中外高地应力软岩隧道大变形工程技术措施对比分析——以兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道为例

为解决高地应力软岩隧道在施工过程中遇到的难以控制的围岩大变形问题,依托国内兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道,采用对比分析方法,从软岩大变形机制、高地应力软岩隧道围岩分级及变形控制技术3个方面对两隧道进行对比,得出如下结论: 1）高地应力软岩隧道围岩大变形是在岩性、地下水、地应力场、围岩地质构造等多种因素共同作用下,因开挖卸荷、应力二次分布引起围岩发生塑性剪切滑移所致; 2）在高地应力软岩分级方法上,兰渝铁路木寨岭隧道与圣哥达基线隧道均采用了BQ法,但兰渝铁路木寨岭隧道分级更全面,圣哥达基线隧道分级更具针对性; 3）在高地应力软岩情况下,圣哥达基线隧道采用的新意法的全断面施工方法在施工管理和成本控制上要优于兰渝铁路木寨岭隧道采用的台阶法。     

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。     

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。     

高地应力软岩隧道塌方成因和治理措施分析

基于某新建高地应力软岩铁路隧道工程,运用MIDAS GTS与ANSYS有限元软件,对二台阶三部开挖法的应力与变形特点进行了分析。结果表明:初支与二衬施作的时间间隔、循环进尺的长度、上下台阶的距离的合理选择是保证高地应力软岩隧道安全施工的重要因素。高地应力软岩隧道的二衬不仅作为对初支的加强和安全储备,且承受软岩的流变压力,流变压力在二衬施做的初期增长迅速,后期变缓趋于平稳。二台阶三部开挖工法施工中,应注意右下台阶的开挖稳定、合理的循环进尺及台阶距离能够保证高地应力软岩隧道的施工安全。     

高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析

在施工过程中围岩变形规律对高地应力隧道施工控制大变形非常关键,也是选择隧道开挖方式、支护型式、支护参数、支护时机的技术依据。采用有限元数值模拟分析对高地应力大变形隧道采用台阶法开挖过程中的围岩变形规律进行数值模拟分析,并针对其开挖过程中的预留核心土长度对变形的影响进行了探讨,提出了合理的台阶长度和核心土长度,其结果对高地应力大变形隧道的设计与施工具有指导作用。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

基于相对变形的大变形隧道地应力反算

针对复杂地质条件下高地应力大变形隧道地应力复杂多变的特点，为满足该类隧道动态设计对地应力资料的要求，提出基于上台阶开挖后拱腰水平收敛与拱顶下沉的相对比值并结合开挖揭示的围岩情况，建立二维数值模型反算地应力的方法。以丽江至香格里拉铁路中义隧道为例，对该方法进行详细说明。研究表明所述方法具有无需地应力测试、计算方便的优点，施工期间可用于地应力分析、预测。中义隧道典型区段地应力反算结果表明： 1）隧道出口及2号横洞工区的地应力分布特点并不相同； 2）围岩及埋深差别不大的区段，隧道水平收敛变形出现较大差异主要是由于地应力侧压力系数不同引起的。     

基于地应力边界条件的隧道支护设计研究

利用套孔应力解除技术对欲开挖隧道周边岩体进行了地应力测试,以地应力结果为应力边界条件,按照四步施工顺序对该隧道进行了不同支护形式的数值计算。计算结果表明,在强大的地应力和自重应力共同作用下,如果不加任何支护,此隧道无法自稳,近乎发生坍塌,施工无法继续;只加衬砌支护,隧道虽没有坍塌,但朝向隧道临空面发生较大变形,处于危险边缘;采用衬砌基础上的锚杆双支护形式,每一步施工都得到了理想中的结果,隧道能保持原有设计形状不改变。     

高地应力软岩隧道台阶参数对变形的影响分析

以某铁路隧道台阶法施工为例,通过建立数值分析模型,分析高地应力软岩环境下铁路单线隧道台阶法开挖时台阶高度和长度变化对变形的影响,并结合现场变形监测数据进行了验证。分析结果表明:台阶参数对控制隧道变形有重要作用;台阶高度均应控制在3~4 m,且在满足施工机械作业空间要求的情况下,应尽量减小上台阶开挖高度;开挖台阶长度为4~6 m较为合适。     

木寨岭隧道炭质板岩段大变形控制技术

为解决高地应力炭质板岩隧道大变形的控制问题,以木寨岭隧道为例,从地质原因、设计原因、施工原因方面进行了大变形原因分析,通过选择合理的支护参数、采取保护围岩的施工理念,长锚杆、锁脚锚杆进行加强、优化断面形状、预留合理变形量并确定变形控制标准,适时进行支护加强、短台阶或超短台阶快开挖、快支护、快封闭和衬砌适时施作等综合施工技术,有效抑制了隧道大变形的发生。     

软岩高地应力对运营铁路隧道影响的有限元分析

软岩铁路隧道在运营阶段易发生持续的变形及底臌等其他影响工程安全的现象，而高地应力加剧了变形。为探究在不同高地应力作用下软岩隧道的变形和受力的规律，运用FLAC3D对软岩隧道的位移和安全系数进行分析。结果表明:竖向地应力不变，水平地应力越大隧道的水平位移越大，竖向位移越小，水平地应力的改变对双线隧道影响显著；水平地应力的改变对隧道安全系数的改变影响不明显。     

