兰渝铁路高地应力软岩隧道挤压大变形规律及分级标准研究

软岩隧道在高地应力作用下产生挤压大变形是必然现象。为有效控制挤压大变形,文章结合兰渝铁路软岩隧道工程特性,基于均质地层圆形洞室弹塑性位移解析解和我国现行规范围岩参数,研究了软岩隧道挤压大变形的规律,并提出了大变形分级标准及相应防治措施。在Hoek提出的无支护条件下围岩挤压程度分级标准基础上,以兰渝铁路软岩隧道为工程背景,考虑支护抗力作用,提出了在设计阶段以相对变形和岩体强度应力比为分级指标,将挤压大变形分为三个等级,根据岩体强度应力比进行大变形预测;在施工阶段以变形量和变形速率为分级指标,提出了三级验证标准和变形管理基准以及设计和施工阶段相应防治措施。通过实践验证,隧道大变形得以控制。     

挤压性围岩隧道若干基本问题探讨

文章结合我国铁路隧道建设经验,阐述了挤压性围岩隧道的高地应力条件及挤压性围岩地质特征,提出了挤压性地层围岩级别分类的建议,并针对影响隧道初期支护变形的围岩完整程度、层厚、地质构造及地应力等地质因素进行了深入的分析,探讨了挤压性围岩隧道按相对变形、初期支护的裂损程度、软硬质岩、偏压、断面大小等因素进行分类的方法,并提出了挤压性围岩隧道的设计及大变形的系统治理技术。     

层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施研究

千枚岩软弱结构面发育,岩体呈互层结构且风化严重。在类似层状岩体中开挖隧道,围岩将出现大变形,严重危及隧道施工安全。文章基于成兰铁路杨家坪隧道,建立宏观层理分布模型,对层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施展开了相关研究。研究结果表明:岩层法向位移在洞周呈斜向"X"型分布,位移峰值位于隧道拱顶及边墙部位;岩层切向位移位于隧道两斜交45°方向呈"蝴蝶"状分布,位移峰值位于隧道的拱肩及拱脚部位,位移分布不对称性明显;隧道边墙附近围岩主要表现为层面间张拉破坏,隧道拱部附近围岩主要表现为层面间错动滑移破坏。基于以上分析结果,针对现场支护参数提出优化措施,并进行隧道变形及支护受力监测。现场监测结果表明:支护参数经调整后,对围岩形变控制效果明显,有效改善了隧道偏压受力现象。     

高地应力软弱围岩隧道挤压型变形和可让性支护原理

软弱围岩深埋隧道修建遇到的挤压型围岩大变形问题,是山岭隧道工程中的难题。文章在对挤压型变形机制、判识方法和变形特征进行分析的基础上,介绍了挤压型变形围岩支护的可让性原则,从地层特征曲线和支护-围岩相互作用出发,阐述了可让式支护的原理并给出了相关的设计施工要点。     

雁门关隧道挤压性围岩变形控制技术

北同蒲取直线雁门关隧道软弱围岩段埋深大,构造应力水平高,给隧道施工变形控制造成了极大困难。文章根据雁门关隧道挤压性围岩的工程特性,对洞室变形控制措施进行了研究。首先通过有限差分法(FLAC3D)数值计算确定了弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖法的核心土合理长度;其次根据隧道塑性区范围与形状优化了系统锚杆的长度;而后通过对双层支护力学效应及内层支护施作时机的研究,得出理论上雁门关隧道的内层支护最佳时机为内层支护与外层仰拱同时施作;最后通过数值计算和现场工程实践,形成了"3~4 m核心土长度+超前支护+优化设计的系统锚杆及锁脚锚管+双层支护(H175+I22a)"的雁门关隧道挤压性围岩变形综合控制技术。该技术对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道具有一定的借鉴意义。     

深埋隧道结构型围岩变形机理及控制研究

新建兰渝铁路多座长大深埋隧道开挖过程中遇到层片状围岩,产生强烈的挤压变形,主要表现为初期变形强烈迅速,变形持续时间长,变形破坏的空间分布具有强烈的各向异性。常规的控制手段不能很好地解决这种强烈各向异性的变形方式,导致现场频繁采取补强支护措施,给工程建设带来了很大的影响。文章针对研究区特殊的非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、室内试验、现场测试以及3DEC离散元数值模拟等手段,深入分析研究区层片状围岩的结构大变形的破坏机制。研究表明,高地应力诱发低强度围岩开挖后发生迅速而强烈的挤出变形,层片状围岩结构强度的各向异性控制了开挖后应力重分布及隧道断面变形的不对称分布。基于对围岩非对称变形机制的认识,从围岩控制的角度,提出了一种针对层片状岩体扰动各向异性的定向支护措施,对围岩进行主动加固。     

高地应力软岩条件下挤压变形预测及应用

近年来,穿越高地应力区且工程地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程不断涌现,其不同程度围岩大变形问题给施工设计造成了很大困难。从研究软弱围岩隧道大变形分类、挤压变形分级出发,利用现场试验对隧道岩体强度进行估算,并采用Hoek方法对挤压变形进行判定及量值估算,其研究成果应用于正在修建的兰渝线木寨岭隧道斜井工程中加以验正,结果与现场实测数据规律基本一致。     

乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究

乌鞘岭特长隧道全长20050m,是我国目前正在修建的国内最长的单线铁路隧道.隧道施工中发生了严重的围岩大变形,主要表现为隧道中部岭脊地段F4～F7断层构成的"挤压构造带"在深埋高地应力条件下的软弱围岩大变形,拱顶最大下沉及侧壁最大水平收敛变形量均达1000mm以上,导致初期支护开裂破坏并严重侵入衬砌净空等,不得不将初期支护全部或部分拆除重做,再施作二次衬砌.文章对隧道区域工程地质环境、软弱围岩变形力学特性及初期支护破坏规律、围岩变形的影响因素等进行了分析研究,并讨论了隧道围岩加固、初期支护预留变形量与二次衬砌施作时机等问题.     

