高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究

为了研究高地应力软岩隧道施工变形控制方法,以兰渝铁路木寨岭隧道为例,通过对超前导洞法与三台阶法进行现场试验,分析了2种施工方法在高地应力软岩地层的变形控制效果,总结了三台阶法施工各阶段的围岩变形规律,主要结论为： 1）超前导洞法与三台阶法施工,隧道中台阶是变形控制的重点; 2）2种方法对高地应力软岩大变形总体控制效果相近,应结合其施工效率进行比选; 3）隧道开挖后应及早施作仰拱,这对控制隧道变形极为有利。     

基于有限差分法软弱围岩偏压隧道动态开挖数值分析

本文结合具体工程,运用有限差分法计算软件FLAC建立了隧道计算模型,采用非线性弹塑性方法及Mohr-Coulomb屈服准则,对软弱围岩偏压连拱隧道的开挖施工方案进行了数值仿真研究,得到了隧道断面各个开挖阶段围岩、地表以及隧道初衬的应力、应变变化规律,从而达到验证支护条件和开挖方案合理性的目的,同时研究结果可以为软岩偏压条件下的隧道设计、施工提供有意义的参考。     

大跨度连拱隧道开挖方法对围岩稳定性影响分析

某Ⅲ级围岩场地大跨度双连拱隧道工程为依托,基于弹塑性本构关系和D-P屈服准则,采用"地层-结构"模型,应用ANSYS程序分别对工程中的四种开挖方法(即中导洞全断面开挖、中导洞半断面法、三导洞全断面法、三导洞半断面法等)进行了数值模拟。分析、评价了四种工法条件下的围岩位移场、围岩应力场、支护结构受力三个方面的变化规律,获得了一些有意义的结论,可以为大跨度连拱隧道设计和施工提供参考依据。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

公路双连拱隧道开挖方法的数值模拟研究

应用有限元数值方法,对双连拱隧道的三导洞法、中导正洞台阶法和中导正洞全断面法3种开挖方法,分别进行了施工数值模拟,给出了这3种开挖方法施工过程中围岩和支护结构的应力和变形规律.经过比较分析后,认为三导洞法是Ⅱ级围岩中修建连拱隧道的较好开挖方法.     

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。     

软土地层大断面矩形隧道结构施工力学行为监测与分析

为确保软土地层大断面矩形下穿隧道施工时的安全,以昆明轨道交通3号线区间浅埋暗挖隧道为依托,采用中导洞法,将全断面分成6个导洞按照先中间后两侧、先上面后下面的顺序施工,并采用现场监测和理论分析的方法对隧道支护结构受力进行全过程监控与分析。监测分析结果表明:在矩形隧道顶部与侧面设置超长大管棚条件下,隧道初期支护内力变化较小,因受不同导洞开挖扰动影响,隧道结构底部出现受拉现象,导洞(2)(中下导洞)、导洞(4)(左下导洞)和导洞(5)(右上导洞)对整体结构安全起决定性作用,需要重点监控;最大围岩接触应力出现在导洞(4)(左下导洞)底部,隧道4个角的围岩应力明显大于其他部位,需要加强隧道底部基础注浆,以提高地基承载力;临时支护应力受不同导洞开挖影响出现明显的波动,很好地反映各导洞施工过程中围岩应力释放的特征。     

大断面隧道三岔口段施工技术及围岩变形规律

隧道斜井进入主洞三岔口段断面大、受力复杂、施工难度大,是长大隧道施工的关键。三岔口将隧道分为多个施工作业段同时施工,缩短了工程的工期,加快了隧道的整体施工进度。某山岭隧道斜井进入主洞处三岔口采用台阶扩挖法。斜井末端采用上下台阶,从上台阶向上挑挖4.2 m确定导洞高度,继续向前扩挖至对侧主洞边墙轮廓线完成导洞施工。主洞采用三台阶法,按照上台阶5.3 m、中台阶3.59 m、下台阶3.31 m依次向进口和出口方向开挖。三岔口段主洞断面面积92.1 m~2,为大断面隧道。大断面隧道的跨高比大,导致围岩和支护的稳定性变差,所以主洞在施工过程中应加强支护来保持隧道的稳定。利用ABAQUS有限元软件对隧道进行了数值分析,并直观地模拟了隧道开挖后围岩的应力分布,为隧道的施工提供合理依据。锚杆、钢筋网、衬砌、格栅和钢架根据不同的围岩等级按相应的要求进行了施工。通过对围岩及支护微小变形的监测,掌控了在开挖过程中围岩的稳定程度和支护结构的力学动态信息。对监控量测数据进行了回归分析,以较好地反映围岩变化规律,并分析各阶段的位移速率,预测最终位移值。监控量测数据表明:拱顶下沉和周边收敛的累计变形范围为8～14 mm。     

