基于正交分析的软岩隧道致灾因子显著性评价

隧道围岩所处地质构造环境是隧道稳定性的关键影响因素。本文主要从岩性特征、构造应力、结构面力学参数等方面进行对比分析,探讨武当群片岩隧道大变形致灾因子对围岩-衬砌的影响效果。为进一步明确各致灾因子以及因子间交互作用对大变形的影响程度,进行了多因素交互作用分析。结果表明：弹性模量、侧压力系数、节理间距对围岩-衬砌影响最为显著,存在明显的交互作用,且节理间距+侧压力系数对锚杆失效的影响表现出较高的显著性,表明节理间距与锚杆失效存在明显的依存关系。因此,在探讨大变形减避措施时,应综合考虑各主要致灾因子及因子间交互作用的影响效应。     

挤压性围岩隧道变形分级与控制对策

挤压性围岩隧道变形分级和控制对策一直是困扰隧道界的主要技术难题。本文系统地总结和分析了挤压性围岩隧道变形分级的国内外研究现状,建立了挤压性围岩隧道设计阶段变形潜势分级、施工阶段变形验证的分级标准体系,并据此对以往典型的挤压性围岩隧道变形进行了等级划分;通过对以往典型隧道工程变形控制对策的系统总结,提出了对应于变形分级的挤压性围岩隧道变形控制对策。     

华北二叠系泥岩隧道灾变机理及控制研究

针对太岳山隧道穿越华北二叠系紫红色泥岩段施工过程中发生的影响工程进度的地质灾害问题,对太岳山泥质岩隧道存在的地质灾害的关键性致灾因子以及其相互作用进行了理论分析,结合现场施工状况及工程处治实践,对支护措施选取及效果进行评价。研究结果表明,泥岩隧道存在四大主要致灾因子,分别为地质因子、岩体结构性质因子、水文因子以及施工因子,其中,施工开挖揭穿软岩界面导致岩体结构破碎和高地应力调整释放,地下水沿岩体裂隙流通,软岩遇水泥化从而强度迅速劣化是导致这种协同破坏机制的根本原因。解决泥岩隧道崩塌、大变形灾害的根本途径在于:采取合理的设计、施工及支护方法,尽量避免内部致灾因子的剧烈作用造成协同灾害效应,最终实现软岩中水岩动力系统平衡状态的平稳过渡。     

膨胀偏压软岩隧道变形机理分析及控制技术

青峰隧道主要围岩为绢云母片岩,石英、云母含量较高,受著名的青峰断裂带严重影响,隧道施工中经常出现大变形问题。通过分析该隧道变形破坏特征,从围岩岩性条件、偏压、地下水条件及再次扰动等因素对该隧道大变形机制进行了研究,结果表明,大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用。并通过对大变形原因的分析,总结了一些此种围岩情况下大变形控制施工技术,为类似围岩工程提供一定的借鉴。     

高地应力软岩大变形隧道稳定性判据研究

围岩是隧道稳定性控制的主要对象,针对铁路隧道建设中高地应力软弱围岩的重大理论与实践难题,本文开展了理想连续介质条件下,围岩塑变形加速发展或塑性应变突变的稳定性极限状态研究。提出:(1)开挖过程中应充分发挥围岩的自承能力,允许围岩发生一定程度的塑性变形,但不能因过大变形让围岩进入松动状态,以保持围岩的稳定性;(2)当围岩塑性过程发展到塑性应变突变或变形加速发展时,围岩材料将进入塑性流动状态。此时,围岩因过大变形而松动,扰动后极易失稳、坍塌。(3)近区围岩塑性流动松动、深部为连续介质条件下,高地应力软岩大变形隧道稳定性的理论分析与判据方法有待深入研究。     

