铁路隧道穿越茂汶—汶川活动断裂段施工技术研究

隧道穿越活动断裂会对工程结构和铁路运营安全带来较大影响。断裂段施工难度大,且断裂活动易引发强震,如何抵御这种强震是铁路隧道建设中面临的主要难题之一。以成兰铁路茂县隧道穿越后龙门山断裂茂汶—汶川活动断裂段为研究对象,通过理论分析、数值模拟及现场实践等研究手段,对其断层错动性、断层节段设计、衬砌结构及变形缝等设计和施工方面进行分析,分别从设计及施工层面提出“小节段设计”理念及“大净空强支护衬砌环+组合宽变形缝”技术措施,实现对断裂带范围内围岩变形速率的全面有效控制。最后,结合现场实际情况,探讨隧道穿越活动断裂带的主要施工技术及其安全质量控制要点,针对性地提出控制隧道围岩稳定性对策,总结形成一套具体可实施的设计和施工经验,并进一步验证了所提设计施工理念的适用性。研究结果优化了同类相似工程施工工艺,强化了隧道短台阶及快速闭合成环管控,可为相似工程施工提供参考与借鉴。     

穿越多断层破碎带隧道自适应结构走滑错动特性研究

在活动断裂构造带地区,断层运动往往是沿断层带发生,自活动盘到破碎带错动位移表现出逐级传递的特征,因此穿越活动断裂带的隧道结构应力、变形特征也受到断层错动形式的影响。依托西部高烈度区某穿越大型活动断裂带的公路隧道工程,通过数值模拟分析穿越多断层隧道结构在断层多级走滑错动下的位移、应力响应规律,得出隧道结构纵向基于多断层蠕滑错动的影响分区;建立基于柔性初支、刚性二衬和节段铰接的穿越蠕滑断层隧道自适应结构,探究在错动区和缓冲区内设置隧道自适应结构的抗错性能。研究表明：隧道围岩性质的差异是影响穿越断层破碎带隧道结构变形和应力的最重要因素,隧道自适应结构在蠕滑错动过程中,柔性初支能够吸收部分围岩传递至隧道结构的变形,柔性接头的剪切变形和衬砌节段的刚性转动能够承担较大的位错,随着隧道衬砌节段长度的减小、接头数量的增加,各个接头的剪切变形角和衬砌节段偏转角都将减小,大幅提升结构的抗错安全性。     

基于块体离散单元法的走滑型活动断裂错动作用下隧道结构响应

以某穿越走滑型活动断裂带隧道为工程背景，采用离散单元法建立“围岩-衬砌-断裂带”三维块体离散单元模型，分析不同错动量作用下隧道衬砌整体位移响应；明确统一的隧道复合式衬砌结构位移及类圆形断面变形损伤控制标准，分析走滑型活动断裂错动作用下沿隧道纵向位移变化和横断面上径向变形损伤规律，并对比3种断面预留位错空间方案下的衬砌响应规律。结果表明；隧道衬砌的显著性位移和径向变形率最凸出区间均主要集中在断裂带及其两侧附近，拱顶竖向位移向下呈“V”形，仰拱底部竖向位移向上呈倒“V”形，左右拱脚水平位移方向均与断裂错动方向一致，呈“S”形；随着错动量的增加，衬砌节段间差异位移不断增大，断面上拱顶和仰拱底部变形最为严重；随着断面预留位错空间的增加，衬砌位移极值不断增大，但断裂带两侧隧道衬砌影响范围基本不变，断面上部分关键部位之间损伤破坏临界错动量减少，不利于隧道结构抗错。     

泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究

泥石流堆积体隧道围岩松散破碎,黏聚力差,掌子面及洞周极易坍塌,初支拱脚沉降变量大,初支结构整体失稳风险高,施工安全难以保证。为此,结合红桥关隧道穿越泥石流堆积体段工程,开展泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究。实践表明：采用管棚与玻璃纤维锚杆相结合的掌子面超前支护措施,可增强掌子面稳定性,掌子面向隧道净空变形破坏得到控制;采用“先固后钉法”的围岩加固技术(即地表竖向、洞内纵向群桩注浆加固和土钉加固围岩),改善了围岩物理力学特性及抗变形破坏能力;采用锚桩与横担梁相联合的初支拱架沉降控制技术,解决了隧道初支拱架锁脚部位沉降问题,使拱架结构稳定性大幅提高,保证了隧道安全高效施工。     

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明：逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断...     

