基于均匀化方法的破碎千枚岩隧道稳定性分析

隧道穿越高地应力破碎千枚岩段时,容易造成围岩压力和能量的释放,导致隧道支护结构产生大变形破坏。当前的隧道围岩稳定性分析多将围岩与支护结构分开研究,分别求解特征曲线,但是锚杆注浆支护的原理是增强围岩的强度,与围岩成为一个整体共同承载地应力,不能单独作为支护结构考虑。以兰州-张掖三四线铁路XQ2标段新乌鞘岭隧道为研究背景,通过均匀化方法对锚杆注浆加固下的隧道围岩进行等效化处理,并基于约束-收敛理论计算出等效围岩特征曲线及支护特征曲线。结果表明,原支护结构强度不能有效地控制围岩变形,将隧道稳定性分析结果与现场监测数据进行对比,发现新方法能够很好地反映工程实际情况,为锚注加固作用下的破碎千枚岩隧道稳定性分析提供一种相对简便的定量计算方法。     

基于收敛约束原理的复杂地质隧道监控量测综合分析

隧道开挖工程中围岩与支护结构之间的"相互作用"和"动态作用"对隧道开挖施工的安全性和结构的稳定性具有关键作用。收敛约束原理是分析隧道围岩特征和支护结构特征的一种重要方式。文章通过理论分析、数值计算、现场监测综合分析方法,结合攀大高速宝鼎隧道,对复杂地质条件下大断面隧道的围岩支护稳定性进行分析。通过数值计算建立了围岩特征曲线,理论分析了复合结构支护特征方程,建立了复合支护结构并联模型;通过现场监控量测与理论分析相结合的方法综合分析隧道围岩支护结构的稳定性。结果显示现场实测与理论分析误差较小,对于采用现场监控量测指导支护施工具有理论指导意义,同时对于类似复杂地质条件下的大断面隧道支护提供借鉴和参考。     

软弱围岩隧道变形特性及控制措施

为研究隧道软弱围岩变形特性及控制方法,基于FLAC 3D有限差分方法,采用基于HoekBrown屈服准则的应变软化模型,分析银瓶山隧道掌子面预加固及超前支护对软岩隧道大变形的影响。研究结果表明:采用Hoek-Brown应变软化模型计算所得的围岩变形量大于采用理想弹塑性模型计算结果;针对隧道软弱围岩的大变形特性,提出掌子面预加固与超前锚杆相结合的支护方案。经实施和现场监测,该支护方案不仅能控制掌子面挤出位移,而且能有效控制软弱围岩的纵向位移。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

富水蚀变岩大断面高速铁路隧道开挖大变形控制技术

以富水花岗岩侵入蚀变带区域高速铁路隧道建设为背景,对隧道开挖围岩变形控制技术进行研究。运用隧道工程理论、数值模拟和现场监测等技术与方法,提出了从全断面开挖法、台阶法、CD法到CRD法的安全度逐渐增加的隧道开挖方法,确定了避免富水花岗蚀变岩进一步应变软化和力学参数弱化的隧道开挖支护结构形式及其参数,得出了适当加大预留变形量结合衬砌紧跟的施工工艺。实践表明,按研究出的开挖方法和支护方案进行施工,可以有效控制隧道围岩大变形而使变形快速收敛,能够减少侵限处理工作量,并确保富水花岗蚀变岩隧道开挖时围岩稳定和地下工程结构安全。     

高地应力隧道蚀变花岗岩地层围岩大变形特征及控制措施

藏噶隧道穿越高地应力节理化蚀变花岗岩地层,施工时围岩变形呈现出变形量值大、变形速率快、水平收敛大于竖向沉降、持续时间长等特征。采用数值模拟方法对施工初期提出的原支护设计方案进行分析,验证所建立模型及其参数的合理性。通过数值模拟与现场试验,提出以调整边墙曲率、长短锚杆结合、双层初期支护为主的防抗结合的围岩变形综合控制措施。数值模拟结果表明:采用综合控制措施后,围岩变形量值得到控制,围岩变形速率明显降低,拱墙围岩塑性区较小,初期支护结构安全系数满足要求,能够保证围岩和支护结构稳定。现场试验段应用综合控制措施后,围岩变形的量值、速率及持续时间均得以控制,围岩变形收敛速度较快,施工效果良好,施工效率得到较大提高。     

基于收敛约束原理的高铁隧道力学分析

1 概述 隧道工程的核心问题是保证隧道围岩的稳定性,科研人员在隧道围岩稳定性控制方面进行了大量研究,提出了围岩塑性区分布、位移场、应力场、块体稳定性安全系数等一系列指标,作为围岩稳定性的评价标准,取得了较好的研究成果[1-4].在隧道围岩稳定性分析中,解析方法、数值方法、人工智能方法、经验类比法等得到了大量成功应用[5-8].在隧道工程中,变形量测远比应力量测简单、准确,可作为直观的指标反应隧道稳定性.因而基于隧道围岩变形控制的“收敛-约束”法在隧道工程中得到了大量应用[9-10]. 结合张家口—呼和浩特铁路(张呼铁路)福生庄一号隧道,采用“收敛-约束”法原理,对Ⅳ级围岩条件下大断面高铁隧道的稳定性及初期支护的安全性进行系统评价.     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

