独立隧道、小净距隧道和连拱隧道结构受力独立性研究

 独立隧道、小净距隧道和连拱隧道三种隧道设计与施工都要遵循“基本维持围岩原始状态”和“能量最小原理”。只要结构设计合理、科学组织施工，即可基本保持小净距隧道和连拱隧道洞体受力的独立性。连拱隧道优化断面衬砌压力和内力分布基本对称，与分离隧道相接近，是一种合理的连拱隧道构筑方法。     

基于现场实测的深埋风积沙隧道围岩压力计算方法研究

风积沙作为一种黏聚力低、自稳能力差的不稳定围岩,给隧道设计和施工带来很大困难。 为探究风积沙围岩压力大小和分 布规律,依托蒙华铁路王家湾隧道开展现场量测试验,根据实测的围岩压力分布特征,得到深埋风积沙隧道的围岩压力计算模式, 并通过数值计算分析与现场量测数据对比验证其合理性。 研究结果表明: 深埋风积沙地层围岩压力分布很不均匀,但普遍拱部较 小,初期支护大部分处于受压状态。 计算分析得深埋风积沙隧道围岩压力采用太沙基计算公式是较为合理的,进一步优化得深埋 风积沙隧道垂直方向围岩压力计算图示采用“双峰”形分布,水平方向围岩压力计算图示采用“阶梯”形分布,相比铁路隧道设计规 范的传统模式更安全,与实际衬砌受力状态更符合。     

高速铁路隧道全断面预加固技术的应用研究

总结分析了目前高速铁路大断面软弱围岩或土质隧道施工中存在的问题,认为如何处理好掌子面前方的“待挖核心体”是控制此类隧道整体稳定性的关键,运用沿隧道纵向全断面预加固的易切削玻璃纤维锚杆来提高“待挖核心体”的等效刚度,控制“待挖核心体”的变形,使得隧道周边的拱效应能自然发挥作用,可以保证隧道能够全断面安全、顺利开挖掘进。介绍了隧道全断面预加固技术的一些基本概念,并运用有限元方法对隧道全断面预加固进行了三维数值模拟,同时阐述了设计施工的基本应用原理,为该法在我国的应用、推广提供了一定的理论支持。     

漫谈矿山法隧道技术第十二讲——隧道情报化施工的“情报”

隧道情报化施工是指在施工中根据能够充分表现隧道开挖后围岩和支护构件动态的“动态情报”来进一步掌握围岩的特性以修正设计和施工。1）指出实现情报化施工的前提是“情报”,需要的情报包括能够判定掌子面是否稳定、掌子面前方围岩是否发生变化、已支护地段变形是否收敛、围岩分级是否合适等。强调隧道情报化施工的情报“量”是基础,“质”是关键。以位移量测为例,介绍施工中需要获取什么样的情报; 以日本矿山法数据库（DB）为例说明情报“量”的重要性及其应用。指出我国的施工现状是积累情报“量”较大,但“质”不足,要在情报的“质”上下功夫,能够进行系统地总结和分析,为情报化施工建立数据库。2）从掌子面前方围岩的探查、掌子面观察、量测和试验等方面介绍获取情报的主要方法和目的。分别以日本北海道公路隧道和筑紫隧道为例,重点介绍了超前钻孔在掌子面前方和洞口段开挖前地质探查中的应用。3）介绍我国、日本和美国掌子面观察的内容和方法,指出我国的观察大部分获得定性的情报和少量定量情报,而日本和美国的观察是可以数值化的,我们在这方面尚需努力。介绍对已施工区间进行检查和观察的项目,以喷混凝土为例介绍观察结果的利用方法,反馈指导施工,统计建立管理基准。4）最后强调在不同围岩级别中,获取情报的方法是不同的,量测不是唯一的,也不是万能的。在块状、岩质围岩中,应把观察放在重要位置;在软弱围岩中,量测、观察以及掌子面前方围岩预测等方法应同时并举,循环验证。     

漫谈矿山法隧道技术讲座——后语

本讲座在16讲中,总结的矿山法隧道设计、施工的基本经验和行动准则（关键技术）可归纳为以下的“32字箴言”,即： 围岩为本,地质先行,松弛有度,内实外美,排堵协调,重视环境,预防维护,管理到位。实际上,“32字箴言”也是老生常谈,也是大家公认的。问题是,与“32字箴言”对应的“八大关键技术”,我们做得如何,要心中有数。有些技术亟待完善,有些技术则刚刚起步,有些技术尚在研究之中。因此,如何利用每年修建上千座隧道的大好契机,把我国修建矿山法隧道的技术提高到与“隧道大国”相适应的水平,实现“隧道强国梦”,是本讲座所追求的一个愿望。“抛砖引玉”,愿大家共勉之。     