柿子园隧道穿越映秀-北川活动断裂段施工技术

在地下工程建设中,特别对于铁路隧道工程,穿越活动断裂带施工难度极大,其影响和对隧道工程的破坏程度比其它类型工程更为突出。本文以成兰铁路柿子园隧道穿越龙门山中部的映秀-北川活动断裂带工程施工为背景,探讨活动断裂带隧道工程施工技术并对衬砌结构及变形缝设计和施工进行了专项分析和研究,系统地总结出一套具体可实施的综合工艺措施,为同类工程施工建设提供借鉴。     

软弱炭质板岩隧道大变形特征及应对措施研究

随着我国经济的不断发展以及交通运输需求的不断增加,高速公路也随之得到了大规模建设,长大及特殊地质条件下的隧道不断涌现。软弱炭质板岩隧道变形控制是施工的技术重点与难点。炭质板岩具有微膨胀性,受地质构造影响,在此类岩体中进行隧道施工,大多会发生大变形。如果初支结构不足以抵抗变形,将会发生初支开裂、拱架变形等严重后果。本文结合兰(州)海(口)木寨岭隧道炭质板岩大变形特点及变形机理进行研究,并提出相应控制措施,为预防施工中出现隧道大变形及更合理地确定支护参数提供参考、为其它大变形隧道安全施工提供借鉴。     

高地应力软岩隧道大变形分级标准研究

针对兰渝铁路黑山隧道二叠系板岩大变形特征,展开了拱顶下沉、水平收敛、初支围岩压力、初支混凝土应力及初支钢架应力等测试,对该隧道的大变形进行了研究。结合国内外大变形分级标准和采用的措施,提出了该软岩隧道具有工程特性、应力状态和所处地质构造背景特殊复杂的特点,在这些因素共同作用下,产生了围岩变形特征复杂的大变形。施工中除了按照围岩级别对应的支护措施,还要结合大变形等级综合考虑,采取加强措施才能控制变形,确保施工安全顺利。     

正断层错动作用下矿山法隧道受力变形机理的模型试验研究

为研究正断层错动作用下矿山法隧道的受力变形机理,以胶州湾第二海底隧道穿越沧口断裂为工程背景,采用自研的大比尺穿越断层隧道结构破坏加载试验装置,针对设置柔性连接变形缝和变形缝间距对隧道结构抗错断效果的影响,开展几何相似比为1∶40的矿山法隧道穿越倾角70°的正断层错动模型试验,对错动试验过程中的隧道变形、应变分布、围岩接触压力和破坏特性等关键指标进行监测,分析获得了正断层错动作用下隧道变形和力学响应规律。研究结果表明：(1)隧道在正断层错动作用下,呈现纵向拉弯+竖向挤压的受荷模式,在下盘邻近断层面处拱顶部位和上盘邻近断层面处仰拱部位出现脱空区;(2)隧道开裂主要以纵向贯通裂缝为主,近断层面处衬砌还出现了部分斜向裂缝和环向裂缝;(3)节段间的连接形式和节段长度不会根本上改变隧道在断层错动作用下的受荷模式和变形模式,但节段间刚度越小,节段长度越小,结构对于地层强制位错的适应性就更好;(4)相比于刚性连接,节段间的柔性连接吸收了大部分地层强制位错,有效降低衬砌节段的荷载和变形,使结构趋于安全。     

隧道穿越红黏土接触带初期支护优化研究

研究目的:不同岩性接触带地质条件复杂,围岩软硬不均,隧道变形与常规地层隧道有所不同。本文以贾塬隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带地段为依托,建立相应数值模拟分析模型,对初支厚度、拱架间距、锚杆长度和间距在控制围岩变形和初支应力方面的效果进行分析。研究结论:(1)隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,开挖扰动引起的洞周变形占总变形量较大;(2)初期支护厚度和钢拱架间距两个参数对隧道变形和初支应力控制效果明显;(3)边墙锚杆的长度和间距对隧道变形影响不明显;(4)该成果可为隧道穿越不同岩性接触带时的支护参数优化提供参考。     

正断层错动下乌鲁木齐地铁1号线隧道结构受迫影响研究

以乌鲁木齐地铁隧道穿越九家湾活动正断层工程为例,建立穿越活动正断层隧道结构的三维弹塑性有限元模型,模拟分析在正断层错动作用下隧道二次衬砌应力、塑性区分布规律及裂缝分布特征;通过大比例尺跨活动正断层隧道剪切错动室内模型试验,明确隧道结构在断层剪切错动下的破坏范围及破坏形态。结果表明:数值模拟结果与模型试验结果的规律一致性较好;断层面处隧道衬砌承受压—剪—扭的组合作用,衬砌破坏最严重;二次衬砌开裂主要以纵向裂缝为主,集中在仰拱内侧、墙脚外侧及拱顶内侧;剪裂缝集中在断层迹线处的隧道拱脚,环向裂缝多出现在拱腰位置;上盘二次衬砌开裂范围均大于下盘;设防时应加强环向主筋及箍筋,使隧道整体结构形成环—纵向骨架,从而减少纵向和斜向开裂,并防止纵向裂缝的贯穿。     