基于收敛-约束法地铁区间隧道初期支护安全性研究

本文以西安地铁区间隧道为工程背景,采用理论分析、数值模拟与现场试验等研究手段,基于收敛-约束法原理对现行支护参数安全性进行评价,得到结论如下:黄土地层特征曲线可分为直线与曲线段,洞周边墙地层首先发生屈服,并逐渐形成塑性滑移楔体向拱顶和拱底蔓延;复合式支护结构中各构件以并联方式共同承担地层压力;支护结构进入塑性状态后其力学性能急剧恶化,由于施工与运营不允许支护结构出现塑性屈服,本文从容许位移的角度提出定义支护结构安全系数的方法;现场试验中支护结构能提供的最大支护反力大于围岩与支护特征曲线平衡点应力,表明现行支护参数满足安全性要求;从容许位移角度提出支护结构安全性评价方法,通过有限元计算结果绘制相关部分的地层与支护特征曲线可得对应安全系数,计算表明隧道支护结构安全系数最小为边墙处1.14,设计与施工中应予关注。     

地铁咽喉区小间距隧道施工围岩分析

深圳地铁8号线望基湖停车场咽喉区段,与之相连的有出场线和入场线2条单洞单线隧道,2条隧道以2.59 m的小间距并行施工,具有较大的施工难度和风险。通过建立三维数值模型,模拟现场施工作业,并将计算结果与现场监测结果进行对比,分析围岩的变形情况。研究结果表明:从位移方面看,拱顶沉降和水平收敛与监测结果相比相差不大,小间距隧道中间岩柱稳定性较好。小间距隧道围岩变形值都处于正常范围内,施工现场安全性较高,现场施工作业继续按目前的施工工序进行,便可在规范要求下完成施工。围岩变形的控制,在于合适的隧道开挖方式以及开挖后较强的早期支护和必要的辅助支护措施。     

风化泥岩地层隧道围岩稳定及质量控制

泥岩地层具有饱水软化、脱水风化开裂的工程特性,在泥岩地层进行隧道施工极易引发围岩失稳,给施工进度和施工安全带来极大挑战。本文首先通过单轴和三轴等室内力学试验获取泥岩的物理力学参数,再对现场采用的红外探水和TST超前地质预报监测方案和实用性进行分析;然后基于泥岩力学试验结果和支护结构对泥岩隧道开挖围岩稳定性进行数值模拟,并分析管棚对围岩稳定的控制效果;最后结合围岩压力和钢架应变监测结果对现场围岩稳定进行验证与评价。结果表明,围岩压力值稳定在20.50 kPa附近,而钢架应变则保持在260左右,现场采取的泥岩地层控制措施有效。研究结果可为泥岩及类似地层的隧道围岩稳定控制技术提供参考。     

复杂条件下隧道围岩变形特征

研究目的:新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂。研究复杂条件下长大隧道围岩变形分布规律,可以指导隧道开挖支护设计施工,这也是隧道信息化施工的重要手段。研究方法:在现场布设收敛大量量测断面,并长期监测,对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析。研究结果: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。包括3个阶段,即急剧变形阶段、缓慢增长阶段、基本稳定阶段。新七道梁隧道围岩变形具有变形较均匀、收敛速度快、变形小、拱顶下沉较水平收敛变形大的特征,这是地质条件、施工技术、周围环境综合作用的结果。表明隧道区围岩条件较好,自稳定性能强,隧道开挖支护设计施工技术科学合理,支护结构较强。围岩变形分析动态反馈于施工中,取得令人满意的结果。研究结论:地质条件复杂、岩性、空间位置变化频繁地段围岩变形变化大,应引起特别注意,并制定相应施工措施。     

水平岩层隧道围岩变形机理研究与有限元分析

为了解水平围岩变形破坏特征和机理,以西山隧道为依托,采用数值模拟、现场监测等手段,归纳了水平岩层隧道围岩稳定性的主要影响因素,分析了施工过程中围岩应力、应变的分布和变化规律,为西山隧道施工的顺利进行提供了预警信息和直接指导的方案。研究表明:(1)产状平缓的层状岩体在洞顶会形成类似组合梁的结构。它一经裂隙切断,就会形成悬臂式组合梁结构,在组合梁的弯曲下沉过程中,如果层面上产生的剪应力大于层面的抗剪强度,即τ≥τc,并且上位岩层的抗弯刚度大于下位岩层的抗弯刚度时,离层将会产生,反之不会产生离层。(2)水平岩层围岩隧道在施工锚杆与喷砼支护后,围岩的应变和变形明显减小,拱顶沉降与净空收敛也有所减小,稳定性有所提高。     

软弱围岩隧道施工数值模拟分析

以渝宜高速公路某隧道为工程背景,采用理想弹塑性材料本构关系及Drucker-Prager屈服准则建立二维有限元模型,对软弱围岩公路隧道开挖进行了数值模拟,得到了隧道施工过程中各阶段围岩的应力、应变以及隧道支护结构中的内力变化情况,并将数值模拟结果与监控量测数据进行了对比分析,判定软弱岩体的稳定性及支护参数选取的合理性。研究成果为公路隧道施工安全选择提供了必要的依据和一定的参考价值。     

