大断面黄土隧道变形规律及预留变形量研究

文章统计分析了大断面黄土隧道初期支护变形量,研究了大断面黄土隧道变形规律及预留变形量合理取值范围.大断面黄土隧道变形规律表现为:隧道拱顶、拱脚下沉差异小,隧道开挖后拱部将产生一定程度的整体下沉;隧道拱顶下沉量均大于水平收敛;初期支护封闭后,隧道周边位移基本上不再发展;当隧道埋深小于40m时,隧道变形量较大且规律不明显;当隧道埋深大于40 m时,隧道变形量分布相对集中.经过对现场量测数据的统计分析可知:在Ⅳ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取10～15 cm;在Ⅴ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取25～28 cm.     

粉煤灰地层大断面连拱隧道开挖进尺研究

粉煤灰地层具有结构松散、强度低、孔隙率大、物理不均匀等特点,隧道穿粉煤灰地层工程地质差因此施工难度大.本文依托盐坪坝隧道研究了开挖进尺对围岩稳定性的影响,利用Rhinoceros建立盐坪坝隧道大断面连拱隧道的网格模型并导入FLAC3D软件中进行数值计算,研究表明:当进行上台阶环形开挖时围岩变形出现突变,开挖进尺对隧道拱顶、拱肩位移影响较大,开挖进尺从2.0 m增加到3.0 m时拱顶变形增加1.09 mm,拱肩变形增加0.9 mm,远大于开挖进尺从1.0 m增加到2.0 m时的变形,考虑开挖安全和施工进度,最终选用2.0 m为施工循环进尺.     

散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究

为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式,文章以火凤山隧道(双线隧道)为工程背景,采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型,对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖,分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律,提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明:从隧道竖向位移分析得出,五种工法对应的最大位移分别为28.18cm、25.90cm、21.43cm、18.58cm、14.13cm;从围岩应力来看,五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别,只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖,隧道埋深逐渐增大,隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内,即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形,但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时,随着开挖面的推进,拱顶下沉不断增大,其特点是初期下沉速率很大,而后随离开掌子面的距离变大,其速度逐渐减缓,并趋于稳定,围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

采用三台阶工法开挖的原位扩建隧道现场监测及分析

为研究三台阶法施工对原位扩建隧道结构及邻近既有隧道扰动的影响规律,文章依托福建厦蓉高速公路后祠隧道原位扩建工程,分别对隧道围岩及支护结构应力、松动圈及应力场和邻近既有隧道爆破振动进行了现场监测。结果表明,断面各部位围岩及支护结构应力随时间推移而缓慢增加,最终趋于平稳,且每级台阶开挖均会对其产生扰动,表现为应力的突增;扩建后隧道围岩松动圈拱顶位于6~9 m深处,左右边墙均位于0~6 m深处,拱顶沉降位移大于两帮收敛位移。左边墙围岩应力大于右边墙围岩应力,洞周3 m深处围岩应力小于6 m深处围岩应力,开挖造成的围岩塑性区为3 m左右;施工中实际爆破振速大多小于设防标准,爆破对既有隧道的支护结构体系未造成重大破坏,最大爆破振速出现在监测断面前10 m左右的位置,与掌子面相比振速增长2.9%~4.5%,且围岩质量越好,峰值振速越大,最大峰值振速断面前方振速衰减速度远远小于后方振速衰减速度。     

基于区间估计法的隧道监测数据统计特征分析及预留变形量研究

针对玉楚高速公路隧道变形量值分布范围及预留变形量的问题,文章采用区间估计方法,选取了14座隧道471个断面的监控量测数据,进行不同围岩级别、埋深下的规律统计分析。基于监测数据的统计学特征表明:隧道埋深增大时,其变形也增大,Ⅳ级围岩隧道较Ⅴ级围岩变形量值要大(与支护强度有关),需重视Ⅳ级围岩的变形与控制;Ⅳ级、Ⅴ级围岩隧道变形在40 d左右时趋于稳定,建议在开挖历时40 d后施作衬砌。同时,对于Ⅳ级围岩隧道,埋深小于50 m时,建议预留变形量为17 cm;埋深50～300 m时,建议首先提高初期支护强度,预留变形量可设为50 cm;对于Ⅴ级围岩隧道,埋深小于50 m时,建议预留变形量为18 cm;埋深50～300 m时,建议预留变形量为32 cm。     

