公路隧道施工监测在围岩动态分级中的应用研究

介绍了在设计阶段常用的围岩分级方法并提出了在施工阶段对围岩进行动态分级的概念。通过对隧道监测数据的统计分析,得出了用于Ⅳ级、Ⅴ级围岩分类的围岩压力、钢支撑内力及弹性波速等指标的取值范围。并以鹤上隧道ZK6 370断面为例,对上述指标进行了监测和回归分析,结果表明采用围岩动态分级方法得到的围岩级别与实际情况相符,可用于指导施工阶段的隧道围岩动态分级、隧道的反馈设计和施工过程中的预测预报。     

公路隧道高水压围岩级别修正探索

隧道围岩分级是正确进行隧道设计与施工的基础.采用规范规定的围岩分级方法,根据岩石强度程度、岩体完整程度两个基本因素进行初步分级,提出高水压下围岩级别的修正,为隧道结构设计与施工提供合理参数.     

集对变权法在公路隧道围岩分级中的应用

隧道围岩分级是通过一些实测指标,将隧道工程地质条件和岩体力学性质参数相结合,通过对围岩的地质分级,为工程设计、支护衬砌、建筑选型和施工方法选择等提供参数和依据。基于现场调查资料和室内外试验成果,对隧道围岩进行等级划分。针对公路隧道围岩分级的复杂性,以集对论为基础,进行了同、异、反分析,在确定隧道围岩分级指标和评价类别的联系度后,建立了集对分析模型。从隧道围岩分级的特点出发,给出了一种局部惩罚—激励型变权确定方法,并与所建的集对分析模型相结合,采用联系数最大原则,提出了变权综合方法,使得评价结果更加客观科学。     

基于超前地质预报技术的隧道围岩分级方法研究

由于隧道围岩的复杂性及不确定性,在新奥法隧道施工过程中需要根据掌子面揭示情况对设计围岩级别及时调整。而目前现有的规范推荐方法或其他方法均无法实现快速围岩分级。根据规范的相关计算方法,结合现场探测、岩体强度测定及超前预报结果与围岩分级有关的信息,总结分级指标的换算经验公式,提出了一种基于超前地质预报技术的围岩快速分级方法,并通过对依托工程隧道进行现场实践。实践表明:本方法与规范方法的围岩分级结果基本相符,但分级指标所需工作量小、耗时少。本研究为公路隧道围岩快速分级提供了重要参考。     

公路隧道围岩分级中存在问题探讨

《公路隧道设计规范》JTGD70-2004采用了国标《工程岩体分级标准》GB50218-94）的围岩分级方法进行隧道围岩分级。新规范实施后,很多建设业主反应采用新规范的隧道围岩分级普遍偏高,致使工程造价普遍增加。本文对围岩分级和原围岩分类进行了比较,对围岩分级的定性与定量数据进行了对比分析,阐明了出现这一现象的原因,提出了准确使用新规范围岩分级方法的几点建议。     

大断裂区深埋特长隧道围岩分级方法研究

隧道围岩分级的准确与否对隧道建设有着重大意义,直接关系到隧道施工的安全与稳定。针对大断裂区深埋特长隧道施工中出现的断层带、褶皱区、高地应力区以及软弱夹层带等不良工程地质问题,对BQ围岩分级方法中的结构面及地应力影响因子进行了修正和细化,同时根据隧道施工中出现的软弱夹层的工程问题,新增加了软弱夹层影响因素K4这一修正指标,并据此修正BQ围岩分级方法计算公式。在此基础上,以郧十高速公路上的大华山隧道作为实例,利用修正后的围岩分级方法对其进行围岩分级,得到了与实际开挖较相符的结果,为相关隧道建设提供了指导依据。     

复理石地层隧道RMR法围岩分级的特征参数取值分析

黑山Smokovac-Matesevo高速公路项目采用欧洲标准，该项目多数隧道位于复理石中，其隧道围岩分级采用Bieniawski的RMR法围岩分级法。复理石地层特点是薄层状、岩性种类多，性质变化大等。为了进行复理石隧道围岩的准确分级，因而对该项目复理石地层隧道的RMR法分级的岩石特征参数取值进行分析。     