京张高铁八达岭长城站超大跨隧道变形控制标准研究

为了确保超大跨隧道开挖过程围岩稳定和施工安全,合理确定各开挖步序的变形控制标准,采用理论分析、数值模拟实验和现场监测等方法,建立隧道变形与围岩应变相互关系的计算模型,提出基于围岩极限应变的隧道总变形控制标准,制定超大跨隧道分步变形控制标准和分级管理方法。研究结果表明:隧道围岩总变形控制标准取决于隧道围岩的极限应变;Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级围岩32.7 m跨度的隧道,其拱顶总沉降控制标准分别为40,90 mm和180 mm;超大跨隧道施工过程中成跨阶段的变形约占总变形的95%,成墙阶段的变形约占总变形的5%。     

高速铁路隧道洞口浅埋偏压段开挖方法优选

结合观音山隧道洞口浅埋偏压段工程实际,采用数值方法动态模拟了不同开挖方法对隧道洞口浅埋偏压段周边围岩和坡体变形的影响,获得了不同开挖和支护方案下隧道围岩变形、应力、塑性区的变化规律,并在此基础上进行技术经济比较,进而确定了较优施工开挖和支护方案。同时,为了解围岩稳定性和支护结构状态,确定支护参数,通过现场监控量测获得了围岩和坡体变形数据,并将其与数值计算结果进行对比分析。结果表明,三台阶预留核心土法为经济可行的较优施工方法。     

铁路隧道施工围岩变形安全等级的研究与应用

研究目的:我国在建铁路隧道有4 000余座约8 000 km,近年来隧道塌方事故时有发生,造成了一定的人员伤亡、经济损失和社会影响。建立铁路隧道围岩变形安全等级,用于现场管理十分重要。通过调研国内外研究成果,分析安全监测数据,辅以理论计算,以初期支护的安全度为基础,制定了铁路隧道变形控制安全等级管理数值。研究结论:(1)现有铁路隧道围岩变形安全等级管理与国际基本不接轨;(2)利用规范建议的设计参数,采用数值模拟计算,Ⅳ级围岩隧道开挖支护后拱顶沉降为11 mm、V级围岩为19 mm,而现场实测远大于该数值,因此,隧道围岩变形主要受控于开挖工法、初期支护施作质量以及初期支护闭合的及时性;(3)按变形总量和变形速率对隧道围岩变形进行预警二级、预警一级管理,变形总量Ⅲ级分别为40 mm、80 mm,Ⅳ级分别为50 mm、100 mm,V~Ⅵ级分别为75 mm、150 mm,变形速率分别为5 mm/d、10 mm/d;(4)研究成果可用于铁路隧道施工围岩变形监控量测安全管理。     

基于无量纲法的应变软化围岩的逐步位移法解析

基于Brown等提出的应变软化模型及逐步应变计算方法,采用无量纲分析法,获得基于Mohr-Coulomb准则下的应变软化围岩的应力及位移场分布的无量纲解。与已有理论结果的对比分析表明:采用基于无量纲法的逐步位移法求解软化围岩应力与位移是准确有效的。对支护力及残余区控制系数的影响分析表明:支护力和残余区控制系数的增大会减小围岩塑性区范围。该结论可为隧道支护力大小的设计提供参考。     

硬岩铁路隧道湿喷聚丙烯纤维混凝土支护结构稳定性分析

在隧道支护结构中采用湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土技术可以提高隧道围岩的稳定性，符合混凝土向高性能、绿色化、施工注重环境保护的发展趋势。在宝鸡-兰州复线东巨寺沟铁路隧道选取试验段中实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土，作为支护结构，并作永久性支护结构，免除二次衬砌工作。采用非线性有限元方法，分析了该铁路隧道试验段采用湿喷纤维混凝土支护结构的隧道围岩稳定性，分析了未支护和湿喷纤维混凝土支护的隧道围岩稳定性。分析结果表明：与未支护的隧道相比较，支护后的隧道围岩塑性区分布范围得到了减小，隧道变形微小。隧道变形实测结果表明：隧道的变形微小，处于稳定状态。     

第三系粉质黏土地层隧道围岩大变形分析及控制研究

大西客运专线第三系粉质黏土地层乔家山隧道区段在建造初期曾出现喷射混凝土压溃、钢拱架扭曲和仰拱填充层开裂等问题。物相、微观结构分析及现场直剪流变试验表明第三系粉质黏土具有流变特性。本文采用Burgers流变模型模拟该地层力学行为并基于现场直剪流变试验反演获取流变模型参数,运用FLAC程序建立数值模型对隧道围岩大变形进行分析,结果表明围岩流变特性是造成大变形的主因。考虑地层流变性对隧道受力的影响,提出适当加大支护刚度和增大预留变形量的优化方案。数值计算和现场实测均表明优化方案使二次衬砌结构安全得到保证,隧道可顺利通过该地层。