考虑岩墙厚度的大断面隧道掌子面稳定性分析

基于道吾山隧道施工过程中发生的突水灾害,建立了三维情况下掌子面前方岩墙的力学计算模型,推导了突泥突水下隧道掌子面岩墙厚度的计算公式,与极限分析上限法进行了对比分析,并对各计算参数的影响进行了分析;根据隧道已有的力学参数,计算了不同溶腔压力作用下,隧道掌子面前方岩墙的最小安全厚度;运用数值分析了不同岩墙厚度下隧道掌子面前方溶腔的临界压力值,通过对比分析了数值模拟结果与理论计算结果,验证了这一方法对于研究隧道前方存在有压溶腔的掌子面稳定性具有一定意义。     

岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持,针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体,从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律,推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式,建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据,并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法,研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进,掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡;掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大;掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象,具有明显的突水前兆特征。     

隧道穿越富水断层隔水岩体冲切剪切破坏研究

隧道在修建过程中不可避免会遇到富水断层等不良地质情况，极易引发突水突泥灾害，若能提前预测隔水岩体的最小安全厚度,则能有效避免灾害的发生。首先，以隧道穿越富水断层为背景，提出冲切剪切破坏模式的隔水岩体计算模型，得到最小安全厚度计算公式并进行影响因素分析； 然后，采用FLAC3D软件建立三维数值模型，确定最小安全厚度的模拟解,并与理论解进行对比；最后，将计算公式应用于永莲隧道以验证其适用性。结果表明： 1）最小安全厚度随断层宽度、隧道半径、水头高度的增大而增大，随断层倾角、隔水岩体内摩擦角及黏聚力的增大而减小； 2）模拟解与理论解较为吻合，且模拟得到掌子面附近围岩的移动态势与理论模型假定的破坏体运动方向一致； 3）计算公式能较为准确地预测隧道穿越富水断层时的隔水岩体最小安全厚度。     

节理倾角对软岩隧道掌子面变形及失稳模式的影响

依托玉磨铁路西双版纳隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,研究不同节理倾角下掌子面变形和失稳模式。结果表明:掌子面最大挤出变形以90°为中心呈“M”型分布,倾角为60°或120°时掌子面挤出变形最大;最不利节理角度影响下,隧道开挖对掌子面前方岩体的最大影响范围约为1倍洞径;隧道穿越节理岩体且不加以控制或控制不当时,随节理倾角变化,掌子面失稳模式有圆弧型、三角型和倒三角型;随节理面倾角增大,掌子面变形从弹性变形向塑性变形发展,当倾角为30°时,掌子面岩体由弹性变形转变为塑性变形。     

局部破碎带下海底岩体隧道稳定性分析

以局部破碎带的某海底岩体隧道为例,采用有限元极限分析法分析了海底隧道岩体注浆加固前后的稳定性.计算表明,对于整体较为安全的隧道,当存在局部破碎带时,安全度降低,破碎带越宽,注浆堵水圈厚度越小,安全系数越小.与完整围岩破裂面位于两侧相比,含倾角45°破碎带围岩的堵水部分最先失稳.因此,必须做好破碎带的超前注浆堵水,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固,此种情况下,隧道衬砌原则上可按无水压设计,衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低.     

地铁暗挖隧道断层破碎带突水涌砂原因分析及处治技术

青岛黄岛区某地铁区间隧道穿越断层破碎带时发生突水涌砂地质灾害,为保证隧道施工安全及后续顺利开挖,对富水断层破碎带突水涌砂原因及力学形成过程进行分析。富水断层破碎带稳定性差,未进行有效加固,在开挖卸荷和爆破扰动双重作用下,岩体防突水层厚度超过临界状态,进而导致掌子面发生突水涌砂。考虑到地铁暗挖隧道施工空间狭小、材料运输不便等特点,采用以地表模袋注浆为主、洞内堵水注浆为辅的综合处治措施。结果表明:注浆加固后的掌子面湿润无流动水,浆脉清晰可见,渗漏水量小于1.5 L/(min·m),渗流通道得到有效封堵,保证隧道顺利通过突水涌砂段。     

土石交界地质条件下浅埋隧道的开挖反应研究

不同地质介质交界的复杂地质状况对于隧道工程的开挖建设带来很大困难,土石交界地层是这种地质情况的典型代表。针对该地质条件下的隧道开挖问题,以某浅埋公路隧道为工程背景,展开了不同掘进方向和不同土石界面倾角下的隧道开挖反应数值模拟,对比了不同掘进方向下的隧道开挖反应特征,分析了土石界面倾角对隧道开挖反应的影响。结果显示:不同掘进方向下,在土石界面倾角较小时隧道围岩竖向变形规律差别较大,在土石界面倾角较大时其围岩竖向变形规律相近;随着土石界面倾角的增大,当隧道由黄土地层向破碎岩体掘进时,其拱顶变形量减小;当隧道由破碎岩体向黄土地层掘进时,隧道拱顶变形量随着掌子面的远离先增大后减小规律减弱并消失。     

散体围岩隧道开挖施工中超前小导管注浆的作用分析

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等病害,必须进行超前支护。本文以某某高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC3D三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明：对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

基于双折减系数法的隧道掌子面稳定性分析

在隧道施工过程中，掌子面发生坍塌的事故屡见不鲜，特别是在破碎岩体隧道开挖后，围岩自稳能力差，易出现坍塌破坏。通过研究掌子面破坏时楔形滑动体力与力矩的静力平衡，采用双折减系数法分析跨断层处破碎带对隧道施工过程中掌子面稳定性的影响。结果表明:断层倾角逐步减小时，断层泥体积增大；由于断层泥强度较小，掌子面不稳定，须采取加固措施。     