穿越断裂黏滑带隧道合理抗错断设防长度研究

研究目的:隧道穿越黏滑断层带极易发生错断,其合理的抗错断设防长度一直是业内研究的关键性问题。采用数值计算和黏滑错动模型试验相结合方法,研究隧道穿越断裂黏滑带黏滑错动条件下结构应变、主应力响应特性,探求穿越断裂黏滑带隧道合理抗错断设防长度。研究结论:(1)衬砌主应力最大峰值均出现在断裂黏滑带两侧一定范围内,当远离黏滑断裂带衬砌结构主应力趋于稳定,黏滑错动影响范围在隧道纵向具有显著区域性特征;(2)断裂黏滑错动对活动盘影响范围明显大于固定盘;(3)影响范围内活动盘侧以拉应力破损为主,合理的抗错断设防长度约为(6～7) D;(4)固定盘侧以压应力破损为主,合理的抗错断设防长度(含断层带)约为(4～5) D,且随着断层宽度的增加,固定盘侧影响范围逐渐向断层区域内平移;(5)减错缝的设置可将衬砌结构主应力降至安全范围内,实际工程建议根据衬砌模板台车长度将减错缝与施工缝设置在同一断面;(6)本研究成果可为黏滑错动地质地段隧道抗错断设计和施工提供理论依据。     

阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术研究

阳山隧道是蒙华铁路的重难点控制性工程,2号斜井正洞小里程方向穿越高地应力近水平岩层,在施工过程中出现初支变形、底板隆起,甚至出现垮塌,严重影响了隧道施工安全。针对阳山隧道2号斜井正洞小里程方向高地应力现场表现情况,确定了该段地应力测试结果,采用了微台阶与限阻器相结合的施工工法,通过对典型断面初支拱顶下沉、水平收敛情况监测分析,发现限阻器变形可以吸收来自围岩的构造应力,消除了高地应力引起的初支拱顶开裂剥落、格栅钢架扭曲变形等病害。研究结果表明,该工法是阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术,为后期同类隧道施工提供了宝贵的施工经验。     

大断面膨胀土隧道结构受力特性测试研究

研究目的:大断面隧道因其跨度大、形状偏于扁平,在施工过程中表现出独有的力学特点,经常造成围岩大变形侵限、区域性塌方、底鼓和支护结构开裂等施工风险,而这些特点在膨胀土环境中表现的尤为明显,因此研究大断面膨胀土隧道支护结构受力特性具有重要的工程应用意义。本文以银西线庆阳隧道为工程背景,首先通过室内试验确定红黏土围岩的膨胀参数,然后利用现场监测手段对庆阳隧道支护结构的力学特性进行研究,并评价其支护结构受力性能,以期对同类隧道施工起到一定的指导作用。研究结论:(1)隧道膨胀土最大膨胀率为67%,最大膨胀力达到67.42 kP a,施工过程中应加强超前地质预报,尽可能减少水害对施工的影响;(2)隧道拱顶、两侧拱腰及底部具有较大围岩压力,围岩压力呈对称分布,初支闭合后拱顶附近围岩压力基本稳定,但两侧拱腰及仰拱位置围岩压力持续增大;初支闭合后钢拱架受力持续快速增长且受力基本对称,隧道上部初支内钢拱架受力始终较大,拱顶钢拱架应力最大达到1.46 MPa;(3)二衬施作后,初支仍存在一定变形,二衬左右两侧衬砌压力增长显著,二衬两侧拱脚位置混凝土应力增大明显;(4)本研究成果可为大断面膨胀性隧道设计优化和安全施工提供理论指导与科学依据。     

软弱砂层下的地铁隧道穿越建筑物的加固技术及注浆控制效果分析

地铁隧道在富水软弱砂层下穿越建筑物时,容易引起开挖面涌水突泥、围岩滑塌失稳以及建筑物不均匀沉陷等工程灾害。以青岛地铁枣李区间隧道软弱砂层带下穿建筑物工程为例,提出了全断面超前帷幕注浆、初支背后径向注浆及洞内补偿注浆联合加固技术。通过数值计算考虑注浆膨胀作用,分析了隧道下穿施工过程的地表变形及建筑物稳定性特性。研究表明:隧道在软弱砂层中采用全断面超前帷幕注浆会引起地表隆起现象,双线隧道地表呈现M型隆起变形,后开挖隧道变形值较大;地表建筑物在注浆膨胀作用下表现出正曲率变形,后开挖隧道正上方建筑基础最易发生破坏;穿越富水软弱砂层时不能一味提升注浆压力来提高地层刚度,应与现场监测结合进行施工控制。     

