破碎炭质板岩隧道掌子面预加固参数优化研究

云南滇西地区破碎炭质板岩隧道开挖过程中常发生大变形破坏,如何有效控制变形是研究的热点。依托大临铁路杏子山隧道破碎炭质板岩大变形段的实际情况,在不断增加初期支护强度及措施仍然无法有效控制变形的前提下,提出以玻璃纤维锚杆预加固掌子面为核心的隧道变形控制技术措施,采用数值模拟的研究方法,从掌子面挤出变形及预收敛变形等对掌子面预加固技术参数(锚杆加固长度、锚杆密度)等进行优化分析评判。研究结果表明,掌子面预加固玻璃纤维锚杆间距宜控制在0.6 m以内,每环玻璃纤维锚杆的施工长度应大于6 m,搭接长度不应小于3 m。最后通过现场实测初期支护变形数据表明,纵向长度12 m、搭接长度3 m、间距0.6 m×0.6 m梅花形布置的掌子面玻璃纤维锚杆对于掌子面挤出变形控制效果明显,有效地控制了围岩的变形。研究结论可为类似地质条件隧道掌子面预加固参数选取提供参考。     

隧道掌子面锚杆加固参数确定方法

依托新意法的基本概念,提出锚杆加固密度、加固长度、加固范围的确定方法;基于摩尔库伦屈服准则对两种超前措施的力学原理进行解释,提出两种措施的适用条件;采取理论分析和数值模拟相结合的方法,根据掌子面上土体的约束力和锚杆锚固力的平衡以及单根锚杆的局部锚固力确定锚杆的加固密度,根据掌子面失稳机理与破裂面的深度确定锚杆的加固长度。最后通过不稳定状态下隧道掌子面的稳定过程,阐述核心土保护措施和核心土加固措施的适用条件。研究结果对隧道施工支护参数的确定具有一定参考价值。     

高速铁路隧道超前支护稳定性试验研究

为研究深埋隧道超前支护的应用效果,依托银兰高铁香山隧道工程,模拟开展隧道三台阶法开挖对比试验,通过分析不同位置土压力变化情况、掌子面变形情况和锚杆微应变峰值变化,研究锚杆支护对于掌子面和围岩稳定性的影响。研究表明：(1)锚杆支护对土体变形有很好的限制效果,并且对于竖直方向土体限制要优于水平方向。(2)锚杆支护对于掌子面前方土体的加固限制了上方围岩的变形范围,间接提高了围岩稳定性。(3)锚杆支护后,掌子面最终变形量减少0.92 mm,位移量较未支护减小近50%。(4)掌子面中部位置的锚杆支护效果最优,而上部锚杆变形较大,建议与小导管、管棚等配合使用。研究成果可为隧道施工时对于掌子面锚杆超前支护的稳定性提供理论参考。     

软弱围岩隧道变形特性及控制措施

为研究隧道软弱围岩变形特性及控制方法,基于FLAC 3D有限差分方法,采用基于HoekBrown屈服准则的应变软化模型,分析银瓶山隧道掌子面预加固及超前支护对软岩隧道大变形的影响。研究结果表明:采用Hoek-Brown应变软化模型计算所得的围岩变形量大于采用理想弹塑性模型计算结果;针对隧道软弱围岩的大变形特性,提出掌子面预加固与超前锚杆相结合的支护方案。经实施和现场监测,该支护方案不仅能控制掌子面挤出位移,而且能有效控制软弱围岩的纵向位移。     

软弱围岩大断面隧道开挖面变形控制技术

软弱围岩隧道的开挖容易造成开挖面失稳坍塌、冒顶,以及地面与拱顶沉降过大等险情,所以需要对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以浙江野猪山隧道为工程背景,根据其掌子面采用长14 m、搭接长度为8 m的玻璃纤维锚杆加固后的实际监测,通过有限元模拟理论分析,得出掌子面挤出变形和拱顶沉降近似成线性关系。由此可以根据掌子面后方的拱顶沉降值预测掌子面前方的土质情况,以便及时采取加固措施。     