隧道软弱围岩变形特征及处治技术研究

文章以广西河池至百色高速公路机场隧道软弱围岩段处治为例,总结分析了隧道软弱围岩变形的特征,提出了针对掌子面挤出变形、拱脚围岩下沉变形、支护结构变形及隧底软弱围岩处治等成套处治技术,成功解决了机场隧道软弱围岩段大变形问题,对后续类似工程问题具有参考意义。     

马鞍石隧道的坍方机理分析及处治方案

马鞍石隧道穿越K3+202～K3+230段挤压破碎带时,初期支护结构在破碎带的围岩压力作用下,变形破坏直至发生坍塌,文中对发生坍方的机理进行了分析,并提出了处治方案.     

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。     

理念的更新——对软弱围岩隧道工程的思考

文章着眼于矿山法修建的软弱围岩隧道工程,从现代隧道工程理念出发,探讨了隧道开挖引起的围岩力学形态从松弛到离散的变化过程以及针对这种过程的控制技术和超前支护的功能等问题;针对高地应力软弱围岩挤压性大变形的难题,文章着重论述了可让型支护系统作用原理和设计方法。在此基础上,结合工程实际提出了几点看法,供进一步探索、思考和实践。     

预筑拱控制软弱围岩变形机理的研究

软弱围岩变形主要发生在掌子面前方,控制软弱围岩变形的关键环节是控制掌子面前方变形,即预收敛。预筑拱以其横向连续性好、施工速度快等特点在控制软弱围岩预收敛方面具有良好效果。文章通过FLAC3D建立三维数值模型,分析研究了预筑拱控制软弱围岩变形的机理。研究发现:(1)预筑拱能有效地控制隧道预收敛变形、收敛变形以及隧道上方围岩变形,围岩条件变差时预筑拱作用效果更加明显;(2)预筑拱能够有效地控制掌子面前方围岩的应力释放,从而有效地控制隧道上方坍落拱的发展范围,限制拱顶区坍落拱的分布区域,减少开挖对围岩的扰动,限制围岩应力重分布程度;(3)由于限制围岩应力释放,预筑拱所受围岩荷载比传统支护所受围岩荷载大。     

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。     

德格隧道冒顶和冒落破坏特征及处治技术

在川藏公路德格隧道施工中相继出现冒顶和冒落事故。文章利用数值模拟和现场测试对围岩及支护的位移和应力特征进行研究,就同一隧道发生冒顶和冒落的破坏特征和机制进行了深入分析,最后提出了相应的处治措施。研究表明:冒顶破坏以碎屑流变为主,而冒落破坏以碎裂变形为主;冒顶发生时拱顶部碎石土出现塑形变形区,冒落发生时因围岩中形成的竖向与水平方向应力差产生扩容现象;浅埋碎石土围岩自稳能力差,施工扰动引起隧道冒顶破坏发生,而深埋绢云石英片岩裂隙发育,受围岩自重和施工爆破影响诱发隧道冒落破坏。基于以上结论,现场主要采用了限制塑性变形及碎裂变形扩展、施作锚注支护体系、实施"强行"联合支护和加强支护参数等关键措施。     

断层对小净距隧道稳定性的影响分析

文章针对福州魁岐2号特大断面小净距隧道工程特点,以Ⅴ级围岩为研究对象,利用离散单元法对节理岩体中断层存在时初始围岩应力分布特征以及断层与隧道不同相对位置情况下围岩变形特征进行了定性分析。结果表明,当节理岩体中有断层存在时,初始围岩应力不再呈水平层状分布,而是出现一定程度的应力集中现象;围岩变形在断层附近区域显著增大,而距断层较远处基本不受影响;对于小净距隧道,当中间岩柱中存在断层时更不利于隧道和中间岩柱的整体稳定。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

当前我国高地应力隧道支护技术特点及发展趋势浅析

结合当今国内外不同支护技术的研究现状及发展趋势,文章分析高地应力环境引起的隧道硬岩岩爆与软岩大变形问题。研究指出:当前岩爆支护技术因受静力学因素为主导的岩爆发生机制影响,采用的支护构件普遍为变形性能较小的常规材料,且多具"被动支护"属性。而基于岩爆为动-静力耦合作用的结果及现行"喷锚网"支护体系中仅锚杆具有"主动支护"属性,最佳的岩爆支护体系应具备主动支护及释能两大功能,且以锚固构件的研发最为关键;针对软岩大变形的支护型式主要分为3种,即强支护、分层支护和让压支护。其中,强支护在挤压变形大的地下洞室中易诱发过大的围岩压力,适用条件有限;分层支护受其理论研究、分层厚度取值、层与层施作时机及对施工进度干扰等因素影响,也非最佳选择;而让压支护具备及时支护及边支边让等特性,可充分发挥围岩及支护材料的性能值,并可使两者均达到最优状态,为软岩大变形支护措施的最佳选择。     

风化砂岩隧道塌方处治及智能应力应变监测分析

在风化砂岩地区修建的隧道由于围岩结构层之间粘聚力低,容易出现掉块及滑塌等现象。文章以广西某高速公路隧道施工为背景,针对隧道施工中出现的塌方现象,分析了塌方成因与处治措施,并采用智能应力应变监测技术,收集病害处治处实时的隧道围岩应力与应变数据以及支护结构健康情况等信息,反馈支护结构工作状态,以判断支护结构的稳定性,为后续类似隧道工程提供参考。