考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

挤压性围岩隧道变形特征分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道岭脊地段穿越四条区域性大断层，地应力高，围岩软弱、破碎，属挤压性围岩大变形隧道。隧道施工过程中，出现较为严重的支护变形、支护开裂、钢架扭曲，甚至变形侵限及坍塌事故。针对该隧道特点，开展以变形为主的施工监控量测，进行了变形分布规律、累计变形与最大变形速率的关系、变形与围岩条件的关系以及变形与施工方法的关系等综合分析。提出挤压性围岩隧道具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长的变形特征。     

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。     

双侧壁导坑法隧道围岩受力变形研究

以昌景黄高铁瑶里隧道暗挖段DK90+550～DK90+610作为研究断面，建立三维数值模型，研究隧道双侧壁导坑法施工过程中隧道的变形和支护结构的内力，深入分析了双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径和初期支护钢拱架间距的影响。研究表明，隧道施工过程中隧道拱顶处围岩竖向位移较大，隧道拱腰处围岩水平位移较大。当开挖左侧导坑中间土体和拆除临时支撑时，拱腰水平位移会显著增大。随着双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径的增大，围岩的竖向位移逐渐减小，水平位移逐渐增大，初期支护钢拱架的应力逐渐减小，且临时竖撑曲率半径对围岩竖向位移的影响更加显著。围岩竖向位移和水平位移均随着初期支护钢拱架间距的增大而增大，且钢拱架的变化对拱顶围岩竖向位移的影响更为显著。     

段家坪隧道区域初始地应力场反演分析

为解决地应力释放导致隧道初期支护变形失稳难题,以隧道区域地质资料为基础,结合现场地应力实测数据,采用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区域初始地应力场的数值模拟反演计算分析,获得隧道围岩初始地应力场分布规律。研究结果表明:隧道测区段围岩处于高地应力状态,测点地应力反演值与实测值误差较小,反演结果合理、可靠。通过隧道围岩强度应力对比分析,隧道DK453+500m～DK454+400m段为高应力状态,地应力释放会导致隧道初期支护开裂变形,与现场实际情况相一致。     

软岩隧道围岩压力模型试验研究

采用相似材料模型试验方法,对软岩隧道在以竖直地应力为主和水平地应力为主两种情况下围岩压力分布规律进行了研究.研究结果表明,隧道围岩应力升高区在隧道周围1倍洞径之内,应力集中系数约为1.2～1.5.因围岩应力重分布而出现塑性区,高应力向深部转移.隧道施作衬砌后,随着洞周围岩应力进一步释放,塑性区继续扩张,应力升高区也进一步向围岩深部发展,洞周的应力集中现象有所减小.隧道边墙中部、拱肩、拱顶是比较关键的部位,应加强支护.     

不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析

采用FLAC3D计算了II～V级围岩在30 m、100 m、200 m、300 m、400 m和500 m埋深下的拱顶沉降和塑性压力,II和III级围岩拱顶沉降(包括开挖面拱顶沉降和最终拱顶沉降)随埋深呈线性增大,IV和V级围岩拱顶沉降随埋深呈非线性快速增大;开挖面拱顶沉降收敛比(开挖面拱顶沉降占最终拱顶沉降的百分比)随埋深增大而减小,随围岩等级降低而减小,表明深埋弱围岩中隧道要趁早支护。围岩塑性压力随埋深增加而增加、随围岩等级降低而增加,表明深埋弱围岩隧道支护结构受到的围岩压力大。最后对围岩应力集中及其影响因素进行了分析。     

乌鞘岭隧道F4～F7断层区段压力、应力实测与分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程,是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越四条区域性大断层,地应力高,围岩软弱、破碎,隧道变形大。针对高应力条件下的软岩隧道大变形特点,在F4~F7断层区段,开展了系统、全面监控量测。根据实测数据,深入分析了支护压力、支护应力的规律及特征,及时将信息反馈给设计与施工,为工程施工提供了主要的技术支持。     

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

黄土连拱公路隧道围岩变形监测和数值分析

以离军高速公路黄土连拱隧道为工程背景,对地表沉降、地质和支护状况、拱顶下沉和水平收敛进行了现场监测,并采用有限元方法分析了隧道围岩拱顶下沉和水平收敛的变化规律,进而研究了黄土连拱隧道三导洞法施工的围岩变形规律和影响因素．结果表明：黄土隧道Ⅳ类围岩比Ⅴ类围岩变形小,围岩稳定较快;三导洞施工法开挖中、左、右导洞和断面开挖时,围岩应力一直处于重新调整中,变形也在不断变化,且施工中开挖顺序对围岩变形有很大影响,在洞室开挖施工中,要密切注意拱腰及拱顶的变形情况,加强Ⅴ类围岩监测,及时进行临时支护,尽早完成右洞初期支护,以防变形过大而围岩失稳;影响黄土隧道围岩变形的主要因素是黄土的工程特性和地质工程环境．     

特殊地质隧道初支变形侵限的拆换技术

针对特殊地质(高地应力或地应力分布极不均衡、围岩具有膨胀性或挤压性、围岩为松散砂层或软塑土层等)的隧道工程,即使设计采用了较强支护形式,施工预留了一定的变形空间,但初支仍有可能遭到严重的变形破坏导致侵限.为了保证二次衬砌的设计厚度,必须对已变形并侵限的初支进行拆换处理.通过工程实践对变形侵限的初支拆换施工进行了总结,就初支和围岩前期加固、拆换方法以及施工注意事项进行介绍,供类似工程参考或借鉴.     