超前加固和初期支护对浅埋隧道地表沉降控制的贡献率分析

为研究浅埋软岩隧道不同支护方式对地表沉降的影响,以硅藻土地层飞凤山隧道斜井试验段为依托,采用数值模拟和现场监测手段,研究超前加固和初期支护对浅埋硅藻土隧道地表沉降控制的贡献率差异。研究结果表明:初期支护与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少31.7%,后方测点减少77.2%,可见初期支护对地表沉降控制贡献显著;超前加固与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少55.5%,后方测点几乎无变化,可见超前加固(掌子面约束)对其前方地表沉降控制贡献相对显著,但对其后方沉降控制贡献低;此外值得注意的是掌子面挤出位移减少了80.4%,改善作用明显;同时实施初期支护和超前加固可近似认为是仅初期支护和仅超前加固的叠加结果。研究成果可为依托工程及今后类似浅埋隧道提供参考。     

震后千枚岩与板岩互层隧道开挖变形控制技术

研究目的:汶川至马尔康高速公路鹧鸪山特长隧道洞身通过千枚岩与板岩交互围岩,软硬不均地质频繁突变形成交互地层,受"5·12"强震及不定余震影响,岩体褶皱曲折,层间地下水渗透软化千枚岩,而板岩节理面光滑,千枚岩软化层极易出现似"流体状态"的滑流,造成变形坍塌。为解决鹧鸪山隧道施工的变形坍塌难题,本文通过优化开挖方法和支护参数展开研究。研究结论:(1)类似地层施工应遵循"先柔后刚、先放后抗、及时封闭、径向注浆加固、控制变形"的原则;(2)千枚岩遇水极易软化流失溜坍导致较大变形,提出类似水文地质隧道开挖预留变形值宜控制在20～35 cm;(3)宜采用三台阶预留核心土法开挖,台阶长度控制在3～5 m,台阶总长控制在25 m内,仰拱初支应及时封闭成环,其与掌子面距离宜控制在25 m内;(4)超前支护宜采用自进式中空注浆锚杆加固围岩;(5)富水地段应在初支背后加密埋设环向排水管,将初支背后散水归位,同时应充分考虑隧道突涌水量和营运排水需求,确定适宜的排水沟断面尺寸;(6)本研究成果可为川藏地区类似隧道工程的设计与施工提供参考和借鉴。     

重载铁路隧道穿越富水砂层综合施工技术研究

重载铁路隧道长段落穿越第三系富水砂层,隧道开挖后,在地下水渗流作用下,富水砂层颗粒随水流失、粉质黏土含水率增大,诱发掌子面砂层、粉质黏土等变形失稳,局部甚至发生涌砂、突泥、突水现象,严重影响施工进度。为此,根据地层性质及成因分析,采用理论与现场试验相结合的动态设计,确保施工安全。设计中采用了对围岩超前预注浆加固封堵地下水、掌子面玻纤锚杆注浆提高核心土的整体稳定性,拱部超前大管棚预支护控制围岩变形,长导管泄水降压降低周边砂层的含水量,施工过程"快挖、快支、快封闭"的原则,从而实现安全开挖,快速通过的处理方案,可为类似工程提供借鉴。     

宜万铁路隧道变形侵限原因分析与治理

研究目的:宜万铁路全线共有隧道159座,据统计,施工中有14座隧道21次发生了变形侵限,占隧道总数量的8.8%.分析变形侵限原因,提出治理方案. 研究结论:变形侵限与隧道断面和埋深关系不大,不良地质、开挖方法、辅助工法、初期支护及时性和监控量测信息反馈是引起变形侵限的主要原因.研究表明:(1)单线软岩隧道宜采用短台阶法施工,台阶长度控制在10～15 m.双线软岩隧道宜采用CRD法、CD法施工,或采取超前注浆及大管棚支护措施下短台阶法施工;(2)预留变形量适当放当,Ⅳ级围岩单线5～10 cm、双线10～15 cm;Ⅴ级围岩单线10～15 cm、双线15～20 cm;高地应力段30～40 cm;(3)隧道日变形速率v≥5 mm/d,累计变形量U≥13U0时,应对初期支护补强;v≥10 mm/d 、U≥23U0时,应封闭、支撑、径向注浆加固;(4) 软岩高地应力隧道应采取"初支-释放-强化-衬砌"综合技术;(5) 对侵限地段可采取径向注浆加固后逐榀拆换.     

泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究

泥石流堆积体隧道围岩松散破碎,黏聚力差,掌子面及洞周极易坍塌,初支拱脚沉降变量大,初支结构整体失稳风险高,施工安全难以保证。为此,结合红桥关隧道穿越泥石流堆积体段工程,开展泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究。实践表明：采用管棚与玻璃纤维锚杆相结合的掌子面超前支护措施,可增强掌子面稳定性,掌子面向隧道净空变形破坏得到控制;采用“先固后钉法”的围岩加固技术(即地表竖向、洞内纵向群桩注浆加固和土钉加固围岩),改善了围岩物理力学特性及抗变形破坏能力;采用锚桩与横担梁相联合的初支拱架沉降控制技术,解决了隧道初支拱架锁脚部位沉降问题,使拱架结构稳定性大幅提高,保证了隧道安全高效施工。     

侵入蚀变岩隧道大变形控制技术研究

针对侵入蚀变岩隧道施工期洞周变形过大、施工功效低等问题,以玉磨铁路安定隧道为工程依托,采用现场调研、数值模拟等方法研究侵入蚀变岩隧道大变形控制措施,分析掌子面喷砼封闭和拱脚大直径锁脚锚管对隧道洞周变形的控制效果;探讨隧道施工功效降低原因,并提出改进方法。研究表明:(1)采用掌子面喷砼、?76大锁脚锚管、加大预留变形量三种措施对隧道洞周变形可进行有效控制且效果明显。(2)掌子面喷砼措施对洞周水平位移控制更为显著,而锁脚锚管对拱顶沉降的控制较为明显。(3)导致隧道施工功效降低的主要原因为围岩级别变化与不良地质频繁出现,提出增设斜井辅助施工通道和变更钢拱架支护方案两种措施,极大提高了隧道施工功效。     

大断面黄土隧道变形特征分析

以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用三维数值模拟结合现场试验,对台阶法施工中围岩深部变形特征进行分析;研究围岩纵向变形规律并预测先期位移;研究预留核心土对围岩变形的控制效果。结果表明:围岩拱部竖向位移弱化较慢,而边墙水平位移弱化较快,水平收敛普遍小于拱顶沉降;隧道纵向先期位移约占总位移的31%～38%,预留核心土可有效控制围岩纵向变形;纵向位移与围岩弹性模量成反比,Hoek曲线与数值计算结果较接近,特别是掌子面前方较好吻合,数值计算先期位移占总位移的33%;预留核心土有效降低掌子面的临空范围,有利掌子面稳定;核心土适宜预留长度为2R/3(R为隧道换算半径);数值计算和实测的围岩变形规律基本一致。     

客运专线双线隧道穿过软弱夹层力学效应研究

以贵广客专太阳庄隧道为背景,研究隧道穿越软弱夹层施工过程中围岩变形特性、塑性区及支护结构纵向、横向力学响应。洞周变形以竖向为主,软弱夹层洞周变形量远大于规范要求,应进行掌子面预加固,范围为前方10 m。支护结构沿纵向不均匀变形,拱顶纵向承受压应力,应加强地层变化处拱顶设计参数。支护仰拱沿纵向整体呈现拉应力,软弱夹层段沿纵向最大拉应力超过混凝土极限抗拉强度,且墙脚安全系数不满足规范要求,因此必须加强纵向、横向配筋率,对墙脚进行特殊处理。可预留充分的变形富裕值,实行"边让边抗",充分发挥围岩自承载能力,一次支护屈服后,再施作二次支护。研究成果对贵广客专太阳庄双线隧道施工具有重要指导意义,可为今后类似工程提供参考和借鉴。     

