营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面稳定性分析

考虑地下水渗透力作用,采用三维数值模拟的方法对营盘路湘江隧道断层破碎带段施工掌子面的稳定性进行研究,对比分析未注浆加固与注浆加固两种情况掌子面的稳定性。研究结果表明:未注浆加固时,隧道施工掌子面的稳定性不能满足要求;注浆加固后,围岩及掌子面的稳定性得到显著提高,其安全性能够满足要求;注浆加固起到了明显的堵水作用,改善了初支的受力状态,有效地控制了围岩位移,缩小了围岩及掌子面的塑性区范围,其对提高围岩及掌子面稳定性效果显著。     

OCTEM和TSP在铁路隧道超前地质预报中的联合应用

查清铁路隧道轴线上的地质构造情况、降低隧道施工过程中地质灾害发生的几率和危害程度，已成为隧道建设的重中之重。首次将等值反磁通瞬变电磁法（OCTEM）和地震波反射法（TSP） 2种物探方法相结合应用于某在建铁路隧道的勘察，通过在隧道掌子面开展TSP法查清构造大致位置，然后运用OCTEM法在地表进一步查明隧道轴线上地质构造的空间分布情况，利用OCTEM法得到的相对电阻率值和TSP法得到的掌子面前方围岩各项岩石力学参数，综合对比分析掌子面前方的地质情况，圈定出断层破碎带的厚度和范围，判定隧道前方洞身的围岩完整性和富水情况。将综合分析结果与掌子面实际开挖情况进行对比，结果表明：在地质构造走向与隧道轴线夹角较小的情况下，2种方法相结合能够准确地查清隧道施工作业前方地质构造的分布情况，更好地解决复杂的地质问题，为优化隧道工程设计及施工方案提供基础资料。     

高铁隧道穿越断层破碎带施工方法及稳定性分析

针对新建福州—厦门高速(350 km/h)铁路碧峰寺隧道穿越F7断层破碎带施工潜在的地质灾害,提出隧道采用三台阶临时仰拱、超前帷幕注浆、弱爆破、早封闭、勤量测的联合施工方法穿越断层破碎带,利用有限差分程序建立了三维数值计算模型,研究了施作和未施作超前注浆预加固作用下隧道施工破碎带围岩的稳定性。研究表明:预注浆加固措施作用下,断层破碎带隧道施工围岩最大变形量降低了137.8 mm,达到了设计的预留变形量,拱顶和拱脚附近应力集中明显减弱,改善了围岩的稳定性,提出的施工方法对破碎带围岩扰动小;结合现场施工监测数据,验证了这种断层破碎带联合施工方法的可行性和适用性;最终隧道施工成功穿越了断层破碎带,保障了工期和施工安全,能为类似工程提供借鉴意义。     

喀拉萨依隧道断层破碎带综合监测技术研究

断层破碎带是隧道工程中难度大、极容易出现事故的地段。本文结合新疆喀拉萨依隧道工程,运用综合超前地质预报技术对该隧道F7断层破碎带区域地质特征进行了精度较高的地质预报,并制定了相应的开挖支护方案。同时,对该断层破碎带施工过程中围岩变形、拱顶下沉等进行量测和数据分析,并将分析结果及时反馈于施工过程,最终实现喀拉萨依隧道安全、快速穿越该断层破碎带。其成果可以为隧道穿越类似断层破碎带的设计施工提供参考。     

山岭隧道高压富水断层破碎带注浆施工技术

研究目的:山岭隧道断层破碎带地层岩性复杂,围岩破碎,在地下水补给源充分的条件下,极易发生高压突水等地质灾害,严重影响施工安全和进度。为了有效地预测和治理隧道断层破碎带涌水,防止发生隧道突发涌水等地质灾害,需要对断层破碎的地质特征以及处理措施进行深入研究。研究结论:隧道注浆堵水的方式一般要结合现场开挖揭示围岩情况和前方地层超前预报结果合理选择。隧道高压富水断层破碎带应采取超前预注浆堵水措施,以达到降低围岩的渗透系数,减少地下水流失的目的。注浆结束后应采取施作检查孔等方法对注浆效果进行检查和评定。     