草帽山隧道围岩支护模拟分析

详述了草帽山隧道的工程概况和主体设计,基于大量的施工现场跟踪调研资料,研究草帽山隧道围岩变形的原因;在分析隧道整体详细情况的基础上,运用隧道工程现代支护最新成果和施工方法,结合数值模拟方法和数学模糊理论,从围岩变形稳定性的理论、支护方法模拟出最适用于草帽山隧道的支护方法,为现场施工提供了有力的理论支持。     

浅埋软弱围岩隧道施工技术

随着我国公路建设日新月异．隧道建设项目日益增多。在隧道施工建设中常会遇到浅埋地层松散软弱,破碎围岩带等不良地质段。由于浅埋地层埋藏较浅,大都是风化破碎的隧道围岩,受力复杂,导致围岩和支护应力分布和变形非常复杂．尤其是在地形起伏较大的丘陵地带,在隧道施工中．面临更为复杂的围岩应力分布和衬砌受力变形状况,增加了设计和施工难度。     

隧道围岩动态分级内容、方法与现场实施

据有关资料统计．我国勘察阶段围岩分级的准确率一般为50％，有30％～40％的分级结果相差1～2个级别。如果实际围岩级别比设计阶段预计的差，若不调整围岩级别．施工的支护强度将弱于实际需要值．势必造成不安全．反之如果实际围岩级别比设计阶段预计的好，而仍不调整围岩级别，所付出的支护强度超出实际需要值．势必造成浪费。因此，科学、合理、切合实际的对围岩进行动态级别．对隧道设计施工意义重大。     

高地应力下层理对层状软岩隧道稳定影响研究

西部地区深埋长大隧道由于地应力高、软弱互层围岩等特殊地质条件使隧道的开挖容易产生大变形,给施工造成很大困难。以甘肃尖山隧道高地应力互层软岩段施工为背景,采用离散元软件3DEC对不同层理特征条件下隧道稳定性进行分析。研究结果表明：(1)互层软岩层理的切割作用越强烈,围岩的自稳能力越差,围岩变形越大,支护受力越大,隧道越不稳定;(2)随着层理倾角趋于水平或者垂直,围岩的变形与支护结构内力分布趋于对称,支护结构受力更加合理;(3)层理黏聚力较低时,提高层理黏聚力,对围岩的稳定性起到的提高作用有限;(4)随着层理摩擦角的提高,对围岩最大变形的影响并不明显。     

流固耦合作用下隧道开挖模拟研究

根据渗流力学、弹塑性力学以及多场耦合理论,构建隧道开挖流固耦合模型。以湖南省湘西州古丈县张吉怀铁路毛坪村隧道施工为例,选取典型断面,采用COMSOL 模拟耦合作用下隧道开挖引起的围岩渗流场及塑性区变化规律,并将拱顶沉降值与现场实际观测结果进行对比。结果表明:隧道开挖扰动原岩发生应力重分布,使拱腰和拱底附近塑性区范围发生显著变化;对比不考虑流固耦合作用和考虑流固耦合作用下的模拟结果可知,流固耦合作用下隧道拱腰和拱底处围岩的应力值相对较高,高出的应力值最大可达0． 2 MPa,且流固耦合作用下隧道围岩变形稳定后,拱顶沉降值可达55 mm。采取喷砼支护措施后,隧道拱腰和拱底处的应力集中区范围显著减小,隧道拱顶沉降值可降低至26 mm。由此可见,流固耦合作用增加了围岩的应力和位移,支护措施减小了拱腰和拱脚处应力集中区范围和拱顶沉降值。     

浅埋软弱围岩隧道变形与受力现场监测研究

通过对韶山一号工程尖卜洞隧道进行研究发现:尖卜洞隧道围岩总体处于稳定状态,但在上下台阶的开挖施工中,由于受到施工振动的影响,地表会出现一定程度的沉降问题,但在二次衬砌,混凝土强度达到设计要求之后,其沉降会逐渐趋于稳定。而钢支撑的应力值随时间变化曲线经历急剧增大~缓慢增大~趋于平缓这三个阶段,在拱部承受较大的土压力,为钢支撑的最不利部位;拱顶的压力比拱腰两测点的压力值明显偏大,在浅埋情况下拱顶部位为最不利位置。     

堡镇隧道围岩变形的神经网络预测

隧道新奥法施工中，常以围岩变形量作为评判围岩稳定性和支护结构经济合理性的重要指标。隧道围岩变形量是随时间而变化的数据序列，因而可以建立一些实时跟踪预测模型和方法。针对宜万铁路堡镇隧道软弱围岩区段施工大变形特点，采用神经网络技术对其变形量进行了预测分析，预测结果经过工程实践检验，具有相对较高的准确性和可靠性，为隧道施工决策提供了有效依据。