软弱围岩快速施工与机械配套技术研究

研究目的:研究高地应力软弱围岩隧道快速施工与机械设备配套,充分发挥大型机械设备在高地应力软弱围岩隧道施工中的作用,为以后类似条件隧道施工提供成熟高效的机械配套模式和施工技术. 研究结果:在高地应力软弱围岩条件下实现快速施工,首先要有足够强度的支护有效地抵抗围岩变形,并选择恰当的施工方法及时封闭围岩,形成支护封闭环,发挥支护作用;再根据施工方法和施工条件合理地进行机械配套.     

隧道超前导洞法地应力释放技术研究

隧道穿越高地应力软弱围岩地层将不可避免地产生洞室大变形,为有效控制变形、保障安全的同时降低工程投资,很有必要对高地应力软岩隧道进行超前应力释放研究。从试验设计、区域地质素描入手,通过对超前洞室水平收敛和拱顶下沉量变形规律的研究、分析,提出了高地应力软岩条件下,洞室大变形与区域地质构造走向、主应力方向之间的辩证关系;结合地层岩性,对不同围岩条件下变形量的差异性做了定性分析。通过对不同支护形式下的变形试验研究,总结了不同支护形式的释放功效和变形特点,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

浅埋偏压软弱围岩双连拱隧道施工技术

研究目的:针对某市政浅埋偏压软弱围岩双连拱隧道地质软弱、围岩无自稳能力、初期支护变形大、严重偏压、易塌方的情况,总结有效性的控制变形、偏压、塌方处理的隧道施工技术,研究结果对今后类似地质条件的隧道施工有一定的借鉴作用。研究结论:(1)浅埋偏压软弱围岩双连拱隧道施工必须根据现场地质情况制定制定合理的支护参数;(2)市政地质条件差的隧道必须进行高频率的监控量测、根据数据指导施工;(3)合理地改变施工工序可以确保隧道安全顺利的贯通;(4)抗滑桩和反压回填可以有效解决软弱围岩隧道偏压问题。     

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

同寨隧道进口变形控制技术研究

研究目的:同寨隧道进口受高地应力、碳质板岩等地质因素作用,在以I18型钢为主的初期支护参数支护下,施工中出现大变形,拱架扭曲、喷混凝土脱落,严重影响施工安全和进度。本文意在寻找解决大变形的方法,为后续施工提供参考。研究结论:经研究分析得出以下变形控制技术措施:(1)在地应力大变形段采取以抗为主的支护措施,坚持"先强后优化"的原则,支护一次到位,从而达到控制变形的目的;(2)软弱围岩开挖后及时支护,尽早封闭成环,并且适时进行径向注浆,有效加固松动的围岩,改善围岩性能,减少作用于支护结构上的围岩压力,使支护与围岩共同形成受力体系,共同抑制隧道变形的发生;(3)减少开挖对围岩的扰动次数,尽早施作仰拱,严格控制初期支护闭合时间;(4)本文对隧道碳质板岩的控制变形措施,可为类似工程提供借鉴。     

近水平砂岩隧道初期支护变形破坏分析及控制技术

针对蒙华铁路段家坪近水平砂岩隧道高地应力条件下初期支护变形破坏的问题,应用地应力测试技术获得隧道围岩初始地应力分布规律,对初期支护变形破坏特征进行分析,提出了高应力水平地层支护设计对策,并应用于工程实践。研究结果表明:隧道区段处于以水平构造应力为主的高地应力状态且最大水平主应力方向不利于隧道的稳定;应力释放导致隧道原有初期支护开裂变形,混凝土破坏为压剪破坏,格栅钢架主筋破坏为受压失稳;采取增强支护参数、增设缓冲层、加装阻尼器等技术措施成功解决了高地应力水平岩层隧道初期支护变形破坏问题。     

渝黔铁路极高地应力隧道施工控制技术

研究目的:渝黔铁路天坪隧道长为13.928 km,是全线控制性工程,地质情况极为复杂,其中进入斜井施工后,发现出现初支变形严重、底板隆起等现象,经实测判定该地段为极高地应力区,易发生大变形现象。因此,应研究安全可靠的施工措施完成高地应力区段的施工。研究结论:通过在天坪隧道的施工实践,总结出以下施工措施确保极高地应力施工安全质量:(1)应增加预留变形量,确保高地应力软岩变形后不侵限;(2)应加强监控量测,预测围岩变形量,以便指导施工;(3)应及时调整支护参数,动态适应围岩;(4)当初支变形速率7 d连续小于1 mm/d时,及时施作二次衬砌混凝土;(5)本研究结论可为类似高地应力隧道施工提供参考与借鉴。     

