高速公路隧道水平层状围岩锚杆支护参数优化研究

公路隧道穿越水平岩层施工过程中极易出现平拱、拱顶离层破坏、拱顶弯折内鼓等现象,而利用系统锚杆的"组合梁"作用可以极大减少水平岩层的拱部掉块,保证施工质量。以大梁峁特长公路隧道K81+300～K83+308段为工程依托,在对大梁峁隧道断面围岩的物质组成、结构特征、变形破坏机理分析的基础上,利用有限元数值模拟方法对原锚杆支护方案进行了优化,提出锚杆设置范围宜为拱部160°、锚杆长度为3.5m,边墙的系统锚杆可以根据实际施工情况不设或少设,并通过现场试验数据进行了验证,进一步证明了锚杆支护优化设计合理,效果显著。     

大断面浅埋黄土隧道锚杆轴力差异分析

以郑西铁路客运专线上的贺家庄隧道为例,研究了大断面黄土隧道中系统锚杆的受力状况,得出了拱部和边墙锚杆的受力特点,从径向位移的衰减规律和围岩压力分布形式两个角度分析了系统锚杆受力差异较大的原因,相关研究结论对黄土隧道的设计和施工具有参考价值和指导意义。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

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。     

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。     

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。     

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。      

层状软岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式研究

层状软岩地层中,隧道开挖后围岩的非对称破坏特征与支护结构的非对称受力特征显著,围岩的稳定性控制面临着较大的挑战。基于该背景,建立了层状岩体各向异性本构模型,并采用该模型分析了层理面的倾向与倾角对隧道破坏模式的影响,最终提出了围岩形变控制的锚杆非对称支护模式。研究结果表明:①当岩层倾角为0°,倾向为0°～180°或倾向为0°,倾角为0°～90°时,不同组合下围岩的塑性破坏区及形变显著区域均沿着隧道竖向轴线对称分布;倾角在0°～90°之间时,围岩的塑性区及形变显著区域呈现明显的非对称分布特征;倾角为90°,倾向为90°时,围岩塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线对称分布,其余倾向条件下,围岩的塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线非对称分布;②对于层状岩体而言,层理面特征是影响围岩破坏模式的最关键因素,而地应力场的方向是次要因素;③锚杆非对称支护方案,即首先加强围岩塑性破坏较大区域内的锚杆支护,其次加强围岩位移较大区域内的锚杆支护,可以有效的控制围岩的大变形与塑性区的发展。     

漂卵石隧道支护体系受力变形特性

针对川藏线拉萨—林芝段娘盖村隧道开挖与支护施工难、拱部塌落灾害频发等工程技术难题，提出了“三台阶互补循环式开挖+型钢钢架+喷射混凝土+双层密钢网+多组锁脚锚杆(管)+衬砌壁后注浆”的开挖支护组合体系，选取漂卵石隧道2组典型断面开展支护体系受力与变形实测研究，分析了围岩荷载作用特征、支护体系受力特性以及洞内外变形规律，揭示漂卵石隧道新型支护体系承载作用机制，总结提出了相应的防控新原则。分析结果表明：围岩压力以拱部松动塌落荷载为主且沿洞周分布不均，初期支护与二次衬砌平均荷载分担比例分别为67.65%和32.35%;锁脚锚杆受力拉压兼具，优化后最大拉、压力分别减小了45.9%和20.0%;二次衬砌受力总体较小，具有足够的结构安全储备；洞身段拱顶下沉不超过15 mm,水平收敛为8～9 mm;洞口段变形不对称且受浅埋偏压和降雨条件影响显著，拱部最大下沉达52.4 mm,上、下台阶水平收敛分别为11.4和15.6 mm,在类似不利条件下应尽早施作仰拱和二次衬砌以保证施工安全；漂卵石隧道支护体系设计遵循“少扰动、强拱脚、防超挖、密钢网、勤注浆”的防控原则，能够及时控制拱部松动区扩展，调动深层围岩的自...     

浅埋隧道洞口段施工技术

隧道洞口段是隧道施工的薄弱环节,为保证进洞安全,采用地表砂浆锚杆加固拱顶岩体;采用钢拱架、超前锚杆、超前小导管、钢筋网、喷射混凝土联合支护加固洞口岩体;采用控制爆破手段降低对围岩扰动,利用围岩量测技术指导施工。保证了洞口浅埋段的施工安全。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

高速公路隧道施工全过程三维弹塑性数值模拟

为了获得开挖过程中隧道结构体应力、应变和位移规律，以渝黔二期笔架山隧道北端洞口段实态建模，采用有限元程序对施工全过程进行了三维弹塑性数值模拟，并与现场实测数据进行了比较．研究结果表明，开挖对围岩影响较大的范围在开挖面四周5m以内，且上台阶开挖的影响大于下台阶开挖；围岩沉降和水平位移在开挖前已完成1／3；围岩塑性区位于开挖面前1．5m范围内，锚杆主要受本施工段上台阶开挖的影响．     

大华岭隧道塌方处理方案研究

详细介绍了张承高速公路大华岭隧道右线塌方处理方案,内容包括：避水、稳基、固岩、慎推的塌方处理总体指导思想;地表防水处理,洞外稳定隧道基础,洞内采取小间距型钢拱架加小导管超前注浆、边拆边支、短进尺预留核心土弧形开挖以及设置锁脚锚管、初支快速闭合成环、二衬迅速紧跟等具体方案和技术措施。所述内容对类似工程有参考意义。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

软弱围岩小净距公路隧道施工技术分析研究

通过对各工法的优缺点及适用性的比较,给出了道冠山隧道小净距段所用工法及其具体施工工艺,及各开挖步对应掌子面间的距离控制要求,并在对超前小导管注浆、预应力对拉锚杆、局部加长系统锚杆等小净距隧道中间岩柱常用加固方法进行比选,以确定道冠山隧道小净距段中间岩柱的加固方案。     

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。     

大跨浅埋公路隧道CRD法施工围岩松动圈量测与分析

新奥法原理指导下的CRD分部开挖技术是目前大跨浅埋公路隧道施工的主要方法。鉴于大跨浅埋隧道不同施工工艺下围岩扰动影响差异较大,以宁常高速茅山隧道为例,采用多点电测锚杆和多点位移计对CRD法施工过程的围岩深层扰动区位移及应力进行监测与分析,得出围岩分步开挖的松动过程及松动圈主要分布特点,同时对锚杆设计支护深度的合理性进行验证,可为优化设计及指导施工提供技术根据。