纵环向注浆联合支护技术在滑坡体黄土隧道中的应用

结合工程实践,采用方案比选优化、现场试验测算及实施验证,归纳总结青兰高速公路青皮塔隧道纵环向注浆联合支护施工技术,本工程穿越原始森林浅埋偏压黄土滑坡带,滑坡段土体极发育,土体松散,含水率达25.8%~31.5%,基底承载力不足200 kPa,隧道埋深浅,围岩稳定性极差。本技术在普通隧道超前纵向注浆支护的基础上进行改进,增加径向浅层注浆,采用水泥-水玻璃双液浆,形成了钢拱架、超前纵向与径向注浆导管、固结体联合的支护体系,提高了岩体的稳定性,有效控制了洞体整体变形,减小岩体变形,确保偏压高含水量黄土隧道施工质量和安全,保证了后续作业施工和运营安全,加快了施工速度。     

兰渝铁路两水隧道双层支护试验研究

针对兰渝线两水隧道穿越炭质软岩、设计施工难度大、初支变形不满足稳定性条件、衬砌较早施作而引起开裂等问题,开展双层支护研究工作。通过现场试验对试验段初期支护围岩变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力和混凝土应力等监测。得到初期支护隧道围岩与结构的力学及变形特性,分析其随时间的变化特点和沿隧道横断面的空间分布规律。研究结果表明：围岩压力、钢架应力和喷混凝土应力随开挖进程存在急剧变化阶段,易受施工扰动影响,敏感性随时间逐渐降低,结构应力沿隧道横断面的空间分布呈现“上下大,两侧小”的分布规律。研究结果对建立科学合理的软弱围岩隧道支护结构设计方法具有一定的指导意义。     

高速铁路隧道进口段地质灾害协同处治技术

为解决宝兰高速铁路塔稍村隧道穿越古滑坡体施工过程中进口仰坡变形、滑坡,洞内衬砌开裂、错台等问题,通过现场调查和监测,分析隧道洞口地表及结构开裂破坏特征及成因,提出进口段滑坡体-隧道灾害协同处治技术,并对实施效果进行现场测试。研究表明：古滑坡体水文地质条件较差、大断面隧道施工扰动、隧道支护结构承载力不足是导致隧道洞口变形破坏的主要原因,通过在洞外施作预应力锚索格梁和预加固桩,洞内径向注浆加固、拆换初支及二衬,支护加强及参数动态调整等协同处治技术,增加了隧道进口段古滑坡体的稳定性,有效控制了洞口边仰坡变形的发展,提高了隧道结构安全性。     

乌鲁木齐地铁1号线穿越活动地质断层的技术措施

分析乌鲁木齐地铁1号线穿越3条活动地质断层的特征,表明断层的变形具有不可抗拒性和巨大的破坏性。当断层发生突发性黏滑错动后,上、下盘相对产生复杂的空间三维变形,结构同时具有拉、压、剪、扭、弯等共同受力特性,其作用对穿越的隧道产生巨大的影响,导致隧道严重变形、开裂甚至破坏。据此估算1号线沿线断层的最大位移量及百年变形量,阐述浅埋暗挖法的结构设防方案、结构受力计算模型、断层处理的接头方案,以及断层处的结构防水等技术措施,提出的静态强制位移法是对此工程难题的初步尝试。     

冰水堆积体隧道施工过程变形与受力分析

为探明冰水堆积体公路隧道施工期间围岩变形和支护体系特性,以在建国道317线雀儿山隧道为工程依托,通过现场实验对冰水堆积体围岩物理力学参数及施工特性进行分析,采用现场测试方法对施工过程中隧道地表下沉和洞周变形,锚杆轴力、钢拱架内力、围岩-初期支护接触压力等支护体系特性进行研究。结果表明:(1)冰水堆积体围岩隧道粒度粗细悬殊且粗细混杂岩性变化大,垂直方向上主要分为冰水积含碎石砂卵砾石层和冰漂砾块碎石层;(2)水平方向上围岩构成和分布是影响锚杆轴力、拱架内力、围岩与初支的接触压力变化及分布的主要影响因素;(3)采用三台阶预留核心土法施工安全可控。