高应力软弱围岩的支护方式的分析及其应用

明垭子隧道是十堰至天水高速公路的控制性工程之一,在隧道穿越高地应力软弱围岩时,初期支护结构发生了严重变形。通过现场监控量测的方法对明垭子隧道采用的套拱法和双拱法两种支护形式的变形情况进行了分析,结果表明穿越高地应力软弱围岩地层采用双拱支护结构形式可有效地控制隧道的变形,为类似工程提供借鉴。     

老东山隧道软弱围岩变形开裂控制技术研究

老东山隧道地处区域性断层夹持的构造挤压带中,隧道在施工过程中多次出现初期支护变形开裂现象。通过对现场地质状况的调查,从围岩岩性、地质构造、地下水等方面,探讨了隧道产生大变形的原因和机制;结合围岩变形实测数据的分析,得到不同施工工序以及工序间隔时间和间距对隧道围岩变形量产生的影响,进一步通过五种不同支护参数的现场对比试验,获得了不同支护方案的不同抗变形能力,确定了老东山隧道不同围岩条件下控制围岩变形的具体支护参数和施工控制措施,确保了隧道变形开裂得到有效控制。     

软弱泥质页岩隧道衬砌受力特征探讨

通过对关口垭隧道泥质页岩条件下软弱地段支护系统的现场测试,得到了钢支撑、喷射混凝土和二次衬砌等支护构件的受力状况与软弱泥质页岩地质状况之间的关系,建立相应的模型,进行了三维有限元数值分析,并对测试与计算结果进行了分析。结果表明：围岩应力前期释放较快,而后期变形压力延续时间长,除钢支撑承担了较大的围岩初始释放压力外,二次衬砌也承担了较大比例的长期变形压力,为了有效地约束围岩早期的快速变形和后期的长期变形,初期支护和二次衬砌都应具有足够的强度和刚度;现行《公路隧道设计规范》所推荐的围岩松动压力计算方法,对于软弱泥质页岩隧道并不完全适用．在进行围岩类别划分时应适当降低围岩类别;施工掘进时必须控制好各工序的施工距离,尽快使初期支护体系形成封闭环,并加设锁脚锚杆等辅助措施,以便有效地改善围岩地受力状况。     

基于精细爆破的隧道微台阶开挖工法与工程应用

研究目的:通过精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架应用,开发出一种适用于Ⅳ、Ⅴ级石质围岩隧道施工的开挖新工法,以解决软弱围岩隧道开挖掌子面与仰拱等后继工序安全步距保持、进度保障等施工问题.研究结论:基于精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架的隧道微台阶开挖工法,有效地提高了软弱围岩隧道开挖施工效率,为后继工序施工提供了更大的作业空间,缩小了掌子面与仰拱、二衬之间的距离,有利于保障隧道施工安全和进度.     

乌鞘岭隧道千枚岩地层初期支护参数研究

研究目的:针对乌鞘岭隧道深层地段千枚岩地层,隧道开挖过程中,围岩产生大变形的特点,进行初期支护合理性的研究,提出有效的支护措施。研究方法:结合兰武二线乌鞘岭隧道岭脊地段千枚岩地层的设计施工,采用动态设计方法,根据千枚岩不同含量,确定试验段,布置量测断面,通过现场位移量测,分析总结深埋条件下,千枚岩地层变形特点和初期支护设计方法。研究结果:通过对隧道开挖过程中围岩变形和初期支护的研究,提出了千枚岩地层初期支护参数的建议方案,对同类工程的设计施工有一定的借鉴意义。研究结论:对于以千枚岩为主、围岩变形大的地层,采用长锚杆大刚度型刚支架,结合网喷纲纤维混凝土等初期支护措施,是控制围岩产生大变形的有效方法之一。     

Warning standards study of real-time monitoring for anti-collapse in large cross-sefction tunnel of soft and weak surrounding rockEI北大核心

Research purposes: The statistics for tunnel disasters showed that the quantities and casualties of tunnel collapse are much higher than other tunnel disasters. Achieved warning before collapse in tunnel construction, can greatly reduce the tunnel collapse hazards. The key to achieve anti-collapse warning in soft and weak surrounding rock tunnel is to obtain anti-collapse warning standards. Therefore, it is necessary to study tunnel anti-collapse warning standards to guide safe tunnel construction. Research conclusions: (1) Deformation of the tunnel is relevant to hydrogeological conditions, construction method, construction progress and other factors. Currently, the standard values in criterion were not suitable for tunnel collapse warning. (2) It is practicable to achieve anti-collapse monitoring by relative deformation, because anti-collapse real-time monitoring focused on dome relative deformation differently from routine monitoring in soft and weak surrounding rock tunnel. (3) The reference value of tunnel anti-collapse real-time monitoring is determined by displacement limit value in criterion, the maximum value of the measured displacement in similar project and the measured data in tunnel project. (4) The field experiment indicated that the reference value could meet tunnel anti-collapse warning. Therefore, the research results can be applied to large cross-section tunnel of soft and weak surrounding rock.     

