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。      

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

东山公路隧道开挖支护过程数值分析研究

应用有限元分析软件MIDAS/GTS,采用地层结构法分析了东山公路隧道开挖支护过程中的稳定性问题。分析结果表明,开挖不同断面过程中,围岩内最大主应力集中在钢架脚部,钢架架设时应及时施工锁脚锚杆,必要时可采用小导管注浆等方法对拱架脚部围岩进行加固;从衬砌变形角度分析,变形量最大处为拱顶下沉及底脚位置,施工中应注意对拱顶沉降的监测,逐步开挖核心土,保证施工及结构安全,同时应及时施作基础工程,以控制洞室变形;围岩最不利位置出现在拱顶及仰拱两侧,应是重点加强部位。     

铁路隧道软弱围岩破坏模式离散元分析

以贵广高速某铁路隧道为依托,采用离散元UDEC建立数值计算模型,对软弱破碎围岩的破坏模式和系统锚杆支护效果进行分析,可知：隧道开挖产生临空面,易引发节理结构面的破坏,拱部岩体首先出现破坏;系统锚杆能使洞周竖向、水平位移与塑性区得到有效控制;注浆加固不但使锚杆的销钉和组合梁作用更为显著,而且还有效提高了围岩的自承能力。通过分析建议取消拱部系统锚杆,加强侧墙锁脚锚杆。     

单线铁路隧道高地应力软岩破碎带大变形控制措施研究

为解决高地应力隧道软岩破碎带大变形的控制问题,以兰渝铁路某隧道为例,分析了软岩破碎带的变形特征,结合前期变形控制的经验,确定软岩破碎带的变形等级,采取保护围岩的施工理念,选择合理的支护参数,加强锁脚锚杆,施作锁固锚杆,使支护结构均匀受力,预留合理变形量并确定工序化注浆和横撑支护加强的时机,短台阶开挖、快速封闭和适时施作衬砌,建立大变形控制流程,有效控制了隧道软岩破碎带大变形.     

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。      

基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究，分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性，提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法，揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制，给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明：隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段；软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用；支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因；软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时，围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化，软塑黄土层分布于隧底段时，下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响；针对上述3类工况，提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。     

两车道公路黄土隧道变形规律

依托国道主干线GZ35青岛至银川高速公路陕西境内吴堡至子洲沿线上7座单洞两车道分离式黄土隧道,现场测试了隧道施工变形,并对测试结果进行了回归分析。分析结果表明:台阶法施工过程中黄土隧道拱部沉降远大于净空收敛;黄土隧道变形大致经历了急剧变形阶段(开挖初期)、持续增长阶段与缓慢增长阶段;黄土隧道的变形规律符合对数函数规律,由于对数函数具有发散性,故无法由此预估围岩的最终位移,围岩变形将长期处于缓慢增长状态;按照规范规定的最终速率值预估二次衬砌施作时机不符合工程实际要求,不能保证隧道围岩和支护结构的稳定和施工安全,因此,在黄土隧道的施工中,需要以控制拱部的沉降来控制隧道的变形。施工中必须秉承"快挖、快支、快封闭"的原则,采取加强初期支护,增设锁脚锚杆,仰拱和二次衬砌边墙基础紧跟,二次衬砌适时施作的措施,避免拱部围岩发生过大的沉降,确保隧道结构稳定。     

黄土连拱公路隧道围岩变形监测和数值分析

以离军高速公路黄土连拱隧道为工程背景,对地表沉降、地质和支护状况、拱顶下沉和水平收敛进行了现场监测,并采用有限元方法分析了隧道围岩拱顶下沉和水平收敛的变化规律,进而研究了黄土连拱隧道三导洞法施工的围岩变形规律和影响因素．结果表明：黄土隧道Ⅳ类围岩比Ⅴ类围岩变形小,围岩稳定较快;三导洞施工法开挖中、左、右导洞和断面开挖时,围岩应力一直处于重新调整中,变形也在不断变化,且施工中开挖顺序对围岩变形有很大影响,在洞室开挖施工中,要密切注意拱腰及拱顶的变形情况,加强Ⅴ类围岩监测,及时进行临时支护,尽早完成右洞初期支护,以防变形过大而围岩失稳;影响黄土隧道围岩变形的主要因素是黄土的工程特性和地质工程环境．     

浅埋偏压软弱围岩隧道口治理

以某隧道为例,采用砂浆锚杆配合小导管注浆加固边仰坡、偏压处反压回填、地表注浆配合管棚成型、台阶法预留核心土开挖、洞内拱部超前小导管注浆、径向小导管注浆及临时仰拱支护等多项综合进洞施工技术,且在施工中加强监测,保证施工安全、加快工程进度、提高劳动效率并确保该隧道运营阶段的安全。及早施作初期支护和二次衬砌控制围岩变形,保护和发挥围岩自承载能力,确保洞口坡体稳定。     

斜穿过砂卵石层地质构造隧道开挖的三维数值模拟分析

以某地铁隧道浅埋暗挖法为研究对象,建立了斜穿过砂卵石地质构造隧道开挖的三维有限模型.通过模拟隧道开挖,分析了隧道在不同支护工况下的围岩应力、位移、塑性区.分析结果表明,在第一步开挖后围岩位移较小,第二步开挖后在砂卵石层最厚处的围岩位移急剧增大并在后续开挖过程中趋于稳定;开挖过程中砂卵石结构本身的性质使其承载力小,因此在其地质层处出现了塑性区;锚杆的支护作用提高了围岩的整体性能,减小了拱顶上部围岩的内应力;隧道开挖后的卸载作用使钢拱架承受上部围岩荷载且主要承受压应力.为防止隧道产生塌方开挖后应及时施做初期支护和二期衬砌.     