公路隧道软弱围岩施工开挖受力特性研究

软弱围岩公路隧道开挖工程中经常遇到事故,因此研究隧道施工开挖围岩受力及变形特性对工程建设具有积极的指导意义。本文通过MIDAS有限元分析软件,构建了软弱围岩-隧道-岩土体相互耦合作用下的力学模型,研究分析了隧道开挖过程中围岩应力场分布、锚杆轴力、二次衬砌内力、拱顶下沉及隧道净空收敛规律。对进一步研究隧道开挖施工围岩受力特性研究提供了借鉴意义。     

浅埋软弱围岩隧道变形特征研究

软弱围岩隧道受开挖扰动影响变形明显,施工中若稍有不慎,就会导致隧道塌方。文章以厦门莲岳隧道A匝道隧道为工程背景,结合隧道所处地质条件,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对浅埋软弱围岩隧道变形特征进行了研究。结果表明,对于软弱围岩隧道,不论是全断面开挖还是台阶法开挖,掌子面挤出位移最大,拱顶下沉和地表沉降次之,洞周收敛最小;隧道围岩变形可以分为掌子面前方的先行变形和掌子面后方变形,围岩条件越差,先行变形越大,约占总变形的10%~30%;采用台阶法等分部开挖工法,可减小对掌子面前方围岩的影响范围及变形。在对浅埋软弱围岩隧道的周边环境有严格变形控制要求时,要采取更为严格的预加固措施来控制隧道施工引起的围岩变形,以确保隧道施工及周边环境的安全。     

某大断面双线隧道围岩量测分析研究

围岩量测的目的旨在收集可反映施工过程中围岩动态的信息,据此判定隧道围岩的稳定状态,以及所定支护结构参数和施工的合理性。文章通过对某特长大断面双线隧道的拱顶下沉、水平收敛等监测数据的收集整理,并利用图表进行分析研究。结果表明:隧道开挖后围岩的变形具有时间相关性和空间相关性。基本变形规律为急剧变形—缓慢增长—基本稳定三个阶段,并且具有变形较均匀、收敛速度快、变形小、拱顶下沉较水平收敛变形大的特征,这是地质条件、施工技术、周围环境综合作用的结果。监控量测结果表明,隧道围岩自稳能力和支护结构较强。围岩变形分析动态反馈于施工中,取得了令人满意的结果。     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

浅埋大跨度黄土隧道变形特征及控制措施研究

为研究大跨度黄土隧道变形特征及相应的控制技术,指导黄土隧道设计与施工,确保施工安全。文章依托某在建隧道工程,结合大变形段现场监测数据对围岩变形及原因进行分析,并提出相应的控制措施及参数。研究结果表明:浅埋黄土隧道围岩变形受上覆围岩性质影响差异较大,开挖初期围岩变形速率普遍较大,最大沉降速率达到54.6 mm/d;变形持续时间长,约45 d才逐渐趋于收敛;累计变形量大,且受开挖扰动影响显著,特别是下台阶开挖时围岩变形约占总变形量的70%;围岩大变形主要分为"快速发展—持续发展—缓慢发展—趋于稳定"等4个变化阶段,持续发展阶段易受外部环境影响,围岩变形速率波动较大,缓慢发展阶段仰拱尽早闭合成环,可有效抑制围岩变形发展;回归曲线模型可直接用于软弱黄土隧道变形量的预测。     