三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究

研究目的:新建贵(阳)广(州)铁路客运专线三都～五通间属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山区,沿线地质构造复杂多变,隧道洞身地质中Ⅳ、Ⅴ级围岩等级所占比重大,施工安全风险高。针对开挖断面为138 m2～146 m2的特大开挖断面的软弱地质围岩铁路隧道,必须采取可靠的施工工法,才能确保隧道施工安全。研究结论:以贵广铁路大断面Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地质隧道施工为背景,在总结了传统三台阶施工工法的经验基础上,施工采用三台阶六部短距开挖工法,将隧道整个开挖断面分为三个台阶六个作业面,上、中、下各台阶施工同步推进,弥补了CRD法或双侧壁导坑法等方法工序多、工期长、对围岩扰动次数多的不足,便于现场施工组织管理,且机械化程度高,缩短了工期。根据现场工程实践,该工法既保障了隧道施工安全,又提高了施工进度。     

大丽铁路碎裂玄武岩夹凝灰岩型隧道特征及施工对策

研究目的：玄武岩夹凝灰岩型隧道工程条件具不确定性,现有勘察手段难以查明凝灰岩确切分布位置,给隧道施工带来较大困难,有必要研究该类围岩特性及隧道施工对策。研究方法：通过研究隧道开挖揭示的凝灰岩的物理性能及其与玄武岩的各种组合关系,结合超前地质预报,分析各种工况的支护体系。研究结果：针对玄武岩夹凝灰岩的结构特性,提出了玄武岩与凝灰岩不同组合关系的各类围岩级别下7种工况的支护体系和衬砌结构。研究结论：工程实践表明,碎裂玄武岩与凝灰岩不同组合情况的工程措施合理,根据施工信息反馈及时动态调整,效果良好。     

三台阶法在客运专线山岭隧道软弱围岩中的推广应用

研究目的:根据既有及在建的客运专线山岭隧道软弱围岩施工经验,三台阶施工工法被大量采用.本文分析了传统工法存在的问题,总结了实际施工中常用的4种三台阶施工工法以及这些工法的使用条件,并根据三台阶法存在的问题,总结了施工中的一些注意事项及处理方法.研究结论:三台阶施工工法可以发挥大型施工机械设备多工作面快速施工的优势,体现灵活多变易变的特点,能够结合地质条件等因素选择适宜的三台阶法,以满足隧道施工安全的需要.三台阶法存在一些不足,可以通过控制好台阶长度、做牢拱脚、适当增大超前支护长度、做好临时排水工作等措施弥补.三台阶施工工法是在实践中摸索总结出来的,实践证明是一种成功的先进的施工方法,适用于山岭客运专线隧道矿山法施工,应大力推广.     

隧道围岩挤压变形预测方法研究

研究目的:围岩挤压变形预测是高地应力地区软弱围岩隧道勘察和设计阶段的一项重要工作。目前常用的临界埋深法和临界应力比值法均有局限性,迫切需要提出更加符合实际的隧道围岩挤压变形预测方法。研究结论:围岩挤压变形预测可采用强度应力比进行,建议采用Hoek-Brown经验强度公式和GSI法对岩体强度进行估算,F中地应力应取垂直于隧道走向的最大地应力。挤压变形破坏大都发生在F≤1的情况下,而剧烈挤压变形一般发生在F≤0.5时,可将0.5和1分别作为不同级别挤压变形的临界预测值。实践表明,采用F值法对围岩挤压变形进行预测是可靠的。     

软弱富水Ⅵ级围岩隧道下穿道路及数值分析

研究目的:针对江门隧道软弱富水Ⅵ级围岩段隧道施工难题,为保证隧道施工安全及下穿段道路的运营安全,选择合适的超前预加固方式和隧道开挖方法。研究结论:(1)采用施作水平旋喷桩超前加固、大管棚超前支护和CRD工法进行开挖,保证了隧道下穿段的施工安全。(2)借助有限元计算软件,对隧道开挖过程进行全过程数值模拟,对开挖过程中围岩应力和位移变化趋势进行分析,确定施工控制和地表变形监测重点。(3)在施工过程中钢架需及时封闭成环,防止底部出现较大的位移,产生底臌现象。     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。