弹塑性解析法确定隧道二衬合理支护时机的应用研究

基于弹塑性理论,推导了隧道工程围岩塑性区内的应力和位移公式以及衬砌结构的应力和位移公式,推导出不同围岩等级下隧道开挖半径及支护范围,并给出了二次衬砌施工时合理的洞周位移值,所得结论对同类工程具有指导作用.     

超大断面隧道导洞围岩-支护结构施工力学响应规律研究

通过对老虎山隧道导洞转正洞施工进行现场监测,结合数学统计分析方法,研究了超大断面隧道导洞围岩-支护结构施工力学响应规律,分析了支护结构高风险部位及高风险时段,提出相应措施提高施工安全性。根据统计分析得出:(1)开挖第1~8d为高风险期,需加强监测频率,酌情采取加强支护措施;(2)导洞支护结构主要受力部位为拱顶和拱脚,需加强支护措施;(3)导洞转正洞开挖过程,正洞挑高开挖会导致导洞拱顶拱脚应力增大;(4)正洞向一侧开挖后,对导洞造成偏压影响,开挖侧拱脚应力急剧增长。     

公路隧道最优开挖方法探讨分析

结合隧道洞口过渡段不合理的开挖方式极易导致洞口段塌方的现状,以承赤高速公路第十九标段锥子山1号隧道右线工程为依托,通过FLAC~(3D)数值模拟的方法对V_2级围岩浅埋隧道采用单侧壁导洞法、预留核心土法、双侧壁导洞法、台阶法等4种开挖方法进行研究,通过对比分析隧道围岩位移与应力、衬砌结构位移与应力、塑性区体积,得出以下结论:单侧壁导洞法开挖会造成偏压,所得偏压量可为以后类似地质条件隧道开挖提供参考;开挖方法是否适合工程条件与其应力释放率大小及释放集中程度有直接关系,初步推断应力释放率有与围岩位移成正比、与围岩应力成反比的关系;双侧壁导洞法应力释放缓和,围岩、衬砌、锚杆位移与应力控制均是4种方法中最优的,塑性区发展控制也较为理想,认定为V_2级围岩浅埋隧道开挖最合理方法。     

深埋高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机研究

为充分发挥围岩的自承能力,隧道初期支护一般采用具有一定变形能力的柔性支护,当围岩的变形达到一定值时再适时地施工二次衬砌,因此二次衬砌的支护时机成为目前隧道界讨论的热点。高地应力软岩隧道开挖过程不仅会产生明显的弹塑性变形,且还会产生明显的流变变形,因此隧道最佳支护时机的确定必须考虑隧道开挖过程时空效应的影响。文中依托宜巴高速峡口隧道实际支护情况,探讨高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机。     

极高地应力软岩隧道围岩变形时空效应分析

为探明隧道开挖时围岩变形时空效应特征，采用室内模型试验、理论分析和现场监测等方法，分析了宁缠极高地应力软岩隧道在不同开挖法下围岩的时空变形规律和时空特征曲线类型，研究了距隧道洞壁不同范围内的围岩径向变形规律。研究表明：极高地应力软岩隧道围岩变形的时空特征曲线可分为“抛物线”型和“台阶”型；“抛物线”型曲线包括急速增长和缓慢增长2个变形阶段，变形规律符合二次函数关系；“台阶”型曲线包括急速增长、缓慢增长、快速增长和基本稳定4个变形阶段，变形规律符合指数函数关系；隧道开挖引起围岩径向变形的范围大致是距洞壁0～2.5 D,距离洞壁不同范围内的围岩径向变形规律符合指数函数关系。研究结果对确定极高地应力软岩隧道的施工工序和最佳支护时机具有重要价值。     