“盖挖+自进式管棚”进洞法在崩坡积体中的应用

新疆G575线东天山特长公路隧道出口穿越较大超浅埋崩坡积体。为保证隧道在超浅层崩坡积体中安全、快速通过,控制隧道变形、坍塌、滑移等风险,采用“盖挖+自进式管棚”进洞法施工方式,在发挥盖挖法形成的初期支护钢架 “拱”保护作用下,确保“拱下”洞内自进式管棚施工的安全; 并采用超前自进式管棚注浆预加固松散崩坡积体围岩的施工方式,实现暗洞中安全快速地掘进,确保施工工期。通过对不同进洞方案比选研究与现场实践,并对隧道施工过程中的拱顶地表沉降、洞内拱顶下沉、洞内水平收敛进行监测,回归分析量测数据后充分证明： “盖挖+自进式管棚”进洞法施工对崩坡积体的整体稳定性没有产生影响,采用“盖挖+自进式管棚”法,在崩坡积体中既可确保安全进洞,还可缩短工期。     

减振光面爆破施工技术在隧道开挖中的应用

隧道开挖施工需要解决的两个重要问题是:一是根据新奥法原理,减少超欠挖,加强围岩的自承能力,千方百计把对围岩的损伤程度控制在最小限度以内,像保护我们眼睛一样地保护围岩;另一个是最大限度地降低爆破振动,减少对隧道围岩和支护体系的振动,减少隧道爆破对地表及附近民房和构筑物的影响。     

隧道成型控制爆破技术及围岩损伤范围研究

为解决因初期支护格栅拱架限制周边眼钻凿精度而引起的隧道周边超欠挖问题,以青岛地铁1号线瓦屋庄站至贵州路站区间工程为例,介绍“长、短眼”控制爆破技术,提出“长、短眼”布置方案,并采用质点峰值振动法和激光隧道断面检测仪分别对“长、短眼”爆破技术产生的围岩损伤范围和隧道超欠挖量进行分析和监测。结果表明： 1）采用“长、短眼”控制爆破技术,Ⅳ级围岩段隧道周边超欠挖控制在150 mm以内,且理论计算每米进尺回填混凝土节省成本7 182元,可提高工程经济效益; 2）长短眼爆破产生的损伤范围为0.29~0.33 m,隧道拱顶沉降、净空收敛量均控制在10 mm以内,施工效果好。     

施工过程中大跨破碎隧道围岩应力变化规律及控制

为了再现隧道开挖过程中围岩与支护结构的相互作用和荷载分担比,进一步优化施工工艺,对某隧道洞口施工过程进行了数值模拟。通过模拟发现,破碎地层中开挖大跨隧道,边墙受力较大,塑性区面积大于顶部,要求锚杆的锚固深度较大;其次两隧道中间顶部最早出现塑性区,对围岩的扰动较大,应采取注浆加固围岩,提高其自承能力;仰拱中部塑性区扩展较大,可适当施作锚杆,控制底鼓破坏;协同围岩与锚杆的支护作用可适当降低工程造价,更好地发挥围岩自承的作用。     

公路隧道超前支护的工程意义

隧道施工难点之一是控制围岩与初期支护的变形，而解决这一问题应从新奥法原理出发，充分利用围岩自承能力，加固围岩，提高围岩承载能力。本文利用弹塑性力学中的有关知识，论述超前支护的工程意义，以便对超前支护的设计提供理论参考。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之三：隧道设计理念与方法

本文作为一个讲座对以往研究成果作一综述。回顾了当前采用的3种隧道设计方法,提出了基于数值极限分析的地层－结构法,克服了地层－结构法缺点,可以求得设计所需的围岩稳定安全系数,解决了当前设计中的人为性问题。对隧道深浅埋分界线进行了探索,叙述了基于散体理论的隧洞深浅埋分界标准。提出了基于弹塑性理论的隧洞深浅埋分界标准,并对2种分解标准的优缺点进行了评述。阐述了隧道设计计算的5个基本理念： 1）隧道设计必须满足运行和施工中安全要求,提出初期支护后围岩安全系数必须保证施工安全; 2）隧道设计计算模型必须适应不同工程地质条件、围岩压力特征,符合隧道实际受力情况; 3）必须符合现代围岩压力理论与现代支护原理,充分发挥围岩自承作用; 4）隧道结构计算模型也应符合结构实际受力状态,树立初期支护作为围岩加固材料,按塑性理论计算的新理念; 5）采用合理的计算方法与计算参数,确保隧道设计计算的科学性。最后以一个地铁车站为例,采用本讲座提出的方法介绍了Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩中隧道的设计方法与成果。     

山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策

如何在软弱围岩地质条件下安全快速地修建长大隧道是当前隧道工程界面临的重要课题之一,尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时,常常形成大变形等地质灾害,严重影响施工安全和进度。通过对软弱围岩工程地质特性、软岩隧道变形机制及变形控制基本理念进行分析,并结合相关工程实例提出软岩隧道支护结构安全稳定性评判标准及施工应采取的相应对策。认为:1)软弱围岩隧道由于支护参数、施工方法选择不当,支护结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力时,往往会出现结构大变形和破坏;2)软岩地段初期支护承受施工期间全部荷载,二次衬砌需承受后期围岩流变产生的荷载,软岩隧道衬砌应通过增设钢筋、加大厚度等方式增加结构强度;3)超前支护与加固技术可提高围岩的自承能力并减小作用在支护结构上的荷载,且应当成为当前软弱围岩隧道施工技术研究的发展方向;4)在高地应力山岭隧道方面,应进一步开展施工阶段地应力测试,以利于针对性地选择施工方法和支护参数。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之二：隧道围岩稳定性分析及其判据

