要求,为大断面软岩隧道施工提供一种更安全的新方案。     

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

桩锚支护在隧道基坑防护中的应用研究

桩锚支护体系是采用锚索代替基坑支护内支撑,给支护排桩提供锚拉力,能减小支护排桩的位移和内力。以某隧道基坑为工程实例,采用桩锚结构对基坑进行支护,对桩锚支护结构进行了设计,并对基坑开挖进行了三维数值模拟,对类似工程有一定的借鉴意义。     

隧道洞口超前锚杆预支护三维有限元模拟分析

为保证施工安全,对复杂地质条件下隧道洞口段的围岩进行预支护。采用超前锚杆预支护措施,并进行三维有限元数值模拟分析。计算结果表明,隧道拱顶位移50 mm,边墙位移45 mm,初期支护的最终安全系数约为5.0,因此用超前锚杆预支护可以保证隧道洞口段支护结构的安全。同时,超前锚杆的最大轴力略13k N,并呈阶梯形分布,最大轴力位于锚杆的中间,并向两端逐渐减小,且拱顶位置的锚杆轴力较两边大。     

数值分析在隧道支护中的应用

通过对某一隧道的施工形式及其所采用的支护方进行了数值分析,分析不同的支护参数对隧道周边应力和位移的影响,得出了有关塑性区分布与支护方式之间的关系,并对各类支护方式进行了比较与分析.     

用有限元模拟软岩蠕变对隧道结构的影响

选用适当的软岩蠕变模型,建立了软岩围岩隧道的有限元计算模型,并以某修建在软岩地段的公路隧道为例,分析了隧道锚杆和支护施工的时间对其变形和内力的影响。另外,该模型也可应用于其它软土地下工程。     

爆破卸压法改进高应力软岩巷道支护条件

井巷、隧道硐室或导硐工程的施工,若开挖区周围一定范围内遇到软弱岩石夹层,对井、洞壁的稳定产生不利影响,特别是像页岩、泥岩极易吸湿或遇水膨胀的岩石,围岩应力分布处于动态变化状态．变化剧烈时,井巷、隧道将产生变形破坏,影响其正常使用甚至报废．本文以甘肃华亭矿务局杨家沟煤矿24215溜子道治理为例,分析了引起软岩巷道变形破坏的原因,提出了各种改进支护条件的办法及效果,介绍了爆破卸压法改进高应力软岩巷道支护的方法。     

挤压性软岩大变形隧道长短锚杆复合群锚技术

在成兰铁路成都至川主寺段隧道修建中,由于复杂多变的高地应力影响,出现软岩大变形问题。为解决这一工程难题,依托成兰线茂县隧道1号斜井,对隧道大变形控制进行系统研究。文章通过施工模拟计算发现锚杆能有效控制围岩变形,使作用在一支上的围岩压力减小,3m+8m长短复合群锚方案的最大锚杆轴力小于3m+6m和3m+10m长短结合锚杆方案的最大锚杆轴力。与加强钢架支护体系和钢架支护+长锚杆的现场试验数据比较,表明长短复合群锚的支护效果更佳,能使洞周各测点的变形值更小,围岩一支的接触压力更小且分布更均匀。     

深埋隧道穿煤段围岩变形特征研究

根据某隧道穿煤段(C2煤层)的工程实例,结合围岩位移、围岩内位形、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测,而进行的有关隧道穿过煤段围岩-支护结构的变形特征的分析结果表明:围岩位移变形分为急剧增长、缓慢增长和趋于稳定三个阶段;受高应力与岩体结构的影响,拱顶下沉为水平收敛的3倍,且初期下沉快,下沉时间长;围岩浅部较深部变形快且大,松动圈半径为2.5m～3.0m。该研究结果为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要的科学依据。     

用有限元模拟软岩蠕变对隧道结构的影响

选用适当的软岩蠕变模型，建立了软岩围岩隧道的有限元计算模型，并以某修建在软岩地段的公路隧道为例，分析了隧道锚杆和支护施工的时间对其变形和内力的影响．另外，该模型也可应用于其它软土地下工程．