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。     

滑动测微计在天平山隧道掌子面围岩变形监测中的应用

为了更准确地掌握隧道掌子面前方围岩在施工过程中产生的挤压变形,引进国外T-REX滑动测微计进行监测,介绍了T-REX滑动测微计组成、安装及量测掌子面围岩变形的方法,并在贵广铁路天平山隧道进行了现场试验验证。滑动测微计量测到掌子面围岩挤压变形较明显,与开挖后揭示的围岩情况基本吻合。实践证明,T-REX滑动测微计用于测试掌子面挤压变形可行,该仪器构造较简单、安装量测方便、量测数据较精确。但考虑到仪器本身及人为操作的误差,该滑动测微计适用于挤压变形明显的软岩大变形区段,对稳定性较好的硬岩区段不宜使用。     

隧道穿越富水泥岩断层破碎带超前帷幕注浆技术

郑万高铁巴东隧道穿越的三叠系中统巴东组泥岩,具有一定膨胀性,遇水软化,自稳性差,在三峡库区被称为"易滑地层",并且隧道洞身穿过50 m长断层破碎带,采取有效的地层加固措施极为必要。在对泥岩基本地质特性分析的基础上,针对性地提出了超前帷幕注浆方案,并结合洞身超前管棚提高帷幕胶结体的承载能力,最后通过钻孔成像、现场监测等方法对帷幕注浆效果进行评价。实践表明,帷幕注浆后,掌子面围岩加固止水效果良好,有效保证了富水泥岩断层破碎带的稳定性,确保隧道施工安全。     

全强风化花岗岩大断面隧道施工技术研究

某富水软岩大断面隧道屡次发生地表塌陷。对其变形原因进行分析,结合初始施工方案,对此隧道施工过程中控制围岩变形的施工技术进行研究。研究结果表明:根据地质条件转换CD法、CRD法、三台阶七步法等开挖工法,采取中管棚辅以双排小导管进行超前支护,利用地表径向注浆加固等措施,可提高大断面隧道施工过程中的结构稳定性,有效控制围岩变形。     

基于流固耦合原理隧道穿越富水断层带设防长度研究

基于隧道渗流场的流固耦合原理,引入隧道穿越富水断层带设防长度概念,对隧道穿越富水断层带的加固范围进行研究。以广东揭阳某隧道穿越F2断层带开挖为依托工程,分析FLAC3D中内置的几种渗流模型在高富水断层带隧道开挖中应用的区别;通过数值模拟的方式,以隧道开挖后最终变形量及衬砌应力为控制标准,研究隧道穿越高富水断层带时的设防长度影响因素,并获得不同断层倾角下隧道穿越富水断层带时的设防长度。最终得出断层倾角小于42°的情况下,设防长度为1.5倍的隧道宽度。     

高速铁路隧道超前支护稳定性试验研究

为研究深埋隧道超前支护的应用效果,依托银兰高铁香山隧道工程,模拟开展隧道三台阶法开挖对比试验,通过分析不同位置土压力变化情况、掌子面变形情况和锚杆微应变峰值变化,研究锚杆支护对于掌子面和围岩稳定性的影响。研究表明：(1)锚杆支护对土体变形有很好的限制效果,并且对于竖直方向土体限制要优于水平方向。(2)锚杆支护对于掌子面前方土体的加固限制了上方围岩的变形范围,间接提高了围岩稳定性。(3)锚杆支护后,掌子面最终变形量减少0.92 mm,位移量较未支护减小近50%。(4)掌子面中部位置的锚杆支护效果最优,而上部锚杆变形较大,建议与小导管、管棚等配合使用。研究成果可为隧道施工时对于掌子面锚杆超前支护的稳定性提供理论参考。     

小净距大断面偏压隧道围岩稳定性分析

以港珠澳大桥工程连接线上的南湾隧道工程为背景,对穿越断层破碎带的小净距大断面偏压隧道台阶法施工过程进行了数值模拟,分析了隧道拱顶沉降、围岩水平收敛变化规律,并与实测结果进行了对比。研究结果表明:数值模拟结果与实测结果在大小和规律上均吻合,围岩沉降及水平收敛主要集中在上台阶开挖时,隧道围岩应力随着施工逐渐变大;隧道开挖对临空一侧的左洞围岩稳定性影响小于靠山体一侧的右洞。施工实践证明台阶法可以用于小净距大断面偏压隧道的设计和施工中。     

软岩隧道开挖方法对变形影响数值模拟研究

不同的开挖方法对软岩隧道的围岩变形具有不同程度的影响.以十漫高速公路火车岭隧道为工程背景,对全断面开挖、分步开挖与预留核心土开挖三种开挖方法进行了FLAC3D数值模拟.得到了三种开挖方法下隧道X、Y、Z方向位移等值线、位移矢量、塑性分布等模拟结果.经分析,无论是全断面开挖还是分步开挖,掌子面上均发生较大的Y方向变形,而预留核心土施工可以有效地抑止掌子面变形和垮塌,在实际施工过程中还可以根据数值模拟结果对核心土部分的大小进行调整,以满足安全施工要求,从而,最大程度地避免软岩隧道围岩的大变形.     