高地应力软岩隧道大变形分级标准研究

针对兰渝铁路黑山隧道二叠系板岩大变形特征,展开了拱顶下沉、水平收敛、初支围岩压力、初支混凝土应力及初支钢架应力等测试,对该隧道的大变形进行了研究。结合国内外大变形分级标准和采用的措施,提出了该软岩隧道具有工程特性、应力状态和所处地质构造背景特殊复杂的特点,在这些因素共同作用下,产生了围岩变形特征复杂的大变形。施工中除了按照围岩级别对应的支护措施,还要结合大变形等级综合考虑,采取加强措施才能控制变形,确保施工安全顺利。     

云母片岩隧道围岩大变形分析研究

随着铁路建设的快速发展,隧道工程的比重不断加大,云母片岩隧道围岩大变形已严重影响了隧道施工安全和进度,本文为解决这些问题,通过对宝兰高铁杨家庄隧道云母片岩结构特性、矿物成分、抗压强度和水理特性等工程特性的介绍,对云母片岩隧道围岩大变形特征及变形因素进行分析研究。(1)变形特征:沉降收敛变形量大,变形速率快,变形持续时间长,变形差异大,洞身纵向变形分布不均及破坏形式多样性;隧道围岩变形与隧道围岩压力有着密切相关性,且早期变形严重,半个月后逐渐趋于稳定。(2)变形因素:地形地貌、岩性特征、岩体结构、地下水及围岩压力是云母片岩隧道围岩大变形的主要因素;单斜地层和地形产生偏压、开挖卸荷后围岩受地下水渗流软化沿变质片理面及泥质夹层产生塑性蠕变,使围岩压力分布不均等因素是导致杨家庄隧道围岩大变形的根本原因。     

隧道洞口坡段落石灾害危险性等级评价方法

出于隧道洞口坡段落石灾害防治决策的需要,针对铁路和公路的隧道洞口及交通运营特点,从落石致灾可能性(包括危岩崩落可能性、落石达到洞口区域可能性)和致灾严重性2个方面对落石灾害危险性等级进行综合评价,据此定义隧道洞口坡段落石灾害危险性分级指标,并在量化评分各影响因子的基础上,建立隧道洞口区域落石灾害危险性等级评价方法。将该方法用于8个隧道洞口的落石灾害危险性评价,结果表明该方法能够满足落石防治决策需要,并可为落石运动路径、速度、动能等计算设定风险等级。     

高速铁路隧道进口段地质灾害协同处治技术

为解决宝兰高速铁路塔稍村隧道穿越古滑坡体施工过程中进口仰坡变形、滑坡,洞内衬砌开裂、错台等问题,通过现场调查和监测,分析隧道洞口地表及结构开裂破坏特征及成因,提出进口段滑坡体-隧道灾害协同处治技术,并对实施效果进行现场测试。研究表明：古滑坡体水文地质条件较差、大断面隧道施工扰动、隧道支护结构承载力不足是导致隧道洞口变形破坏的主要原因,通过在洞外施作预应力锚索格梁和预加固桩,洞内径向注浆加固、拆换初支及二衬,支护加强及参数动态调整等协同处治技术,增加了隧道进口段古滑坡体的稳定性,有效控制了洞口边仰坡变形的发展,提高了隧道结构安全性。     

基于两步分级法和现场监控量测的隧道围岩稳定性研究

围岩分级是隧道稳定性评价的基础,采用两步分级法从定性和定量两个角度出发,综合多因素指标评判分级,为调整优化相应工程措施提供重要依据.通过现场监控量测,获得反映围岩和支护结构状态的数据,对其进行回归分析,根据围岩变形量和变形速率判据,对围岩稳定性进行评价,为确保靖宇隧道安全提供可靠依据,为二次衬砌提供合理的支护时机.     