甘塔斯隧道膨胀性围岩支护技术研究

基于新奥法和新意法2种隧道修建理念,结合在国外实施的甘塔斯隧道工程实例,全面介绍隧道实施的支护类型,并特别强调新意法在不良地质情况下的特殊作用。在不良地质段的解决过程中,通过超前玻璃纤维锚杆的实施,起到稳固超前核心土的作用,从而实现通过控制超前核心土的挤出变形和预收敛来控制隧道支护变形的目的,使隧道掌子面具有可全断面开挖、一次闭合成环、减少围岩扰动的特点。在总结新意法支护类型实施过程的基础上,提出“杆超前、严注浆、大开挖、强支护、秒成环、勤量测”的实施精髓。     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

滑坡隧道新型综合加固结构理论研究

当滑坡体厚度较大,隧道在滑面附近时,为了解决治理费用较高,施工难度大,工期较长的问题,提出一种滑坡隧道新型综合加固结构。治理理念是用锚索、抗滑桩和隧道衬砌加固结构,只对隧道及其与隧道稳定直接相关的洞周滑坡岩土体进行加固,针对该综合加固结构体系的特点建立物理力学模型,并对其内力进行理论分析,推导出加固结构体系中各单元结构轴力、剪力和弯矩的理论计算式;算例分析结果表明,锚索的作用使隧道边墙不利受力状态有所改善,据此可以通过调节锚索或隧道衬砌结构参数,使隧道加固衬砌、抗滑桩和锚固体各单元结构的受力达到均衡的合理状态。     

深埋风积沙隧道施工工法及围岩变形特征研究

风积沙作为一种抗剪能力弱、黏聚力低、自稳能力差的土体,隧道开挖时围岩变形难以控制,研究风积沙隧道的围岩变形特征及其适用的施工工法则显得尤为重要。依托蒙华铁路王家湾隧道穿越风积沙段,通过室内试验得到相关参数,采用有限差分法进行数值模拟,对比分析有无水平旋喷桩加固两种工况的围岩变形和塑性区发展,从而得出三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶七步法、CD法以及双侧壁导坑法5种工法的变形特征和水平旋喷桩的加固效果。研究结果表明,(1)在无水平旋喷桩加固围岩的情况下,双侧壁导坑法最适用于大断面深埋风积沙隧道,但其控制效果仍然不能满足变形要求;(2)采用水平旋喷桩加固后,三台阶加临时仰拱法最适合于大断面深埋风积沙隧道;(3)水平旋喷桩与三台阶加临时仰拱法结合能够有效控制围岩变形;(4)水平旋喷桩能够显著控制上半部分围岩变形大小,并减缓全环围岩变形速率,但对下半部分围岩变形大小控制不明显。     

地铁隧道下穿河流施工遇富水软弱地层的控制技术

以青岛地铁某隧道下穿河段工程为依托,在对地质条件及工程资料进行深入分析的基础上,提出了包含超前深孔注浆、地面复合锚杆桩及洞内小导管补偿注浆等多种注浆加固措施的联合控制方案。通过数值模拟及现场监测,研究了地铁隧道区间下穿河流施工时所遇富水软弱地层的结构及其地表变形特性。结果表明:注浆施工会导致软弱地层膨胀隆起,诱发左、右隧道区间正上方的地层出现“M”型的正曲率变形,地表变形范围约为隧洞跨度的2倍;注浆压力和注浆量对地表隆起的速率和变形量有一定影响,必须及时结合监测资料动态调整注浆工艺和关键参数。该联合施工控制方案具有良好的加固控制效果,能够改善施工作业面前方的地质特性,可有效控制隧道结构及其上部地层的变形。