考虑纵向施工的深埋软岩隧道黏弹-塑性时效解析

软岩通常具有较强的蠕变性,深部软岩隧道的围岩收敛和支护受力往往表现出明显的时效特性。因此,考虑隧道掌子面推进的同时,运用流变理论对深部软岩隧道的围岩应力变形时效规律进行分析具有重要意义。研究针对深埋软岩中圆形隧道的纵向开挖过程,同时考虑掌子面推进引起的应力释放效应和围岩自身的蠕变性,推导出隧道纵向施工中围岩应力变形的黏弹-塑性时效解。解答中假定围岩服从Burgers-MC黏弹-塑性模型(CVISC),隧道纵向为连续不间断开挖。基于所提出的理论解,对新疆特克斯软岩隧道开挖过程中的围岩变形应力进行了初步预测和分析;同时,通过对比FLAC数值模拟结果和现场监测数据,验证了解答的正确性和可靠性。进一步,基于解答深入研究深部黏弹-塑性软岩中隧道围岩的应力、变形及黏塑性区域随时间和开挖过程的演化规律。研究结果表明：黏弹性区和黏塑性区边界上应力是定值,与黏塑性区大小无关;在隧道开挖阶段,应力释放引起的围岩位移占主要成分,后期应力释放完成后,围岩蠕变变形占主要部分。本解答为深埋软岩隧道施工过程中的围岩收敛变形和应力预测提供了理论方法。     

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。     

砂质新黄土隧道水平旋喷桩超前加固施工技术研究

以蒙华铁路万荣隧道工程为例,采用三维数值计算方法,计算分析水平旋喷桩超前加固在砂质新黄土隧道施工中的可行性,隧道采用全断面开挖最不利工况下,模拟15 m水平旋喷桩进行超前加固,计算结果显示隧道掌子面塑性区长度明显减小,保证了隧道开挖过程掌子面的稳定;针对TY400和ST60两种钻机施作水平旋喷桩技术进行研究,优化确定施工参数及相应加固方案,并指出施工过程中的操作要点,研究提出在砂质新黄土隧道中水平旋喷桩超前加固施工技术。结果表明:隧道开挖时采用15 m水平旋喷桩加固掌子面后,在掌子面及周边形成了承载环,掌子面塑性区范围明显减小,提高了掌子面的整体稳定性,实现了万荣隧道的顺利贯通,水平旋喷桩超前加固技术在砂质新黄土地层加固效果明显,可为今后砂质新黄土地质条件下隧道工程的施工提供经验参考。     

当金山隧道施工关键措施

在复杂的工程地质与水文条件下进行隧道工程施工时,确定适宜的施工技术措施是关键与必要的。结合敦格铁路当金山隧道的具体情况,对断层破碎带及富水带、隧道出口洪积扇细角砾土地段、隧道大变形处理及预防隧道发生失稳等施工关键措施进行研究。其中,针对断层破碎带及富水带的施工采取径向注浆、帷幕注浆、局部注浆方法,并介绍突涌水等情况的应对措施。对关键技术措施的应用效果进行论证,研究成果为同类隧道的施工提供借鉴。     

大瑶山1#隧道高压富水岩溶破碎带施工技术

研究目的:武广客运专线大瑶山1~#隧道平导施工进入F6断层时,掌子面发生大规模涌水涌泥,通过超前钻孔验证前方为一11.5 m长的高压富水岩溶断层破碎带横切平导,无法绕行。为此需要研究、探索适宜施工技术解决这一难题。研究结果:施工中严格按照“先探水、预注浆、后管棚、管棚补注浆、后开挖、径向补注浆、快衬砌“的总体施工原则组织施工,采取“排堵结合“的方法,安全快速的通过此断层破碎带。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。