基于弹塑性围岩压力计算方法与实测值的对比研究

隧道开挖行为会使围岩内部形成二次重分布应力,为了维持围岩的稳定,获取合理准确的围岩压力值对优化支护结构受力具有重要意义。在区域地应力场特征的基础上,以某隧道IV级及以下围岩段部分监测断面为例,基于开挖应力释放率模型,结合初始应力的横向和竖向应力分量值,采用不同的位移释放率对开挖应力释放的相关指标进行计算。基于修正的芬纳公式计算初始应力和洞壁径向位移条件下的围岩压力值,计算得到横向和竖向围岩压力理论值,最后在现场进行围岩压力测试,并按照荷载承担比例进行换算得到总的围岩压力值,并和两种理论计算结果对比分析,结果表明：采用应力释放率法比修正芬纳公式更接近实测值。     

高地应力硬岩重载铁路隧道开挖断面成形特征统计分析

隧道开挖断面成形及超挖一直是隧道施工中的难题,直接影响工程建设的工期和施工成本。该文以蒙华铁路九岭山隧道工程为例,选取隧道典型开挖断面,从应力角度对隧道开挖围岩稳定性及成形进行了有限元分析。并基于现场实测开挖断面,应用统计学原理,对高地应力硬岩段不同围岩级别下隧道超挖量进行了统计特征分析。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

微上台阶开挖法在甘姆奇克隧道岩爆段的应用

为了研究一种既能保证隧道岩爆段施工进度,又能降低围岩能量释放剧烈程度的应力释放方法,结合乌兹别克斯坦安琶铁路甘姆奇克隧道岩爆大部分出现在拱顶-拱腰段的特征,制定了微上台阶开挖法的应力释放方案。通过数值模拟计算和现场应用效果分析,该方案能够实现拱顶和拱腰处围岩应力的释放和转移,使围岩应力集中区提前得以消散,有效地降低了围岩发生岩爆的程度。同时,通过该方案的初步现场施工实践,证明： 相对于其他应力释放措施（如应力释放孔、超前导洞等）,微上台阶法在形成首次微台阶后基本不改变原有施工方案和工序,无额外工期,能够实现连续作业,可为类似工程岩爆防治提供理论依据和有益借鉴。     

一种基于弹塑性理论的隧道围岩稳定性简易评价法

依据弹塑性理论,得出初期支护条件下隧道围岩洞周位移及支护力解答。同时,将隧道开挖断面作等代圆处理,根据规范确定洞周最大允许位移量,从而对围岩的稳定性进行简易评价。通过算例对该方法进行了验证,结果表明,洞周最终位移解析解理论评价法计算简洁、方便且计算结果可信。     

考虑蠕变特性的软岩隧道支护体系研究

由于软岩蠕变效应的特点,软岩隧道施工中往往会出现大变形的地质灾害,其严重威胁着隧道工程的施工安全和运营管理。以龙镇高速公路软岩隧道为背景,采用三维有限差分软件FLAC3D对4种支护体系进行数值模拟,根据数值模拟计算结果,深入分析在不同支护条件下隧道周边围岩的位移场、应力场分布,并探讨各种支护体系的支护效果。研究结果表明:超前支护是一种辅助支撑,在隧道开挖过程中对掌子面后的围岩稳定具有良好的控制作用,隧道开挖后可作为辅助支撑来控制拱顶沉降;锚杆区围岩注浆加固能够提高隧道周边围岩的整体性能,改善围岩受力状态,从而提高围岩的自稳能力,且对水平收敛也有较好的控制作用。     

兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段扩拆技术

为解决极高地应力作用下兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心地段大变形的问题,分析岭脊核心地段围岩流变和衬砌开裂的原因,提出岭脊核心段衬砌开裂扩拆技术： 设置套拱加固、围岩径向加固、加强支护刚度、优化隧道断面结构、严格控制各工序施工步距、调整隧道变形预留量。对台架法和洞碴回填机械开挖法2种扩拆方法进行比选,选取洞碴回填机械开挖法进行扩拆。重点介绍洞碴回填机械开挖法施工技术和施工组织,并对支护结构变形和受力进行监测,结果表明： 采用洞碴回填机械开挖法扩拆施工安全,支护结构变形在预计范围、无侵限,二次衬砌结构稳定、无开裂。