建立公路隧道施工阶段围岩分级的思考

文章论述了建立公路隧道施工阶段围岩分级体系的必要性，讨论了建立公路隧道施工阶段围岩分级体系的基本方法，最后分析了在我国建立公路隧道施工阶段围岩分级体系的可行性。     

公路隧道围岩分类模糊综合评判

根据现行的《公路隧道设计规范》和《公路工程地质勘察规范》的有关要求，对岩体质量系数进行分级，分级中选择了7个地质因素和6类围岩指标，并与稳定性相对应，构成了隧道围岩分类质量标准表。在此基础上，分析了围岩分类诸因素及各自特征，采用模糊综合评判的方法，建立了隧道围岩的数学模型，使围岩分类变得简单易行。     

隧道围岩分级研究进展综述

隧道围岩稳定性分级是隧道工程中的一项基础性工作,也是支护结构设计与施工的重要依据。随着隧道工程建设规模的不断增长、施工难度的持续增大,为确保施工安全、保障施工质量、节省工程造价,对隧道围岩分级的精细化要求也不断提高。以围岩分级指标为主线,系统梳理了自20世纪初至今境内外隧道围岩分级典型方法的产生及发展历程,并结合当前工程技术的发展现状从物探手段的应用、监控量测数据反馈分析、特殊地质条件精细分级、智能算法在围岩分级中的应用、施工阶段快速围岩级别判定等5个方面对隧道围岩分级的研究趋势做出了展望。     

山岭隧道围岩动态分级研究

以鹞子岩（山岭）隧道区域地质及基础勘察设计资料为依据,选取因素评价指标,通过综合超前地质预测预报与实际开挖情况相结合的方法,建立了隧道围岩动态化分级体系;对BQ法围岩分级进一步优化及动态调整。工程实践表明:该动态分级体系对掌子面前方围岩情况实现精准预测分级有较强的实用性。     

基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法

准确划分悬臂掘进机施工围岩对其广泛应用具有重要意义,传统施工围岩分级大都是基于围岩稳定性建立的,而悬臂掘进机具有施工复杂性、动态性和非线性的特点,导致传统施工围岩分级并不适用,因此本文建立了一套基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。首先,以贵阳地铁1号线为工程背景,分别对前进速度的时间衰减规律及影响悬臂掘进机利用率的主要地质因素进行分析,建立地层适应性分级评分方法; 其次,在已有的Q分级系统基础上,提出悬臂掘进机围岩适应性分级的BQ机模型,采取钻掘指数RPI和刀具寿命指数CLI对模型进行修正,建立施工可掘进性分级评分方法; 最后,综合考虑施工围岩地层适应性评分方法和可掘进性评分方法,以前进速度AR为指标,建立基于掘进性能的悬臂掘进机施工围岩分级方法。结果表明,本文建立的悬臂掘进机施工围岩分级方法可以实现前进速度AR的预测,从而有效预测掘进性能、节约隧道开挖成本、提高施工效率,为建立具有普适性的悬臂掘进机施工围岩分级方法提供科学参考。     

基于三维重建与Unet神经网络的隧道掌子面围岩快速分级技术

围岩等级是确定和调整隧道施工方案的重要依据,为减少由于施工实际围岩等级与地勘不符造成的经济损失、安全事故等问题,可对传统围岩分级方法进行改进。依托云南文麻高速大法郎隧道,采用三维重建、图像拼接、Unet神经网络等技术,结合围岩单轴抗压强度等特性,实现基于岩体完整性和强度特征的掌子面围岩结构面特征识别和围岩级别快速评价。先采用数码相机对隧道掌子面及周边硐壁进行图像信息采集,建立完整的三维模型,后通过投影和图像拼接得到掌子面高清拼接图像; 基于Unet神经网络对掌子面图像进行节理迹线自动识别,对节理评价指标计算后得到隧道掌子面完整性信息; 最后结合其他围岩特征信息,基于BQ分级方法进行掌子面围岩分级。研究结果表明： 该围岩分级方法可获得清晰的掌子面图像,在依托工程现场较原始设计分级更符合现场实际情况,具有良好的应用性。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

沙湾特长隧道软弱破碎千枚岩围岩参数敏感性分析与反演研究

为解决甘肃渭武土建试验2标沙湾特长隧道围岩软弱破碎、遇水软化以及强度低等使得围岩力学参数难以准确确定的难题,采用ABAQUS数值计算和正交设计方法进行参数敏感性分析,确定各参数对围岩变形的影响程度。基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,并编制反分析程序。根据反演的参数进行数值模拟,分析围岩和支护结构位移、应力及塑性区分布情况。研究结果表明： 沙湾隧道围岩位移影响因素重要性依次为黏聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ、弹性模量E;PSO-BP参数反演分析方法是一种有效的反分析方法,具有较高的精度。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性，对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正，并再次分析不同铁路隧道的安全性，同时与挪威Q法支护参数进行对比，最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道，Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济，但Ⅴ级围岩安全系数偏低；采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用，从而可以减少喷层和二次衬砌的强度，提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

