大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法

依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期支护的整体沉降;在初期支护闭合后,主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓;大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂;绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化,是造成隧道大变形灾害的根本原因;隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束,加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏;初期支护承载能力有限,围岩荷载不断传递至二次衬砌,是导致二次衬砌开裂的直接原因;围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制,以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制;通过采用“三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱”的大变形灾害综合控制方法,同时对隧道大变形进行分级管理,有效避免了隧道大变形灾害的发生。      

高速铁路隧道仰拱施工质量缺陷处理技术

结合合福高铁某段隧道隧底虚碴、厚度不足两种仰拱缺陷整治,介绍隧底虚碴注浆技术及锚杆加固技术。隧底虚碴段通过注水泥浆,可将虚碴固结,使混凝土与基岩间密实,形成整体。仰拱厚度不足30cm以内且基底围岩整体性较好地段,通过中空注浆锚杆加固后,能增强地层承载力。利用此两种技术对高铁隧道仰拱施工质量缺陷进行整治后,达到了预期效果,能保证隧道质量及运营安全,对类似工程有一定推广价值。     

高地应力软岩隧道仰拱施作方法研究

为研究不同的仰拱施作方法对高地应力软岩隧道稳定性的影响,根据时速为200 km/h的双线铁路隧道的标准设计图建立有限元模型,基于三台阶七步开挖法研究了四种不同的仰拱施作方法.分析了不同仰拱施作方法下隧道的拱顶、边墙及仰拱的变形和应力,进一步讨论了初期支护的安全稳定性.研究结果表明:高地应力软岩隧道三台阶七步开挖法中下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱先填充碎石土后换填混凝土的施作方法最优,该方法能有效控制围岩变形,建议高地应力软岩隧道施工中采用该法;传统的仰拱施作法因初期支护封闭滞后等问题,围岩变形较大;下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱中部填充碎石土的施作方法不可行,左、右边墙安全系数小于2,不满足规范要求.     

公路软岩隧道底鼓注浆加固厚度数值模拟

通过对某位于构造剥蚀沉积岩低中山区高速公路隧道的全面检测,分析隧道产生底鼓的原因,采用FLAC3D模拟不同厚度仰拱时围岩塑性区变化情况,分析仰拱厚度不足对隧道的危害,验证隧道全断面注浆的可行性。通过计算模拟不同厚度的注浆圈,提出合理的注浆圈厚度,为施工及加固提供一定的技术参考。     

隧道仰拱不同施作方法对结构受力的影响分析

某铁路双线隧道,为对比仰拱三次施作与一次施作对结构受力和围岩变形的影响,采用数值模拟对两种工况进行计算分析,根据计算结果,定性分析两种工况对围岩和结构的影响。结果表明,一次整体浇筑仰拱对初支结构的受力和围岩变形的不利影响较小,结果为类隧道施工可提供参考和借鉴。     

基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究，分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性，提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法，揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制，给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明：隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段；软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用；支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因；软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时，围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化，软塑黄土层分布于隧底段时，下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响；针对上述3类工况，提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。     

高铁隧道新型自行式仰拱栈桥施工技术

为解决传统自行式仰拱栈桥结构复杂、操作不灵活、设备技术不成熟、造价高等诸多问题,比较分析国内外高速铁路隧道仰拱栈桥运行方式和优缺点,依托在建的贵南高铁九万大山一号隧道,结合桥跨式和悬挑式2种栈桥的优点进行优化设计,采用配置全弧模板和中心水沟模板的新型自行式液压仰拱栈桥,并采用全弧模板和中心水沟模板一体化设计.实践证明:此新型栈桥操作更安全、更方便,提高了隧道仰拱与中心水沟及仰拱的施工效率,保证仰拱的施工质量,节约成本,减轻劳动强度.     

