石鼓隧道施工监控量测技术及数据分析

在隧道新奥法施工中,为保证施工安全及结构的长期稳定性,监控量测工作非常必要。以广河高速公路石鼓隧道为工程背景,对地表沉降、拱顶下沉和水平收敛等进行了跟踪量测,量测结果表明:隧道开挖及初期支护30 d左右,围岩基本上趋于稳定,应按照规范要求及时施作二次衬砌;隧道洞口的地表沉降远小于允许沉降值,说明浅埋段采用双侧壁导坑法开挖是适宜的;同一监测断面的周边收敛、拱顶下沉的监测指标随时间的变化规律基本一致,围岩的变形特征与围岩级别、开挖方式等有着直接关系。研究成果为隧道的现场施工提供了必要的依据,同时也可为分析研究其它同类工程提供参考。     

公路隧道二次衬砌厚度的优化

应用工程类比法对榆树沟隧道二次衬砌厚度进行了优化设计,选取了Ⅱ类围岩浅埋、Ⅲ类围岩及Ⅳ类围岩三种不同的复合式衬砌结构类型,对隧道开挖后围岩和初期支护的力学状态采用FLAC软件进行了模拟计算,对二次衬砌的力学状态采用ANSYS软件进行了分析。结果表明三种衬砌结构类型的二次衬砌内力都较小,最大轴力为165 kN,最大弯矩为-15.97 kN.m,且都发生在Ⅱ类浅埋断面,二次衬砌的安全系数较大;衬砌周边位移最大的是Ⅱ类围岩浅埋,其洞周位移最大值(18 mm)发生在拱脚处,边墙围岩收敛较小,且围岩越好,周边位移越小;现场监控量测的净空收敛数值均远小于允许收敛值,二次衬砌接触压力的量测值均远小于规范计算值。可见,二次衬砌工作状态良好,安全储备较大,减薄二次衬砌厚度的隧道结构是安全的。     

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。     

水平岩层公路隧道监控量测分析

公路隧道施工过程中遇到水平产状的岩层时处理不当极易出现围岩失稳、坍塌等事故,这些事故将对隧道施工人员、设备安全造成不利影响。以石塘隧道为工程背景,分析该隧道地表沉降、拱顶下沉及周边收敛、围岩内部位移、锚杆轴力、围岩与初期支护间压力监控量测结果,研究其变化规律。研究结果用以指导该隧道后续施工和设计方案优化,并可为类似水平岩层隧道设计、施工及监测提供借鉴。     

变形观测和地质超前预报相结合分析围岩稳定性

以贵州某山岭隧道为例,结合周边收敛、拱顶下沉、地表沉降三者之间量测数值以及无损物探—地质超前预报探测结果,分析隧道在浅埋条件下软弱围岩周边收敛、拱顶下沉、地表沉降数值变化规律以及与地质超前预报探测结果的对照分析,根据测设和探测结果进一步为隧道施工提供合理的施工方案和安全的支护参数。     

富地表水浅埋偏压隧道围岩变形的实时监测研究

偏压隧道一般位于风化破碎岩层、堆积层、冲积层或坡积层等较松软地层,埋深往往较浅,在隧道开挖过程中,洞顶下沉较大,难以形成自然平衡拱.通过研究广珠铁路江门隧道典型断面围岩周边水平位移、拱顶沉降和地表沉降的实测数据,分析了隧道开挖引起围岩变形与破坏特征.分析表明,周边水平收敛和拱顶沉降均为开挖初期变化速率较快,开挖一段时间后变形趋于稳定.     

超浅埋偏压隧道洞口段施工变形控制

浅埋偏压隧道所处地质环境复杂,隧道围岩强度低、岩体破碎,地下水渗透,易导致围岩失稳。结合月麦岔隧道施工,通过数值模拟分析与现场监控量测,对浅埋偏压段施工围岩变形进行研究。结果得出:隧道开挖后,整个地层由于偏压作用发生了向右的变形,并且反压回填的锚固桩发生了一定的倾斜;隧道各塑性区未连通成片,山体基本处于稳定状态;隧道位移变形呈非对称分布,并且以沉降变形为主。经过衬砌弯矩最大的4个特征点的检算,可发现衬砌截面强度满足规范要求。研究表明:采取的施工方案及支护效果较为理想,变形及沉降量符合要求,可为解决浅埋偏压隧道洞口段施工变形控制问题提供参考。     

软弱黄土隧道支护结构力学特性测试

为研究软弱黄土隧道支护结构的受力特性,优化黄土隧道设计理论,以西宁过境高速公路某黄土隧道为依托,选取杂填土段、深埋段和浅埋段进行了大规模的现场测试,从支护受力的空间分布、时间分布、计算方法以及对比验证等方面,对围岩与初支接触压力、初支与二衬接触压力及二衬和仰拱混凝土的应变进行了系统的研究。分析结果表明:拱顶、拱肩处的压力值较大,是黄土隧道最危险的部位,容易发生坍塌;围岩压力计算值与实测值相差较大,现有方法在计算黄土断面围岩压力时存在较大的误差;深埋段围岩压力稳定时间最短,浅埋段次之,杂填土段时间最长;软弱黄土隧道"新奥法"原理指导下,"强初支,弱二衬"设计理念的采用,使二衬荷载承担比例控制在11%~36%范围内,充分发挥了初支对围岩变形的抑制作用,二衬仍作为安全储备。     

深埋隧道穿煤段围岩变形特征研究

根据某隧道穿煤段(C2煤层)的工程实例,结合围岩位移、围岩内位形、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测,而进行的有关隧道穿过煤段围岩-支护结构的变形特征的分析结果表明:围岩位移变形分为急剧增长、缓慢增长和趋于稳定三个阶段;受高应力与岩体结构的影响,拱顶下沉为水平收敛的3倍,且初期下沉快,下沉时间长;围岩浅部较深部变形快且大,松动圈半径为2.5m～3.0m。该研究结果为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要的科学依据。     

高地应力软岩隧道支护时机及预留变形量研究

隧道的合理支护时机与预留变形量是制约施工工期和工程造价的重要因素。以湖北省宜巴高速公路峡口隧道为例,采用数值模拟方法,对隧道围岩的时空变形规律进行分析,研究高地应力软岩隧道的合理支护时机与预留变形量。结果表明:高地应力软岩隧道开挖过程中,围岩变形以与时间相关的蠕变变形为主,拱顶下沉蠕变变形量占总变形量的78%,水平收敛蠕变变形量占总变形量的71%。拱顶下沉量在15 d 后即可达到其总变形量的90%,水平收敛量在12 d 后达到其总变形量的90%。按照极限位移准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖15 d 后;按照变形速率准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖25 d 后;合理的支护时机应在隧道开挖后15 ~25 d。基于研究结果,峡口隧道设置的预留变形量设计为35 cm,通过对二次衬砌进行长期稳定性分析,验证了该预留变形量是合理的。