基于三维重构的隧道围岩稳定性快速分析及动态反馈

节理的存在降低了岩体的完整性和连续性,对隧道围岩的稳定具有重要影响,若支护不及时或强度不够将会严重威胁施工安全。本文依托井冈山特长隧道,提出了基于三维重构、块体理论的隧道围岩稳定性快速分析方法,动态反馈、指导设计施工方案优化。针对中风化砂岩、Ⅳ级围岩区段,通过地质素描与统计分析,建立基于节理特征的三维重构地层模型;运用块体理论,分析隧道开挖时临空面关键块体分布、失稳形式及安全系数;提出围岩稳定性动态反馈方法,并对比分析不同支护方案。研究表明:开挖后围岩稳定性较差,必须采取相应的支护措施,根据动态反馈明确在实际施工时必须严格按照原设计方案施作锚杆支护。基于三维重构的围岩稳定性快速分析及动态反馈,可以实现施工过程中地质数据的动态采集、分析与反馈,及时依据实际开挖地层条件,动态调整支护体系,确保结构的经济安全性。     

列车荷载-地下水耦合作用下隧底围岩强度参数劣化规律研究

为探明列车激振荷载-地下水耦合作用下隧底围岩强度参数劣化特征及列车荷载、地下水压力、围岩级别对围岩颗粒流失影响规律,采用PFC 数值模拟方法分析不同影响因素对围岩颗粒流失量的影响规律,给出颗粒流失率计算公式; 探明不同颗粒流失率条件下围岩弹性模量、峰值强度劣化特征,得到劣化后强度参数计算公式。研究结果表明: 1)围岩自身完整程度、列车轴重、地下水压力三者均与围岩颗粒流失量呈正相关关系,且三者对颗粒流失影响程度依次降低; 2)颗粒流失率与列车轴重、地下水压力三者之间呈二次曲面关系,给出围岩颗粒流失率计算公式; 3)随颗粒流失率增加,围岩应力应变全曲线中弹性变形阶段逐渐减小, 塑性变形阶段逐渐扩大,全曲线特征由弹塑性逐渐向塑性转变; 4)围岩弹性模量、峰值强度均随颗粒流失率增加呈指数衰减,得到劣化强度参数计算公式。     

基于强度折减法和现场监控量测的大断面隧道开挖工法适用性研究

为明确微台阶Ⅰ法在Ⅳ级围岩地层中进行快速掘进施工的适用性,依托郑万高铁保康隧道工程,采用基于强度折减法原理的数值分析方法,以位移突变和计算不收敛等为主要判据指标,对微台阶Ⅰ法施工过程中的围岩稳定性进行分析,并通过现场监控量测方法来分析隧道采用微台阶Ⅰ法施工时结构的安全性。结果表明： 1）隧道拱顶和拱肩位置的竖向位移对折减系数较为敏感,而拱脚和边墙部位的水平收敛对折减系数较为敏感; 2）采用传统的三台阶法和大机配套施工的微台阶Ⅰ法所得到的折减安全系数较为接近,微台阶Ⅰ法对施工围岩稳定性影响较小,可以保证隧道安全快速掘进,在Ⅳ级围岩地层中具有良好的适用性。     

基于损伤扩容理论的圆形隧洞围岩松动圈位移计算方法

为解决传统弹塑性力学理论在计算时未考虑实际围岩卸载时的扩容效应导致的位移设计值预测误差较大的问题，通过考虑不同应力状态下围岩损伤扩容系数的不同，建立圆形隧洞开挖松弛位移的分层总和法理论计算方法，提出以洞壁处围岩损伤扩容状态为控制值的围岩开挖位移预警值计算方法。结合分水江引水隧洞工程实例，对不同围岩级别、不同埋深、洞壁围岩的不同扩容效应（即不同支护状态）时圆形隧洞开挖后洞壁围岩位移变化规律进行分析，提出以圆形隧洞为基础的围岩预警值理论计算经验公式。由实际应用结果表明： 考虑扩容效应的围压位移分层总和法计算值比弹塑性理论计算值大3倍以上，计算结果更符合实际情况。