渗水条件下膨胀土隧道围岩湿度场演化规律数值模拟研究

膨胀土中膨胀力的发展主要受到湿度场变化的影响。为了解隧道周边土体湿度场随开挖过程的演化规律,基于数值模拟方法,首先根据隧道开挖引起的围岩偏应力变化梯度集中区(结合位移量),定义一个表征隧道周边土体受开挖影响范围的"松动区",并给出"松动区"范围的确定方法。然后根据温度场与湿度场相关理论及变量的相似性,通过膨胀力试验和表面浸润试验,反演确定温度场分析所需的土体热膨胀系数α和导热系数λs。采用PLAXIS的热模块,分析膨胀土隧道松动区在不同扰动程度下湿度场随隧道开挖过程的演化规律。结果表明,松动区渗水增湿影响深度随着时间逐渐增大,隧道开挖对周边土体的扰动越显著,松动区增湿速度就越快,越易接近饱和,意味着隧道衬砌结构受到的膨胀力也会越大。隧道施工中应尽量减少对周边土体的扰动,并注重对地表水体的截、排处理。     

深埋大断面隧道穿越大型隐伏溶洞施工工法比选

依托新建仁化—博罗公路李洞隧道工程,运用有限元软件对比分析了不同施工工法下溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构受力的影响。研究结果表明:在上覆地层荷载和下部地基抗力的作用下,大断面隧道主要为上下压缩变形;不同工况下全断面法控制水平收敛的效果最好,CRD法控制拱顶沉降及仰拱隆起的效果最好;溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构的受力均有一定的影响,溶洞会增大隧道靠近溶洞侧的位移和正弯矩,减小其负弯矩;采用全断面法开挖隧道初期支护结构内力较大,不利于稳定。综合考虑洞周位移及初期支护结构受力,对于洞门等较为危险位置采用CRD法施工,洞内采用安全性较高、施工速度较快的台阶法施工,并同时配合一些辅助性支护措施。     

隧道洞周土体加固条件下压力拱分布规律试验研究

根据相似原理,选用中砂和铁丝作为试验材料,进行了洞周围岩未加固和加固条件下的模型试验。采用卸载支护压力模拟隧道开挖,利用铁丝模拟锚杆来加固隧道洞周土体。通过实测不同支护作用下洞周土体加固前后的径向和环向土压力,分析了土拱在不同支护作用下的变化规律,对比分析洞周土体加固对压力拱效应的影响。研究结果表明,洞周围岩的黏聚力、内摩擦角的增加使得压力拱的拱体范围增大至纯砂土条件下的1.3倍左右,并且提升了围岩的承载能力。     

含水率对古土壤隧道围岩膨胀性的影响

早胜3号隧道是银西(银川—西安)铁路控制性工程,隧道洞身穿越的第三系古土壤具有膨胀性,其变形影响到施工期围岩稳定及运营期结构安全。本文对古土壤物理力学性能、矿物成分与微观组构进行了测试,开展了不同含水率下原状、重塑古土壤试验,并应用GTS/NS有限元软件分析不同含水率下隧道围岩的力学特性及变形规律。结果表明:原状古土壤含水率低于19%时膨胀力变化较大,随含水率增大膨胀力近于完全释放;重塑古土壤膨胀力对含水率变化的敏感程度减弱,但重塑扰动使得相同含水率重塑古土壤的膨胀力远高于原状古土壤;不同含水率下围岩应力分布规律变化较小,拱顶沉降和边墙水平位移变化较大。本文确定了原状、重塑古土壤含水率与膨胀力的关系,对类似工程设计与施工具有指导作用。     

函谷关隧道砂质黄土地层支护受力测试分析

研究目的:针对郑西客专函谷关大断面砂质黄土隧道,隧道开挖过程中初期支护受力及变形特点,进行砂质黄土隧道支护合理性的研究,提出有效的支护措施.研究结论:结合函谷关隧道设计施工及科研测试,通过现场支护变形、内力量测,分析总结浅、深埋条件下大断面砂质黄土隧道围岩压力及支护受力特性后得知:对于大断面砂质黄土隧道,采用大刚度型钢钢架,结合网喷微纤维混凝土等初期支护措施,是控制土体变形、保证施工安全的有效措施.     