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中的应用

在研究锁脚锚杆作用机理的基础上,对软弱国岩隧道采用锁脚锚杆时的支护效果进行分析,应用有限元分析软件MIDAS/GTS进行数值模拟、计算和分析.分析结果表明,合理的锁脚锚杆长度和打入角度不仅能够有效地限制围岩的变形程度,而且有利于发挥支护结构承载能力.经过不断计算,一般土质隧道的锁脚锚杆的适宜长度大约为3～3.5m;锁脚锚杆打入角度为0°时,拱顶下沉量及净空收敛量最少.     

浅埋偏压隧道口的软弱围岩综合加固处治研究

以夹坑隧道浅埋偏压段隧道洞口施工为例,依据隧道地质条件,综合利用砂浆锚杆加小导管注浆加固边仰坡、反压护道处治偏压技术、地表注浆、大管棚超前预加固围岩、预留核心土多台阶开挖技术、隧道拱部加固采用超前小导管注浆、径向小导管注浆及临时施做仰拱支护等综合治理加固和超前支护技术措施,并且通过施工监控围岩和地表变形数据,动态反馈施工加固的效果。     

软弱夹层对隧道稳定性影响研究

从兰渝铁路典型软弱夹层围岩隧道施工过程中出现的大变形和支护侵限问题出发,以围岩和初期支护为实体单元,采用FLAC 3D建立有限差分模型,研究了软弱夹层倾角和厚度对隧道稳定性的影响,确认了当软弱夹层倾角为30~60°时位移和应力增长更为显著及随夹层厚度的增加初期支护位移呈线性增长趋势等变形特性。分析建议采取在软弱夹层与洞壁交界处初期支护局部增加锁脚锚杆或注浆锚杆数量和长度等控制初支变形措施。     

车行横洞施工对隧道主洞变形的影响

针对隧道车行横洞施工对主洞结构产生影响,以运城-灵宝高速公路中条山隧道工程为依托,采用现场试验和三维有限元仿真的方法,对车行横洞施工阶段主洞的变形规律进行了研究。研究结果表明：车行横洞施工对主洞的影响,在时间上主要表现在交叉口初支拆除和横洞的第1个开挖步,随着横洞开挖深度的增加,主洞结构的变形逐步趋于稳定;车行横洞施工对隧道主洞围岩变形影响主要表现为主洞拱顶下沉量增加和开挖侧拱脚水平位移减小,主洞未开挖侧拱脚水平位移影响不大。     

地铁浅埋小净距隧道施工技术

青岛地铁五江区隧道中岩柱最小距离1.495～3.0m,埋深10m,Ⅳ级围岩,为浅埋小净距隧道;隧道围岩塑性区在中岩柱处易贯通,中岩柱很容易造成失稳坍塌。经过反复讨论,确定对中岩柱采用中空注浆锚杆加固,洞身初支采用格栅、拱部径向砂浆锚杆支护,先施工右洞设临时钢支撑,再施工左洞,边开挖边支护。采用提前加固与控制爆破技术,保证了施工安全,平稳地过渡至大断面施工。     

扩建小净距公路隧道施工力学分析

利用有限元模型分析了扩建小净距隧道在不同净距下隧道围岩、中夹岩柱、锚杆及初衬的受力特征。研究结果表明:扩建小净距隧道围岩的屈服区主要集中在拱脚部位,拱脚部位的隧道支护结构应有所加强,当净距大于1/2 B时,中夹岩柱受力状态受净距的影响很小;隧道外侧锚杆轴力约为内侧锚杆轴力的4～5倍。     

浅埋软岩铁路隧道富水段综合施工技术

兰渝铁路咀头、胡麻岭、桃树坪隧道为湿陷性黄土、第三系未成岩粉细砂岩等软岩含水隧道,为避免隧道塌方、二衬开裂及运营期间仰拱隆起或下沉等不良后果,施工中采取利用地表旋喷桩将隧道拱部及周围软弱围岩进行旋喷固结,利用108mm钢管锁脚配合强支护等措施,施工状况良好。     

苏州凤凰山连拱加小净距隧道计算

苏州市凤凰山隧道属于软弱围岩中浅埋大跨度连拱加小净距隧道,且隧道穿越凤凰山公墓区,隧道上方公墓密集,对隧道设计和施工技术要求很高。基于地层一结构法,用有限元对隧道施工过程进行模拟,重点分析了围岩位移场和应变场以及初期支护、锚杆和二次衬砌的受力,分析隧道横断面危险点,在设计中采取相应安全措施,并优化开挖工法,计算确定隧道爆破施工和机械开挖的埋深分界点。     

软弱岩体双连拱隧道施工力学响应分析

在软弱岩体环境下,针对大跨度双连拱隧道施工过程中衬砌、中隔墙及围岩等结构受力状态复杂、变化频繁等特点,以某大跨径双连拱隧道为实例,对隧道施工开挖全过程进行了数值模拟计算,系统分析了隧道围岩、中隔墙随隧道的开挖和支护过程的应力及塑性区的发展、变化规律,得到了采用侧壁导洞法施工时,隧道施工力学行为的变化规律,对同类隧道设计及施工具有参考意义。