地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

中天山隧道TBM施工破碎围岩段新型注浆加固技术

在TBM掘进施工中,造成TBM卡机的原因非常复杂,包括地质构造状况、设备运行状态、掘进操作水平及施工掘进参数等,其中地质因素是最主要的影响因素。针对地质因素所引起的隧道围岩坍塌或围岩变形过大,最有效的解决措施就是围岩注浆。本文针对中天山隧道节理密集段围岩坍塌或软岩段变形过大,为避免再次发生卡机事故,以提高隧道施工效率,对中天山隧道围岩注浆技术进行了研究,内容主要包括注浆材料、注浆设备、注浆工艺、注浆效果等。     

第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究

研究目的:富水条件下砂岩地层隧道开挖极易产生大变形。本文以蒙华铁路阳城隧道第四系富水红砂岩地层围岩大变形段为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,对围岩变形特征进行研究,从而提出围岩大变形的整治措施。研究结论:(1)对地层围岩认识有限、支护与降水措施不到位,导致围岩背后脱空溜砂,是产生大变形的主要原因;(2)工法变更辅以加密降水能有效控制围岩变形,拱顶沉降、水平收敛降低60%～65%,掌子面挤出降低50%;(3)现场试验监测结果显示,大变形整治措施、工法变更辅以加密降水行之有效,围岩变形量皆在规范允许范围内,后续施工段拱顶沉降监测值与数值模拟值相差18%,拟合较好,数值模拟有一定可靠度;(4)本文提出的围岩大变形相关整治措施,可为类似地层隧道围岩大变形整治、控制围岩变形及隧道安全施工提供借鉴。     

软岩隧道大变形影响因素及控制技术研究

软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道施工在高地应力条件下，极易发生大变形，导致支护侵限甚至二衬开裂等问题，严重危及隧道结构安全。在分析国内外软岩隧道大变形研究成果基础上，提出了软岩大变形分类方法，对大变形影响因素进行了总结，包括岩性、地应力、地下水、地层结构、膨胀作用、群洞效应等，并分析了各因素的作用机理；提出了软岩隧道大变形控制技术，包括微台阶开挖技术、多层支护技术、径向注浆技术、长短锚杆联合支护技术、差异预留变形量、二衬施作时机等，并通过工程实例对控制技术进行了解析，确定了关键参数，可为类似工程提供参考。     

基于收敛约束原理的高铁隧道力学分析

1 概述 隧道工程的核心问题是保证隧道围岩的稳定性,科研人员在隧道围岩稳定性控制方面进行了大量研究,提出了围岩塑性区分布、位移场、应力场、块体稳定性安全系数等一系列指标,作为围岩稳定性的评价标准,取得了较好的研究成果[1-4].在隧道围岩稳定性分析中,解析方法、数值方法、人工智能方法、经验类比法等得到了大量成功应用[5-8].在隧道工程中,变形量测远比应力量测简单、准确,可作为直观的指标反应隧道稳定性.因而基于隧道围岩变形控制的“收敛-约束”法在隧道工程中得到了大量应用[9-10]. 结合张家口—呼和浩特铁路(张呼铁路)福生庄一号隧道,采用“收敛-约束”法原理,对Ⅳ级围岩条件下大断面高铁隧道的稳定性及初期支护的安全性进行系统评价.     

层状围岩隧道大变形等级判别及处理

研究目的:隧道大变形的处理俨然已成为一道世界性的难题,而其中层状围岩的大变形几乎占到90%以上,极大地困扰着隧道的建设者。针对层状围岩正交各向异性的特点,国内研究较少,采用以各向同性为理论基础的强度应力比理论判定层状围岩大变形等级有一定的局限性。本文结合在建铁路成兰线、成昆线的隧道大变形处理,剖析当下一些对层状围岩大变形认识的误区,从而提出适合层状围岩大变形判别的标准。研究结论:(1)采用强度应力比判定正交各向异性的层状围岩大变形等级,因局限性较大,仅适合一些薄层状的千枚岩、断层压碎岩等各向差异较小的围岩;(2)结合变形监控量测情况,并根据层状围岩软弱夹层的含量来判断大变形的等级,该方法简单、可靠;(3)层状围岩破坏时大致经历"软弱夹层屈服破坏、变形→相邻临空侧岩层的破坏、变形→支护结构变形、开裂、侵限"的过程;(4)层状围岩的变形和破坏主要是在层状围岩中软弱夹层的法线方向上,设计者应根据岩层的产状有针对性地进行差异设计;(5)本研究结论可适用于隧道工程中各类层状围岩下隧道大变形的等级判定及其处理。     