近接施工对上下行交叉隧道影响的数值模拟研究

文章通过数值分析手段，对拟建隧道采用不同施工方法时引起交叉既有隧道的受力、变形变化状况进行研究后可知：全断面法与上下台阶法对既有隧道的围岩应力及变形影响是一致的，二者均最终将引起拱顶及边墙的围岩应力降低，拱底围岩应力的增高；既有隧道特征点均将产生下沉。全断面法开挖引起既有隧道的位移量要稍大于上下台阶法。同时两种开挖方法对既有隧道二衬的受力影响几乎相当，二衬经历对称一非对称一对称三个变化过程，随着开挖深入，其应力逐渐增大，但远小于容许应力值，处于安全状态。     

高原浅埋隧道不同施工方法力学行为分析

为了分析不同施工方法对高原浅埋隧道施工过程中稳定性的影响规律,以某隧道工程实例为背景,采用有限差分软件FLAC3D对双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法进行数值模拟,并分析对比高原浅埋隧道在2种施工方法中的围岩变形、支护应力和围岩塑性区分布规律。数值模拟结果表明:双侧壁导坑法在控制围岩变形和地表沉降方面优于三台阶预留核心土法;支护拉压应力更小,围岩塑性区分布范围也更加均匀合理。因此,对于高原浅埋隧道,采用双侧壁导坑法施工具有更大优势。     

阳城隧道土砂分界地层隧道围岩变形特征及控制工法研究

为解决采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制难题，以浩吉铁路阳城隧道为依托，采用室内试验、数值模拟和理论分析等方法对不同隧道埋深及土砂分界位置（土砂比，即土层厚度与砂层厚度之比）下的隧道围岩变形规律进行研究，并提出围岩变形控制工法的选取原则。研究结果表明： 1）不同隧道埋深及土砂比情况下的围岩变形曲线可分为变形预发展阶段、变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形稳定阶段4个阶段，且均可采用Boltzmann函数进行良好拟合； 2）当土砂比由0∶1增至1∶0时，隧道拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱隆起对土砂分界面的位置变化具有不同的响应规律； 3）提出适用于采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制工法选取原则，并通过计算证明，该原则可有效指导围岩变形的控制。     

软弱围岩隧道不同施工方法数值分析研究

针对软弱围岩强度低,变形大,自稳性差等特点,以某铁路隧道为工程背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法对软弱围岩隧道不同施工方法下围岩的变形和受力进行分析研究,结果表明:隧道分别采用三台阶法、CD法和双侧壁导坑法开挖,围岩的变形规律基本相似,大致分为快速变形、缓慢变形和基本稳定3个阶段,且隧道掌子面空间效应的影响范围约为1.3～5倍的洞径;双侧壁导坑法开挖隧道相比三台阶法和CD法开挖隧道,围岩的变形速度较慢,变形量较小,围岩应力较低,其数值模拟计算结果与现场实测吻合度较好,双侧壁导坑法最适合软弱围岩隧道开挖。     

超前导洞在高地应力小间距隧道开挖施工中作用效果分析

根据兰渝铁路新城子隧道小间距段在开挖过程中出现严重大变形的工程实例，通过对小间距段左、右线在不同开挖方法下的现场监控量测数据及该段结构受力测试数据进行研究，并结合数值模拟计算结果分析，提出高地应力小间距隧道合理的施工方法。研究结果表明:针对高地应力区小间距隧道的开挖，采用应力释放洞法较台阶法能更有效地控制围岩变形，且支护结构所受到的围岩压力及内力均较后者小很多。     

台阶法施工隧道结构受力性状有限元分析

以东山隧道为研究对象,针对三台阶和上下台阶法建立弹塑性有限元模型,分析施工过程隧道结构体系位移与受力性状。分析表明,上下台阶法围岩变形和塑性区分布比三台阶法小,三台阶法锚杆轴力、初支及二衬应力则比上下台阶法小。综合对比结果,三台阶法优势不明显,为减少施工扰动,宜采用上下台阶法。     

富水地层重叠隧道施工结构及地层变形分析

为解决重叠隧道在富水地层中施工时,开挖应力释放引起地层变形和渗流引起工后变形对隧道结构及周边建筑造成的不利影响,以深圳地铁某区段重叠隧道矿山法施工为背景,采用现场监测的方法对重叠隧道富水地层施工中隧道结构及周边土体的变形规律进行分析。研究表明,下洞施工沉降和工后沉降均较大,下洞变形稳定后施工上洞有利于上洞结构的稳定性,并验证了重叠隧道采用“先下后上”的施工顺序有利于保证结构的整体稳定性。在地下水渗流作用下,重叠隧道中段出现了地表沉降大于拱顶沉降的现象,同时造成下线隧道工后沉降极大,渗流和开挖应力释放是地层变形的主要原因。研究结果对同类地层条件下的重叠隧道施工具有参考价值。     

极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。     

穿越天山复杂地质隧道综合施工技术及其适应性探讨

隧道施工中如何在最大保护环境前提下条件下快速、安全、顺利地通过隧址不良地质地段进行施工是困扰将军沟隧道施工的技术难题。论文通过数值分析,对比了台阶法隧道施工和CRD法隧道施工围岩的变形和支护结构的应力,并结合将军沟隧道的施工现状,建议将军沟隧道穿越浅埋挤压变形段宜采用CRD法。论文介绍了将军沟隧道穿越挤压变形段的施工技术对同类隧道的施工有积极的指导意义和借鉴意义。