复杂地质条件下软岩隧道大变形破坏机制及开挖方法研究

通过对汶马高速公路鹧鸪山软岩隧道多次出现的大变形现象进行分析,文章将围岩破坏分为3大类,即软岩塑流、板梁弯曲变形及结构面滑移。针对建设过程中的大变形问题,选取了50 m典型围岩区段作为试验段,开展了两台阶开挖参数优化试验及两台阶与三台阶开挖工法的比选试验。两台阶开挖参数优化试验表明,开挖进尺以及下台阶左右侧前后间距对隧道的稳定性影响最大。开挖工法比选试验中,通过对两台阶与三台阶开挖洞周位移、围岩与初期支护间压力及钢拱架受力的对比发现,两台阶开挖方法由于一次开挖断面过大,围岩来压快,导致洞周变形值及围岩与初期支护压力值相对偏大,钢拱架安全储备相对不足。因此,对于处于复杂区域环境中的软岩隧道,应结合现场实际情况适当调整围岩的预留变形量;合理地选择开挖工法与开挖进尺,且在围岩条件很差的情况下,采用三台阶法可有效控制大变形灾害的产生。     

铁路黄土隧道变形规律及建设管理要点研究

黄土隧道施工过程中,常出现支护破坏和隧道塌方等事故。文章基于黄土隧道工程的监控量测数据,采用统计分析方法对不同围岩级别、埋深和含水率下的黄土隧道变形规律进行了研究。结果表明:(1)Ⅳ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛的量值分别集中在50 mm和35 mm以内,Ⅴ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛则集中在60 mm和40 mm以内;(2)Ⅳ级、Ⅴ级围岩双线黄土隧道拱顶下沉和周边收敛变形值与含水率呈正相关关系,变形速率则先增大后减小,在含水量超过16%时变形增大明显;(3)基于拱顶沉降统计,提出Ⅳ级、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量值范围可分别取7～9 cm和12～15 cm;(4)黄土隧道工程建设管理要点是提前梳理重难点工程,施工前严格方案审核,加强地表处理,施工时强化地质预报和监控量测,严格变更设计管理,重点做好工艺管理和施工质量控制。     

背斜核部区隧道初期支护变形机理及支护对策

为了给背斜核部区隧道设计施工提供参考和技术支持,文章针对周公山隧道K8+559～K8+527过背斜段开展了专项测试。测试结果表明:测试断面拱顶部位接触压力及变形较拱腰、边墙大;对比分析测试断面和验证断面结果,接触压力有所降低,说明采用"先让后抗"、适当增大预留变形量的方案有效合理;结合隧址区地质条件,认为隧道变形由其赋存的地质环境所决定,欠合理的施工方法及各不利因素的组合是其诱发因素;变形破坏过程可概括为:"开挖—卸荷—差异性回弹变形—离层—顶板简支梁式弯折破坏"。研究结果为理论分析提供了计算参数,为后续研究提供了基础数据,积累了复杂应力条件下特长隧道的设计施工经验。     

浅埋隧道开挖引起围岩及地表变形和应力释放特性浅析

通过数值仿真分析试验,分析了浅埋隧道开挖施工引起的隧洞围岩及地表的沉降变形和应力释放特性规律.试验结果表明,开挖后拱顶围岩沉降变形明显,为施工支护重点控制部位；隧道底部将发生隆起,并随着距离隧道中心线越远,隆起趋于平缓；开挖将引起地表沉降变形,随距离隧道中心线越远沉降越小；开挖引起围岩应力释放大约在3倍洞径左右.     

基于遍布节理模型的超大断面隧道开挖优化研究

为优化节理发育岩体条件下超大断面隧道开挖方法,文章以天峨至北海公路(巴马至平果段)山贡隧道为工程依托,通过引入遍布节理模型开展隧道开挖过程数值分析,并建立0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m共6种中隔壁法循环开挖进尺数值模拟工况,从围岩变形及塑性区分布的角度分析循环开挖进尺对围岩稳定性...     