基于GDEM的隐伏岩溶隧道隔水岩体水压致裂安全厚度及破裂演化规律分析

为分析隐伏岩溶水压致裂对隔水岩体安全厚度和破裂演化规律的影响,采用基于连续-非连续数值计算方法的高性能软件GDEM-DAS开展三维数值模拟研究,通过分析掌子面的位移演化规律获得不同水压下隔水岩体的安全厚度,同时引入无量纲指标破裂度来定量化描述隔水岩体随开挖进程的破裂演化规律。通过计算,获得水压分别为1、2、3 MPa时掌子面监测点的位移和研究区域破裂度的变化曲线。计算结果表明:1)不同水压下隔水岩体的安全厚度均为7 m; 2)掌子面位移和破裂度均存在突变点,且破裂度突变点早于6 m,说明岩体内部损伤到灾变状态时才会引起位移突变; 3)在同一计算工况下,不同溶洞水压下的位移和破裂度突变点具有一致性,说明水压非影响隔水岩体稳定性的首要因素。     

大跨地铁隧道组合工法穿越断层时的围岩变形控制分析

以深圳轨道交通2号线新莲区间隧道为工程背景,针对大跨地铁隧道穿越断层的围岩变形与控制问题,采用FLAC3D数值模拟,分析双侧壁导坑工法与CD工法不同组合穿越断层的围岩变形规律与注浆控制效果。结果表明： 1）隧道穿越断层破碎带时,Ⅳ、Ⅴ级围岩交界并与断层相交的拱顶处以及Ⅴ级围岩与断层相交的拱腰处的围岩位移最大,是变形控制的关键部位; 2）双侧壁导坑法穿越断层对大跨地铁隧道的围岩变形控制较好,工程实际工法组合下围岩变形的最大影响范围为12.4 m,围岩位移控制较好,工法组合合理有效; 3）注浆加固对断层破碎带处围岩变形模式的影响与控制作用明显,注浆后围岩变形区域由未注浆的“枣核形”变为较均匀的“椭圆形”; 4）提出位移控制率均值的概念,以定量描述围岩的注浆效果,隧道穿越断层时3 m厚度注浆的围岩位移控制率均值达51%,围岩变形控制效果较优。     

超前全断面与半断面帷幕注浆效果分析

针对在建公路隧道穿越断层破碎带时安全的施工方法,采用数值模拟结合现场监控量测的方法,对比分析了未进行注浆加固、超前半断面帷幕注浆和全断面帷幕注浆3种工况下初期支护的受力变形特性,评价了不同工况下的注浆效果。分析结果表明:未进行注浆加固工况下的拱顶沉降、仰拱隆起和周边收敛分别是超前半断面及全断面帷幕注浆的2.41倍、1.18倍、11.08倍和2.87倍、3.69倍、14.72倍;超前全断面帷幕注浆工况下的初期支护最大拉应力、最大压应力为4.24 MPa和26.85 MPa,比未进行注浆加固和超前半断面帷幕注浆减少了271.93%、363.21%和15.83%、28.57%。沉降监测数据非线性回归分析结果表明超前半断面、全断面帷幕注浆两种工况下沉降均趋于收敛,表现出安全稳定态势。     

限量排放下的隧道地下水渗流分析

以广东某在建高速公路隧道工程为例,通过地下水渗流计算分析,确定隧道富水段注浆后岩体渗透系数,最终实现地下水的限量排放。渗流计算采用连续介质模型,主要考虑泄水孔间距、隧道承压水头以及渗透系数的变化,分析孔隙水压力分布、地下水渗流路径,以及渗透系数与渗流量之间的关系,隧道富水段围岩注浆后,其渗透系数理论上不应超过2x10-5m／s控制指标的结论,可为隧道工程的安全施工提供较好的理论指导。     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

胶州湾海底隧道注浆施工技术研究

胶州湾海底隧道海域段隧道轴线穿越两组断裂带、9条断层,断层及其影响带裂隙发育,地下水丰富且受海水补给。注浆技术的研究是为探讨快速注浆工艺,确保注浆质量。根据不同的围岩条件,文中采用不同的注浆方式,使围岩加固与防水效果明显改善,既提高了施工进度,又确保了工期和施工安全。     

连拱隧道下穿既有高速公路管幕法施工技术研究

新建隧道下穿城市既有道路,当埋深较浅时上部道路很容易因沉降过大而导致路面结构开裂,甚至破坏等问题,因此研究隧道的施工技术是非常必要的。以西安市开元路至建元路下穿通道项目为依托,在连拱隧道施工过程中采用有限元软件模拟管幕法支护对隧道结构、围岩稳定性及上部道路路面沉降的影响。主要结论如下：（1）新建连拱隧道围岩竖向最大位移为7.4mm,满足规范要求,隧道结构安全可靠;（2）采用管幕法施工时,路面沉降最大值仅为4.39mm,说明管幕法开挖连拱隧道下穿既有城市道路是可行的;（3）采用管幕法施工隧道二衬最小安全系数为2.05,大于规范最小安全系数,衬砌结构安全可靠。综上可见,采用管幕法作为超前支护措施,连拱隧道下穿既有城市道路对上部路面影响较小,施工安全风险较低。