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。     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准,结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义,给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法;找出极限状态下各控制点的位移关系,即预警位移、容许位移和极限位移;基于三车道隧道设计洞形,采用连续体弹塑性有限元模型,按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算,分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移,并进行t分布统计,得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值;对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下,隧道围岩表面的位移变化规律;研究同种工法、相同埋深条件下,弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系;对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据,得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断,即该方法的合理性得到验证。     

基于三台阶七步开挖法的三车道公路隧道 极限位移研究

为确定实际工程中大跨度隧道的变形基准，结合特征曲线法讨论了公路隧道极限位移的定义，给出基于三台阶七步法的初期支护极限位移确定方法；找出极限状态下各控制点的位移关系，即预警位移、容许位移和极限位移；基于三车道隧道设计洞形，采用连续体弹塑性有限元模 型，按同一围岩级别中的物理力学参数分位值组合计算，分析了不同埋深条件下的三车道初期支护极限位移，并进行t 分布统计，得出基于工法的三车道公路隧道初期支护相对极限位移基准值；对比分析同一围岩、同种工法在不同埋深及相同埋深条件下，隧道围岩表面的位移变化规律；研究同种工法、相同埋深条件下，弹性模量、黏聚力、泊松比、内摩擦角与位移曲线的关系；对比分析基于三台阶七步开挖法的现场监测数据，得出围岩变形的规律基本上符合计算结果的判断，即该方法的合理性得到验证。     

基于有限元的隧道围岩位移场分析

结合东马各庄隧道隧道Ⅴ级围岩浅埋段工程实际,利用ANSYS有限元软件模拟分析了围岩位移场变化过程及初期支护结构的轴力和弯矩,确定了双侧壁导坑法的合理性,为工程实际提高了理论依据。     

隧道超前支护及开挖施工技术

工程概况 某隧道系喇叭口隧道,由左、右线单线隧道以喇叭口形式过渡为双线单洞隧道。隧道除进口端位于砂质黄土层中外,大多位于混合岩、花岗岩、片岩及砂岩夹砾岩层中,线路经过处山体起伏大,相对高差50-110m,隧道最大埋深340m,埋深最浅处则在出口端的冲沟谷底露顶横穿而过,浅埋段长150m,明洞段长约164m。该隧道洞身贯穿于丘陵底部,进口端位于砂质黄土层中,围岩级别以Ⅲ、Ⅳ级为主,Ⅲ级围岩长5390m,占42.7%,Ⅳ级围岩长5301m,占29.5%,Ⅴ级围岩长1924m,约占15.3%。显然隧道开挖支护施工是本隧道工程施工的重难点。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

大管棚在隧道浅埋段Ⅴ级围岩地层中施工应用技术

大思高速公路盐井湾隧道出口段为隧道浅埋段,围岩级别为Ⅴ级,采用长40 m的大管棚进行超前支护,针对隧道浅埋段大管棚超前支护的施工方法作技术总结,对高速公路隧道浅埋段超前支护提供工艺参考。     

含孤石软弱围岩隧道施工技术研究

以某含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道为例,通过现场实测和数值计算对孤石对初期支护影响的基本规律进行了研究,并以此为基础提出针对此类地层的隧道施工方法。研究表明:软弱地层中距隧道较近的孤石会引起初期支护局部应力集中和围岩压力分布不均;就含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道而言,半径超过0.5m、至隧道距离小于1.5m的拱顶、拱腰孤石会使与孤石临近部位的初期支护的弯矩、剪力明显增大;含孤石软弱围岩隧道宜选用交叉中隔壁等临时支撑较强的工法施工。     

奉铜高速公路白龙江隧道施工技术研究

介绍了白龙江隧道的施工技术,确定了隧道开挖的支护方式及关键技术;隧道洞口和洞身的施工方法,着重介绍隧道洞口浅埋土质或易坍塌的软弱围岩地段开挖作业和洞身Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段开挖作业的具体方案、方法,施工步骤;超前支护措施中超前长管棚、超前小导管、超前锚杆的施工方法;对施工中的注意事项进行了说明。     