炭质泥岩隧道开挖变形控制技术研究

为解决炭质泥岩隧道施工变形问题,以其古顶炭质泥岩隧道施工为背景,总结该隧道大变形特征,如地表沉降大、初支变形大、开挖后围岩收敛变形大以及易发生掉块和塌方等特征,分析该隧道大变形的主要原因,包括地质偏压明显、围岩性质差、超前支护不理想和开挖扰动大等原因。针对变形原因,提出炭质泥岩隧道施工大变形控制措施,即合理的支护时间、预留变形量的控制、合理的支护刚度以及步步成环的施工工法等方案措施。实践证明,相关方案有利于控制炭质泥岩隧道施工大变形,对同类工程有重要指导意义。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

昔格达地层隧道围岩的失稳特征及变形控制工法

昔格达地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩,具有水稳性差,遇水易泥化、崩解等特点,在隧道开挖中易出现坍塌、围岩大变形等灾害,对隧道安全施工产生不利影响. 基于此,依托攀西地区昔格达地层桐梓林、垭口以及盐边隧道工程,现场取样并进行围岩室内物理力学试验,同时建立不同含水率深浅埋昔格达地层隧道有限元模型,探究不同含水率下昔格达地层隧道围岩的失稳特征,并提出针对昔格达地层隧道施工变形控制工法. 研究结果表明:昔格达地层对水较为敏感,其中浅灰色页岩夹砂岩的物理力学性质受含水率影响最大;当围岩含水率在0～20%之间时,昔格达地层隧道围岩变形呈现递增,但变形较小,自稳性较好,当含水率在20%～25%时,隧道围岩变形增大明显,失稳潜力巨大;在大埋深、高含水率的条件下,隧道仰拱隆起累计变形和掌子面挤出累计变形急剧增大,在拱顶部位,掌子面挤出变形主要发生在上中台阶交界处;针对昔格达地层隧道围岩失稳变形特征,提出在无水和有水状态下的昔格达地层页岩夹砂岩、砂岩夹页岩隧道围岩施工工法.      

不同仰拱深度的公路黄土隧道仰拱受力特性分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,不同仰拱深度设计很大程度上直接影响衬砌结构的承载性能、稳定性和耐久性。合理设计公路黄土隧道仰拱结构不仅可以减少衬砌结构病害的发生,而且可以提升衬砌结构的耐久性,延长其使用寿命。通过有限差分软件建立不同仰拱深度的公路黄土隧道三维分析模型,研究不同仰拱深度的两车道公路黄土隧道仰拱结构的受力特性,相关研究成果对科学设计公路黄土隧道的仰拱深度具有重要的技术指导意义。     

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

软岩小净距公路隧道设计优化及稳定性研究

小净距隧道施工一直是工程建设中的难题,尤其是不良地质条件下的隧道开挖,施工灾害问题尤为突出。为确保软岩隧道的施工安全,以某小净距公路隧道为工程背景,通过计算模拟,基于现场试验,提出地表沉降控制技术,建立优化支护结构方案。现场监测数据分析结果表明：地表沉降变形的发展表现为变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形平稳阶段,隧道开挖对近地表围岩变形的影响范围约为2.5倍洞径。深仰拱和锁脚锚杆技术在现场实施后,测得围岩拱顶沉降和水平收敛分别控制在97.33 mm和44.23 mm,约束围岩变形效果明显,最终结构受力也较为均匀。设计优化的成功实施可为类似隧道工程提供借鉴和参考。     

浅埋软弱围岩隧道大变形施工控制技术研究

针对浅埋软弱围岩隧道初期支护大变形问题,结合昌宁高速川风凹隧道工程实际,分析了隧道大变形发生的原因机理,提出了包含地质情况探测、地表塌陷注浆回填、继续变形控制、洞内管棚注浆加固、三台阶临时仰拱法开挖和强支护的系统施工治理技术。     

