姜路岭炭质页岩隧道围岩松动圈测试与分析

国道G214线姜路岭隧道为典型的高海拔炭质页岩隧道,隧道开挖和初期支护施作后,变形快、变形大、持续时间长,本文以该隧道为依托工程开展研究,通过声波法和埋设多点位移计法测试深部围岩波速分布规律以及深部围岩位移变化分布规律,进而获得炭质页岩隧道围岩松动圈,以达到指导炭质页岩隧道围岩压力计算、系统锚杆设计以及控制变形的目的,对类似工程具有借鉴和指导意义。     

新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明： 1）对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2）采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3）高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。     

层状岩体大跨度隧道围岩松动圈实测分析及应用

基于超声波在层状岩体中传播速度的差异性,改变传统的钻孔布置,测试了某层状岩体大跨度隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩松动圈,并分析波速-孔深曲线的变化规律。结果表明:不同测点松动圈厚度存在明显差异;不同围岩级别,松动圈范围也存在一定差异。钻孔波速测定对隧道设计支护参数的合理性进行了验证,进而结合该大跨度隧道结构力学特性和实测围岩松动圈,对锚杆支护参数进行优化设计,为隧道施工建设提供技术指导。     

小孔径预应力锚索合理支护参数研究

为探讨软岩隧道小孔径预应力锚索合理支护参数，以甘肃渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托，在对不同围岩条件进行分类的基础上，通过现场试验研究了小孔径预应力锚索的变形控制效果，并结合现场试验与数值模拟分析结果，建议了不同围岩条件下小孔径预应力锚索的合理支护参数。结果表明：木寨岭隧道围岩可分为以炭质千枚岩为主、以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主和以砂质板岩为主3种情况；围岩以炭质千枚岩为主时，隧道变形最大；以炭质千枚岩与砂质板岩互层为主时，隧道变形次之；以砂质板岩为主时，隧道变形最小；现有预应力锚索支护方案适用于以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主的围岩，支护参数可维持不变；围岩以炭质千枚岩为主时，锚索锚固效果往往难以达到设计要求，建议采用5 m+12 m长短锚索组合，环向间距取0.8 m,排距取0.6 m,预紧力不宜超过200 kN;围岩以砂质板岩为主时，现有支护方案偏于保守，建议锚索长度全部采用5 m,环向间距取1.2～1.6 m,排距取0.8 m,预紧力可施加至300 kN以上。成果可为类似地层隧道小孔径预应力锚索支护参数选取提供参考。     

基于完整性系数的声波法围岩松动圈测试

声波法围岩松动圈测试技术以精度高、成本低、操作简单等优点而被广泛采用,但由于现有的判别标准均存在模糊性大、主观因素强等缺陷而始终没有统一的松动圈位置界定标准。根据弹塑性介质波动理论,定义破碎岩石完整性系数Rv为破碎岩石纵波波速与完整岩石纵波波速比值的平方,松动圈完整性系数Lv为松动圈岩体纵波波速与原始未扰动岩体纵波波速比值的平方,对岩石和松动圈岩体的完整程度进行定量分析。依据松动圈的形成原理,假定在硐室开挖中松动圈完整性系数Lv近似等于破碎岩石完整性系数Rv,提出了基于完整性系数的围岩松动圈判别准则和测试方法。在宝汉高速石门隧道围岩松动圈测试中,利用室内试验和现场试验,得到石门隧道Ⅲ级片麻岩破碎岩石完整性系数Rv为0.53;根据现场围岩波速测试结果,在假定松动圈完整性系数Lv近似等于破碎岩石完整性系数Rv的条件下,得出松动圈位置岩体的纵波波速,进而得到Ⅲ级围岩松动圈厚度在0.55~1.35 m之间,且沿洞周分布并不均匀,明显呈拱肩部厚,边墙部薄,这与围岩的初始应力状态较为吻合。通过与原有声波法松动圈测试判别标准的结果对比中发现,基于完整性系数的新判别方法更为准确可靠,可有效为隧道设计和施工提供依据。     

曾家垭隧道围岩松弛圈的判定研究

利用弹塑性理论对曾家垭隧道的围岩松动圈进行计算分析，并结合现场声波测试结果，合理确定围岩松动范围，为隧道围岩支护提供了可靠依据。     

黑石岭岩石公路隧道围岩松动圈的测定

按"新奥法"施工的河北张石高速黑石岭隧道全长7 560 m,为上、下行分离的双洞单行车双车道,属于长大岩石高速公路隧道.隧道施工期围岩松动圈的测试与判定,对于施工支护设计具有重要作用,文中对利用超声波探测技术对隧道进行了松动圈测试与分析,明确了爆破开挖对围岩的影响范围,优化了隧道的开挖支护施工.     