V级围岩隧道不同施工阶段拱顶极限位移研究

现有的极限位移及其管理基准主要是针对普速铁路隧道断面在支护封闭后的工况,大多没有考虑隧道施工的阶段性。文章以现有V级围岩高速铁路隧道采用三台阶法施工为例,采用FLAC3D软件模拟不同施工阶段拱顶位移,通过尖点突变理论得到不同施工阶段的拱顶极限位移。结果表明,V级围岩隧道采用三台阶法施工时,上台阶开挖对隧道最终拱顶极限位移贡献率最大,中台阶次之,下台阶及仰拱段开挖几乎无影响;在50～300 m计算埋深条件下,V级围岩隧道同一施工阶段的拱顶极限位移与埋深都呈线性关系。同时采用灰关联分析了不同围岩参数对极限位移的敏感性,得到对拱顶极限位移影响程度由大到小的顺序为:围岩密度ρ、弹性模量E、粘聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

交错近接新建隧道围岩变形三维模型试验研究

为了分析新建隧道开挖过程中,既有隧道的存在及交错间距变化对新建近接隧道围岩形变量的影响,文章以重庆两江隧道交错近接段为依托工程,开展了交错近接隧道相似模型试验和相应的数值模拟研究。研究表明:交错隧道近接距离与新建隧道的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值成反比;新建隧道开挖过程中的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值的变化趋势一致,可归纳为迅速上升、缓慢上升和稳定三个阶段;隧道拱顶沉降量最大且大于拱腰收敛值之和,对于该类隧道,隧道围岩变形设计上限应以拱顶沉降量为主。通过数据拟合,建立了隧道变形量H(mm)及隧道交错间距L(m)的关系式,相关系数均大于0.995,可为类似隧道预留变形量的设计和施工提供参考。     

破碎围岩大跨公路隧道结构健康度评价方法研究

目前关于大跨隧道结构在松动荷载作用下的受力变形与损伤演化机理研究相对较少,缺乏运营期隧道结构的健康度评价体系与预警标准,不利于掌握隧道结构的安全状态。针对上述问题,文章通过建立二维及三维数值分析模型,研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩下大跨隧道结构在松动荷载下的受力变形特性,并依据变形及破损特征,建立了5级评价体系与3级预警标准。研究结论为:(1)拱部松动荷载作用下大跨隧道的破坏过程分为四个阶段,分别为设计荷载下的弹性受力阶段、拱部松动荷载下的弹性受力阶段、结构开裂后的塑性工作阶段及加速变形破坏阶段;(2)设计荷载下,采用荷载规范计算方法与三维数值模拟方法得出的隧道变形基本一致,验证了数值计算的可行性。通过数值计算,得出Ⅳ级围岩下结构极限承载力为734 kPa,拱顶沉降6.75 cm,边墙收敛1.56 cm。Ⅴ级围岩下结构极限承载力为812 kPa,拱顶沉降10.47 cm,边墙收敛4.06 cm;(3)以拱顶开裂、局部压屈、拱顶拱腰压屈、拱腰压屈达到衬砌厚度的1/3、钢筋拉断为关键节点,以结构受力、拱顶沉降、边墙收敛为评价指标,建立了Ⅳ级、Ⅴ级围岩下大跨隧道的健康度评价体系及预警标准。     

富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理研究

为研究富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理,文章依托某隧道实际工程,通过FLAC 3D软件进行建模与计算,考虑富水砂层厚度、隔水层厚度、粘聚力和内摩擦角等因素影响,分析各因素对围岩变形破坏的影响规律。结果表明:隧道拱顶对应位置的地表沉降值明显大于其他位置的地表沉降值,拱顶正上方的围岩内部位移随着深度的增加而逐渐增大,隧道拱顶位置的沉降达到最大值;随着富水砂层厚度的逐渐减小以及隔水层厚度的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小;富水砂层和隔水层的厚度对隧道围岩变形存在较大影响,在隧道的选线过程中,应保证隧道拱顶与富水砂层之间存在足够的安全距离;随着隔水层粘聚力和内摩擦角的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小:在隧道施工过程中,可考虑通过超前加固措施或者向隔水层进行注浆加固以提高隔水层粘聚力和内摩擦角,降低隔水层的渗透性。