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。      

隧道动力深浅埋界限及其影响因素研究

通过有限元模拟计算了不同围岩条件、洞跨及地震烈度下的隧道地震反应特性,研究了隧道动力深浅埋划分界限及其影响因素。结果表明:隧道结构受力随着隧道埋深的增加呈现先增后减的变化规律,可见拐点即为深浅埋界限;围岩条件越好,隧道的动力深浅埋界限越深,隧道在Ⅲ级、Ⅳ级及Ⅴ级围岩条件下的动力深浅埋界限分别为100,80,60 m左右;隧道动力深浅埋界限深度随着隧道跨度的增加而减小,但其受影响程度较小,隧道在跨径为6,10,20 m的情况下的动力深浅埋界限分别为100,100,80 m左右;隧道动力深浅埋界限不受地震烈度的影响。     

龙潭隧道围岩参数与地应力场联合反演

龙潭隧道是沪蓉国道主干线湖北境内一条主要隧道,它的全长近8 900 m,埋深约500 m,为典型的深埋长隧道.隧道经过地区的地质条件复杂、地应力较大.为了合理地计算围岩稳定性,利用实测位移信息,进行了围岩参数和地应力场的反演.基于实测收敛位移,采用进化神经网络法,提出了一种围岩参数和地应力场联合反演的新方法,并利用该方法对龙潭隧道多个典型断面进行了反演研究.为了验证反演结果,采用反演得到的围岩参数和地应力场进行了数值计算,其计算结果和实际情况吻合.计算结果表明,通过反演,能得到反映整个隧道围岩参数和地应力场的基本参数,反演结果能较好地反映实际情况.     

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.      

铁路大断面黄土隧道初期支护作用效果

以兰渝铁路胡麻岭隧道为工程背景,通过三维数值模拟结合典型断面现场监测,对铁路大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合研究,通过数值模拟得到黄土隧道在开挖扰动后初期支护的受力状态,将数值模拟结果和现场监控量测数据进行对比,获得典型断面围岩与锚杆轴力的变化规律,并对初期支护作用效果进行评价,找出施工过程中的薄弱环节,提出相应的优化措施．结果表明,数值计算与现场实测结果基本吻合,黄土地区隧道施工应坚持“及时支护、及早封闭”原则,确保开挖后围岩变形的稳定．     

大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法

依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期支护的整体沉降;在初期支护闭合后,主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓;大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂;绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化,是造成隧道大变形灾害的根本原因;隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束,加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏;初期支护承载能力有限,围岩荷载不断传递至二次衬砌,是导致二次衬砌开裂的直接原因;围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制,以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制;通过采用“三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱”的大变形灾害综合控制方法,同时对隧道大变形进行分级管理,有效避免了隧道大变形灾害的发生。      

基于弹塑性理论的隧洞围岩稳定可靠度分析

在隧洞围岩稳定性分析中,运用可靠度理论比传统的安全系数法更符合实际。以圆形隧洞围岩的弹塑性分析的解析解为基础,建立圆形隧洞围岩稳定性分析的可靠度分析模型。考虑到功能函数的高度非线性,采用Fortran语言编制可靠指标的计算程序,并结合实例对可靠指标的影响因素进行分析。     

乌鞘岭隧道F7断层区段左线迂回导坑监控量测

兰新复线兰武段乌鞘岭隧道F7断层,为区域性大断层,地应力高。施工过程中,围岩变形达1 m以上,初期支护出现多处变形侵限及坍塌事故。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,及时优化、更改预设计,在左线迂回导坑做试验段,进行了拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初支混凝土应力、初支围岩压力、初支钢架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理性参数的跟踪量测,利用量测结果指导正洞设计施工及预见事故和险情,以便及时采取措施,保证了隧道顺利贯通。