乌树头隧道施工方案优化选择

对于围岩稳定性差的浅埋隧道,合理的施工工法对于保证隧道施工安全性,控制施工质量有重大的意义。以乌树头隧道为例,综合分析双侧壁导坑法、CD法(单侧壁导坑法)、三台阶加临时仰拱法3种不同的施工方法,运用FLAC软件对3种工法数值模拟,分析不同施工工法隧道的塑性区变化、围岩变形,提出符合本工程的施工工法,并同时对监控数据进行比较。研究结果得出,采用双侧壁法可以保证围岩稳定性及围岩变形量最小,并对双侧壁法施工参数和关键步骤进行了优化,可为此类高速公路隧道施工提供一定的参考。     

王家湾隧道围岩变形监测与分析实例研究

阐述了隧道施工中监控量测工作的目的、方法及测点布设原则,结合王家湾隧道工程的建设实践,对监控量测数据进行处理,并对监控量测成果进行分析与应用.得出王家湾隧道围岩变形监测量较大,拱顶变形在仰拱初支封闭后,变形得到有效抑制,周边收敛使用格栅钢架初支能保证释放围岩的应力,允许围岩有一定变形,拱顶在加固圈形成后还可以优化隧道截...     

两车道公路黄土隧道变形规律

依托国道主干线GZ35青岛至银川高速公路陕西境内吴堡至子洲沿线上7座单洞两车道分离式黄土隧道,现场测试了隧道施工变形,并对测试结果进行了回归分析。分析结果表明:台阶法施工过程中黄土隧道拱部沉降远大于净空收敛;黄土隧道变形大致经历了急剧变形阶段(开挖初期)、持续增长阶段与缓慢增长阶段;黄土隧道的变形规律符合对数函数规律,由于对数函数具有发散性,故无法由此预估围岩的最终位移,围岩变形将长期处于缓慢增长状态;按照规范规定的最终速率值预估二次衬砌施作时机不符合工程实际要求,不能保证隧道围岩和支护结构的稳定和施工安全,因此,在黄土隧道的施工中,需要以控制拱部的沉降来控制隧道的变形。施工中必须秉承"快挖、快支、快封闭"的原则,采取加强初期支护,增设锁脚锚杆,仰拱和二次衬砌边墙基础紧跟,二次衬砌适时施作的措施,避免拱部围岩发生过大的沉降,确保隧道结构稳定。     

水平泥砂互层隧道围岩稳定性研究

以大梁峁特长公路隧道为依托,针对水平层状岩体隧道,采用ANSYS数值分析软件将水平泥岩砂岩互层岩体等效为正交各向异性的方式,对隧道开挖过程中围岩稳定性进行了数值试验分析,通过分析围岩塑性区、围岩应力、隧道变形、锚杆轴力、初支及二衬内力,得出施工采用支护参数的合理性和水平泥岩砂岩互层隧道围岩变形和初支、二衬应力的分布特征.     

山西中南部重载铁路隧道基底加固技术探讨

山西中南部铁路通道全长1 260 km,是我国修建的第一条重载万吨运煤大通道。采用三维模拟方法,研究不同轴重条件下,重载列车动荷载作用,并结合既有铁路隧道病害调查整治情况提出了隧底承载力标准的建议值,隧道仰拱填充表面加强和隧道基底加固的方案。为重载铁路隧道专业的技术参数的制定提供技术支撑。     

浅埋偏压隧道洞口段病害处治及开挖施工技术

以广佛肇高速公路项目的黎壁山隧道为例,介绍了浅埋偏压段大变形病害的处治措施,分析了病害成因。经过方案比选,确定采用三台阶七步开挖工法,并通过缩短台阶长度和控制仰拱一次开挖榀数,加快支护系统闭合速度,确保了围岩稳定。根据浅埋偏压隧道变形特点,选择了有利于结构受力与围岩变形的开挖进尺和顺序,同时采取加强超前支护与初期支护、封闭掌子面、加密监控量测和做好防排水等措施,安全地穿越了病害段。后期验收结果表明,隧道结构工作良好,所得结论对解决类似工程问题具有一定借鉴意义。