软弱围岩隧道变形应急处理技术

软弱围岩隧道施工受地质条件、地势地形、地下水影响较大,设计图中对隧道洞身初期支护尽管采取了较强的支护措施,但实际施工中仍有可能出现洞身沉降、收敛变形过大,初期支护表面出现开裂、剥落、掉块、侵限等情况。结合隧道工程施工现场实例,就软弱隧道变形处理技术进行探讨、总结,以便于为以后类似隧道施工中提供一些借鉴。     

同寨隧道进口变形控制技术研究

研究目的:同寨隧道进口受高地应力、碳质板岩等地质因素作用,在以I18型钢为主的初期支护参数支护下,施工中出现大变形,拱架扭曲、喷混凝土脱落,严重影响施工安全和进度。本文意在寻找解决大变形的方法,为后续施工提供参考。研究结论:经研究分析得出以下变形控制技术措施:(1)在地应力大变形段采取以抗为主的支护措施,坚持"先强后优化"的原则,支护一次到位,从而达到控制变形的目的;(2)软弱围岩开挖后及时支护,尽早封闭成环,并且适时进行径向注浆,有效加固松动的围岩,改善围岩性能,减少作用于支护结构上的围岩压力,使支护与围岩共同形成受力体系,共同抑制隧道变形的发生;(3)减少开挖对围岩的扰动次数,尽早施作仰拱,严格控制初期支护闭合时间;(4)本文对隧道碳质板岩的控制变形措施,可为类似工程提供借鉴。     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征研究

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,本文以西安地铁二号线为研究对象,选取2组不同围岩条件的测试断面,开展现场测试工作。对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行研究。结果表明:隧道墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这二者承受大部分垂直压力;初期支护所受围岩压力随着土体强度降低而增大,且分布形式更趋于静水压力作用特点;二次衬砌作为主要支护结构承担大部分荷载,初期支护与二次衬砌接触压力随围岩土体强度降低而显著增大,二次衬砌在支护体系中作用也随土体强度降低而凸显;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。     

泥质膨胀性围岩隧道施工技术

膨胀性围岩具有吸水膨胀、地应力高、变形量大、易受扰动的特性,隧道施工时如措施不当,将对支护结构造成破坏;四角田隧道膨胀性围岩施工时,采取了增大预留变形空间、长大锚杆拉锚、型钢钢架支护、深孔注浆以及科学的施工组织等措施,成功地克服了这一难题,对今后类似工程施工提供借鉴.     

隧道地下风机房交叉结构施工过程稳定性研究

针对风机房地下洞群结构的复杂性,选取包含风机房主体洞室的结构单元,建立三维数值模型,采用有限元法,研究地下风机房施工过程中的围岩位移、初支结构与围岩间的相互作用力以及支护结构的受力情况。结果表明:风机房采用全断面施工时,能较早使支护结构闭合,减小围岩的变形,但相对于台阶法施工,围岩的应力释放少,支护结构与围岩间的接触应力、支护结构的内力都较大;风机房支护结构与围岩间的接触应力呈对称分布,拱顶至拱脚接触应力逐渐增大;拱脚至墙脚中部接触应力逐渐减小;墙脚中部至墙脚底部接触应力逐渐增大。     

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。     

大丽铁路三叠系松桂组页岩型隧道特征及施工对策

研究目的：大丽铁路三叠系松桂组页岩型隧道具有特定构造环境下的工程条件，破碎页岩遇水软化膨胀等原因易引起初期支护变形，给隧道施工带来较大困难，因此，有必要研究该类围岩特性及隧道施工对策。研究结论：根据页岩（砂质页岩、炭质页岩）的结构特征，提出了相应的施工对策，如对开挖外轮廓进行调整、增大预留变形量、采用三台阶法施工、设置全环工18工字钢架、调整系统锚杆长度、加强监控量测等，这些措施较好地抑制了初期支护变形。     

深埋大断面土质隧道初期支护结构受力特征研究

研究目的:新奥法中初期支护结构作为承受围岩压力的主要结构有着重要的作用。为研究深埋大断面隧道复合衬砌中初期支护结构的受力特性,本文以银西高铁庆阳某隧道为工程依托,通过现场监测,得到深埋大断面红黏土隧道的围岩压力、钢拱架内力与混凝土内力变化规律,分析初期支护结构内力变化规律及分布特征。研究结论:(1)红黏土大断面隧道两侧的围岩压力大于拱顶和仰拱内的围岩压力;(2)初期支护结构内力呈现出上大下小的分布规律,且钢拱架承担了大部分围岩压力;(3)可考虑在边墙及拱顶增高钢拱架标号,仰拱内减少拱架截面积,以达到充分利用材料降低造价,提高衬砌结构可靠性;(4)本研究结果可以为类似地质条件下衬砌设计优化及隧道初期支护的施工组织提供参考。     