作为一个讲座对以往研究成果作一综述。分析隧道围岩稳定性的3种判据,提出有严格力学依据的稳定安全系数作为围岩稳定分析的定量判据。指出围岩有剪切安全系数与拉裂安全系数,并建议采用强度储备安全系数作为围岩稳定安全系数。建立土体隧道稳定分析的新理念和新方法,计算中考虑了围岩的荷载释放,初期支护作为弹塑性材料加固围岩,并应具有一定安全系数,以确保施工安全。二次衬砌作为弹性结构,围岩、初期支护与二次衬砌共同作用确保运行安全。对岩石围岩分级提出初步建议,并以无衬砌围岩安全系数作为各级围岩自稳能力的定量判据,由此反推出各级围岩的力学强度参数,改善了参数的合理性。     

漫谈矿山法隧道技术讲座第一讲——围岩

阐述围岩的基本概念及其工程特性、围岩的分级及分类、围岩开挖后的动态、围岩的评价方法等。并对隧道开挖后周边围岩的稳定性问题进行探讨,认为曲面掌子面对确保掌子面稳定更为有利,但目前施工机械开挖曲面掌子面有一定困难,已有同行关注曲面掌子面,并进行施工试验;隧道开挖正朝着积极补强围岩的大断面开挖的方向发展。最后对设计、施工中应该关注的软弱围岩及特殊围岩的分类进行介绍。认为:大多数围岩是有自支护能力的;不良围岩是可以改造"为我所用"的;围岩荷载是可以控制的;不同的围岩其动态也是不同的。总体而言,隧道技术的发展都是围绕达到上述目的而发展的。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。     

挤压性大变形隧道分层初期支护适应性分析

针对挤压性大变形隧道支护参数、支护时机在设计工作中难以量化的现状,在考虑围岩流变效应和支护弹塑性本构的基础上,结合数值模拟手段,对各类支护的等效支护抗力和不同等级大变形隧道分层初期支护量化参数及适应性开展研究。得出主要结论： 1）基于抗压强度控制,提出不同组合参数下的喷射混凝土和型钢拱架等效支护抗力;基于位移等效原则,提出不同直径、不同长度砂浆锚杆和不同长度预应力锚索的等效支护抗力。2）基于监控量测曲线,对考虑流变效应的围岩物理力学参数进行反演,以此计算围岩特征曲线,实现围岩变形量值、不同支护时机所需支护抗力与时间的关联。3）根据既有案例,取单边15 cm作为单层支护极限变形值,构建支护抗力曲线;基于极限变形控制原则,提出轻微大变形可选用单层初期支护+短锚杆的支护形式、中等大变形可选用2层初期支护+短锚杆的支护形式、强烈大变形可选用圆形隧道+3层初期支护+短锚杆+长锚索的支护形式的建议,并提出不同等级大变形隧道的支护时机及预留变形量建议值。4）兰渝铁路木寨岭隧道工程应用分析结果表明,采用该方法选取的支护参数是合理的。〖JP〗     

穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况,基于隧道围岩以及掌子面的力学特性,采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段,提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法,并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先,建立了破碎带-岩板力学模型,将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板,对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析,得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式,并对帷幕注浆处理参数进行了优化;随后基于理论计算结果,与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析;最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟,分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性;正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大,随岩层倾角增大而减小,故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护;在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时,最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小,此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度,同时控制注浆压力。     

隧道监控量测的数据回归分析探讨

监控量测是掌握隧道施工中围岩动态变化过程的手段,通过对监控数据的回归分析可以预测围岩的最终位移等,进而有效地指导隧道设计与施工。讨论可以作为回归函数的类型,把函数U=A-Bln（1/t＋C）作为回归分析函数,从理论上分析是合理的,工程实例证明也是有效的。提出选择回归分析函数的原则。通过改变常数C使拟合残差平方和更小,从而使回归效果更加符合实际,对隧道施工监控量测数据分析具有一定的指导意义。     

修建城际地下铁路隧道存在的步距问题与相关建议

以莞惠城际轨道交通工程松山湖隧道施工为例,通过对隧道各工序作业时间分析、隧道设计与施工类比和施工模型图说明,认为铁建设[2010]120号文在修建城际地下铁路隧道方面尚存在一定的适应性和可操作性的问题,并提出以下建议:1)Ⅵ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为50 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为85 m(除文中所述几种特殊情况外);2)Ⅴ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为55 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为90m;3)Ⅳ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为65 m,二次衬砌距离掌子面由原90 m调整为120 m。