软岩隧道涌水塌方机制分析及加固处治

研究目的:针对G316江西段改建工程佛头岭隧道施工至软岩区段时发生涌水塌方的工程事故,在深入调查和理论分析的基础上,本文对致灾诱因进行探析并提出处治措施,以此为依据,建立数值计算的对比工况,分析研究隧道涌水塌方的影响机制。研究结论:(1)软弱围岩体、地下水、降雨、地应力等自然因素是本次涌水塌方的内在原因(相对于Ⅴ级围岩,Ⅲ、Ⅳ级围岩拱顶变形分别下降81.7%和50.8%,无渗流作用拱顶沉降下降44.6%);(2)支护不及时和过大开挖步等人为因素是导致本次事故的重要原因(分别致使洞周最大变形处增幅达160%和29%);(3)围岩等级差异是涌水量大小的关键原因(Ⅲ、Ⅳ级围岩的最大日涌水量分别下降92%和78%);(4)监测数据表明,处治措施效果较好,围岩变形得到控制;(5)本研究结果对类似条件下的工程施工和加固处治具有参考价值。     

软岩偏压铁路隧道大变形处治施工技术

受地形、水文地质条件以及规划平面要求等因素的影响,在软弱偏压岩体中进行隧道开挖支护的工程越来越多。软弱岩体特征复杂、岩性多变、围岩破碎,隧道施工时易发生大变形。以下贵坪隧道工程为研究背景,通过现场观察和分析监测结果,分析大变形的基本特征,并归纳总结地形偏压严重、围岩软弱破碎和施工方法不当是引起下贵坪隧道大变形的主要影响因素,针对隧道大变形的特点提出施工方法调整和支护措施加强、浅埋偏压段洞外减载反压及初期支护变形拆换3项大变形控制措施,确保隧道施工及后期安全稳定。     

蒙华铁路黄土隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是选择支护形式和施工方法的重要依据,科学、准确的围岩分级是控制变形、节约成本、指导施工的重要基础。由于黄土的特殊性,黄土隧道与一般岩体的隧道不同,因此用于围岩分级的指标也大不相同。本文选取含水率、黏聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比5个分类指标,对现场测量的数据进行整理简化,得出Ⅳ_a、Ⅳ_b、Ⅴ_a、Ⅴ_b、Ⅵ五个分类等级对蒙华铁路蒙陕段黄土隧道的各测设段进行围岩稳定性划分,结果显示,五个围岩划分等级与实际设计围岩等级基本一致,可以用于黄土隧道围岩分级。     

基于均匀化方法的破碎千枚岩隧道稳定性分析

隧道穿越高地应力破碎千枚岩段时,容易造成围岩压力和能量的释放,导致隧道支护结构产生大变形破坏。当前的隧道围岩稳定性分析多将围岩与支护结构分开研究,分别求解特征曲线,但是锚杆注浆支护的原理是增强围岩的强度,与围岩成为一个整体共同承载地应力,不能单独作为支护结构考虑。以兰州-张掖三四线铁路XQ2标段新乌鞘岭隧道为研究背景,通过均匀化方法对锚杆注浆加固下的隧道围岩进行等效化处理,并基于约束-收敛理论计算出等效围岩特征曲线及支护特征曲线。结果表明,原支护结构强度不能有效地控制围岩变形,将隧道稳定性分析结果与现场监测数据进行对比,发现新方法能够很好地反映工程实际情况,为锚注加固作用下的破碎千枚岩隧道稳定性分析提供一种相对简便的定量计算方法。