隧道穿越泥石流堆积体及活动断裂施工关键技术

新建铁路成兰线红桥关隧道浅埋穿越泥石流堆积体及活动断裂,施工中出现洞周岩土体失稳而向洞内滑移、地表开裂和支护体系异常变形破坏等工程问题。本文从地质条件及开挖效应、地下水和地层偏压等方面进行分析,针对性实施“先固后钉法”施工关键技术,即在洞室开挖前施作群桩预加固形成半封闭支护结构,在初期支护后施作复合土钉形成补强支护结构。该技术改善了围岩条件,提高了支护体系的整体性,充分协调和控制了围岩及支护体系的变形,确保了隧道的施工安全。     

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。     

高地应力软岩隧道施工方法与监测

兰海高速公路麻崖子隧道位于西秦岭山区，围岩破碎，埋深较大，地应力较大，施工中存在较大安全隐患。对隧道围岩内部位移、锚杆轴力、支护钢拱架内力、围岩与锚喷混凝土接触压力、岩隙涌水量等进行现场监测，并结合地质勘查资料进行了综合分析。结果表明：隧道开挖后围岩产生较大变形，未支护围岩在施工爆破中容易产生岩体塌落事故，提出利用超前地质预报及时掌握掌子面围岩和地层的情况，并根据围岩状态变换爆破方法，在初期支护前喷上一层纤维混凝土以增加破碎岩体的胶结力等措施。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

南京地铁小净距隧道施工力学及工序优化研究

以在建“南京地铁”非对称小净距隧道为背景,深入研究施工全过程力学行为及工序优化,总结变形特性、力学响应及塑性区分布规律.得出主要结论:①先行洞(断面小)变形主要受自身施工控制,后行洞(断面大)关键控制步为右Ⅲ区开挖和临时支撑的拆除,CRD法能有效减少洞身变形,控制塑性区增长.②随着后行洞施工,先行洞支护内力不断演化,轴力和弯矩峰值逐渐向中岩墙侧移动,成为支护稳定关键控制部位.由于先行洞开挖,相当于中岩墙围岩部分约束解除,后行洞竖向临时支撑承受较大轴力.临时支护拆除,其轴力向环向支护转移,后行洞中岩墙侧支护轴力明显小于外侧支护轴力.③右洞(断面大)先行时,支护结构受力与左洞先行正好相反,并且安全系数最小值更小,支护最大压应力会增大.综合考虑轴力、弯矩、安全系数、压应力及塑性区,宜先施工左洞(断面小),利用施工偏压消除或减弱非对称小净距结构偏压作用.④隧道宜采用非对称设计,加强左洞中岩墙侧支护参数,而后行洞背离中岩墙侧支护需加强参数,与先行洞规律相反.     

隧道围岩变形影响因素分析

新七道梁隧道地质条件复杂,本文对复杂条件下长大隧道影响围岩变形的施工因素进行分析。采用有限元法模拟施工中围岩的力学特征,表明隧道施工对围岩变形影响显著。同时,在隧道内布设大量收敛值量测断面,并长期监测,对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析。结果显示隧道开挖后围岩的变形具有时间相关性和空间相关性。变形包括三个阶段,即急剧变形阶段、缓慢增长阶段、基本稳定阶段。同时分析开挖方法、支护结构、邻近施工、施工工序等施工因素对围岩变形的影响。结果认为施工中开挖初期对围岩变形影响最大,而设置仰拱可减小隧道围岩变形,因此应选择对围岩扰动小的开挖方法,并及时进行后序施工。将围岩变形施工因素分析动态反馈于施工中,取得满意结果。     

周期性活动断层内隧道施工技术研究

通过在乌鞘岭特长隧道 7号周期性活动断层内施工的经过 ,简要分析强挤压高应力软弱围岩条件下周期性活动断层内隧道施工支护的变形规律和结构内力的变化特点 ,介绍此类围岩条件下隧道施工的基本方法和要求 ,并对施工中应注意的事项提出建议措施。