基于玻璃纤维锚杆微应变测试的软岩隧道松动圈测试技术及应用

为解决软弱破碎围岩地层隧道松动圈测试的难题,分析现有松动圈测试技术现状,以全长黏结型玻纤锚杆为载体,提出一种适用于破碎软岩隧道的围岩松动圈测试技术。该测试技术以锚杆微应变变化趋势为基础,结合锚杆中性点理论,可大致确定围岩松动圈范围。将该技术应用在大（理）临（沧）铁路杏子山隧道破碎炭质板岩大变形地段进行验证,结果表明： 全长黏结型玻璃纤维锚杆在松动区可与软弱破碎围岩有效协调变形,锚杆微应变变化趋势与中性点理论相符,采用锚杆微应变变化趋势表征围岩松动圈范围合理可行。同时该技术测试精度可通过调整沿锚杆长度粘贴应变片的密度来控制,有效弥补传统物探松动圈测试技术对岩体要求高的问题,在软弱破碎围岩地层中具有较好的操作性和适用性。     

基于声波测试原理的爆破荷载对地铁隧道围岩扰动研究

基于声波测试原理,利用RSM-SY5（T）非金属声波检测仪对广州地铁隧道围岩在爆破荷载作用下产生的扰动进行现场试验。研究结果表明:非光面爆破方案爆破后,隧道围岩的松动圈范围约0.6～0.7 m,光面爆破方案爆破后,围岩的松动圈范围约0.3～0.5 m;岩体声波速度随着深度的增加而增加,达到某一深度后趋于平稳;岩体波速在平稳深度存在小范围的波动现象,说明岩体本身存在着不良地质结构,对波速产生了影响;炮孔装药结构和装药量对围岩的扰动程度具有一定的影响,空气间隔装药能明显降低扰动程度,装药量越大对围岩扰动程度越大。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

包家山特长隧道富水千枚岩地段快速施工技术

结合包家山特长隧道富水段的施工,围绕“上部弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖平行流水作业法”,从施工方案和支护参数的选择、开挖方法的确定、支护体系的形式等5个方面详细介绍了富水千枚岩隧道施工方法,总结形成了富水千枚岩隧道快速施工技术。三台阶七步流水法结合超前、径向堵水技术,有效地控制了围岩的变形,相对于国内以往千枚岩地质隧道大多采用正台阶法及大截面型钢、锚索等控制变形的施工方法来说,本施工技术具有操作简便、转换灵活、施工快捷等特点,对同类工程具有一定参考价值。     

地质因素对隧道围岩松动圈的影响分析——以重庆某隧道为例

为了分析地质因素对隧道围岩松动圈的影响,以重庆某深埋特长隧道为工程背景,根据该隧道埋深和围岩级别多变等特点,运用数值模拟、正交试验和现场实测相结合的方法,研究该隧道围岩松动圈产生、发展和分布的规律。结果表明： 该隧道围岩的内摩擦角和黏聚力与松动圈大小呈负相关关系,侧压系数和埋深与松动圈大小呈正相关关系,且内摩擦角和埋深是影响该隧道围岩松动圈大小的主要因素。依据研究结果,可以确定该隧道不同地质条件下的围岩松动圈分布情况,及时优化支护参数,以指导隧道安全高效地施工。     

破碎千枚岩隧道富水区段施工及支护方法

千枚岩岩体具有遇水后软化、膨胀、强度降低等特点,有必要探明岩体软化后围岩的应力与应变特征,探究洞室成形后结构的变形及力学行为,寻求该种地层条件下合理的施工及支护方法。以穿越"5.12"地震发震断裂-龙门山断裂的某千枚岩隧道为背景,首先对干燥及地下水富集区域的洞周变形进行归纳总结,并以此为基础对岩体软化后的物理力学参数进行反演分析,表明了地下水的存在极大弱化了岩体的强度、刚度与抗变形能力;而后,通过将隧道变形及结构受力的计算结果与实测值进行对比分析,进而对施工过程中水对千枚岩软化后隧道结构的安全性及围岩稳定性做出评价。研究表明,对于强震区软岩隧道应结合现场实际情况选择预留变形值25～30 cm,位移控制基准30～35 cm,施工工法应在3台阶+预留核心土(台阶间距为1 m)基础上配合以机械方式开挖为主,微爆破方式为辅,支护则应选择强度及刚度大的结构形式,同时增强超前支护并在施工中重视各环节的工艺衔接可有效避免变形坍塌灾害,提高施工效率。     

软岩隧道水平收敛异常段支护结构优化研究

九绵高速青龙桥隧道进口段围岩主要为炭质板岩夹薄层灰岩，岩体极破碎。基于CD法施工存在工效较低的问题，施工单位提出三台阶法施工以加快施工进度。隧道施工过程中，中台阶开挖完成后，部分区段初期支护水平方向收敛异常，局部有拱顶掉块现象，对隧道结构安全和洞内施工安全影响极大。针对现场情况，采用数值模拟方式分析施工存在的问题，同时对增设临时仰拱、加强缩脚锚杆等措施进行模拟，分析支护结构变形规律。通过现场实测数据验证，建议采用三台阶法施工时增设临时仰拱和加强缩脚锚杆。研究成果为该项目后续区段施工提供了有效解决方案，可为类似项目提供参考和借鉴。     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

不同工法在炭质片岩隧道大变形控制中的应用研究

隧道施工工法在控制位移变形、资源投入、工程进度、施工成本以及保证施工和结构安全等方面有着重要的作用。为解决炭质片岩隧道修建过程中存在的大变形、坍塌、初期支护及二次衬砌开裂等问题,以谷竹高速公路宴家隧道、关垭子隧道为例,对复杂地质条件下,含绢云母炭质片岩隧道施工工法的适用性进行了研究。通过对软岩隧道施工工法进行分析,并结合工程的地质特征和隧道的断面大小对施工工法进行了优选,经过现场实际验证,说明三台阶法、CRD法、双侧壁导坑法能有效控制围岩大变形,且控制能力依次增强,另外超前预支护对预防隧道坍塌有显著的安全保障作用。     

地质雷达在隧道施工中的综合应用

结合工程实例介绍地质雷达在隧道工程中的综合应用:①使用低频天线进行隧道超前地质预报和洞顶覆盖层探测的方法;②使用中高频天线进行隧道初期支护和二次衬砌缺陷检测的方法;③使用中高频天线进行隧道围岩松动圈测定的方法。     

复杂地质条件下隧道初期支护探讨

以一复杂地质条件下隧道Ⅳ级围岩为例,利用有限元程序进行数值分析,模拟台阶法和环形法的施工过程,得到初期支护后围岩与支护结构的变形和应力特征。结果表明:环形法较台阶法的围岩应力与变形相对较小。建议施工中增加钢支撑密度或增大钢支撑横截面,提高支护的承载能力,使锚杆、钢筋网、钢支撑和混凝土形成一体的初期支护,与围岩共同承载,以确保隧道施工安全。     

木寨岭隧道炭质板岩段大变形控制技术

为解决高地应力炭质板岩隧道大变形的控制问题,以木寨岭隧道为例,从地质原因、设计原因、施工原因方面进行了大变形原因分析,通过选择合理的支护参数、采取保护围岩的施工理念,长锚杆、锁脚锚杆进行加强、优化断面形状、预留合理变形量并确定变形控制标准,适时进行支护加强、短台阶或超短台阶快开挖、快支护、快封闭和衬砌适时施作等综合施工技术,有效抑制了隧道大变形的发生。     

地质偏压隧道围岩破坏规律研究

以渝湘高速公路共和隧道工程为例,采用以遍布节理模型模拟层状围岩进行数值模拟,得出不同开挖方法对围岩塑性区大小的影响.采用地质雷达进行了松动圈现场实测,实测结果和数值分析结果吻合较好.对比数值分析结果和实测结果,得出地质偏压隧道围岩破坏规律.