粉煤灰地层大断面连拱隧道围岩变形规律研究

粉煤灰地层具有自稳能力差、结构松散、吸水性强、不均匀等特点,因此在该地层修建大断面隧道施工难度极大.本文以盐坪坝隧道为依托,利用Rhinoceros建模并将模型导入FLAC3D计算,对大断面连拱隧道穿粉煤灰地层掌子面附近围岩变形规律进行研究.研究结果表明:中导洞-左右侧壁预留核心土法和中导洞-左右侧壁台阶法开挖时,竖向位移普遍大于水平位移,水平最大位移出现在右洞拱脚约9 mm处,竖向最大位移出现在右洞拱肩约24 mm处,左洞先开挖产生的偏压作用导致右洞围岩位移明显增大,其中中导洞-左右侧壁台阶法在施作二次衬砌后围岩变形速率更大,因此选择中导洞-左右侧壁预留核心土法更有利于围岩稳定.     

预筑拱控制软弱围岩变形机理的研究

软弱围岩变形主要发生在掌子面前方,控制软弱围岩变形的关键环节是控制掌子面前方变形,即预收敛。预筑拱以其横向连续性好、施工速度快等特点在控制软弱围岩预收敛方面具有良好效果。文章通过FLAC3D建立三维数值模型,分析研究了预筑拱控制软弱围岩变形的机理。研究发现:(1)预筑拱能有效地控制隧道预收敛变形、收敛变形以及隧道上方围岩变形,围岩条件变差时预筑拱作用效果更加明显;(2)预筑拱能够有效地控制掌子面前方围岩的应力释放,从而有效地控制隧道上方坍落拱的发展范围,限制拱顶区坍落拱的分布区域,减少开挖对围岩的扰动,限制围岩应力重分布程度;(3)由于限制围岩应力释放,预筑拱所受围岩荷载比传统支护所受围岩荷载大。     

穿风化槽水底隧道施工中围岩变形行为分析

对穿越风化槽和一般岩层的水底隧道分别进行实体建模,应用有限元程序对其施工全过程进行弹塑性数值模拟,得出施工过程中两种工况下目标断面地表、拱顶、仰拱、边墙和目标掌子面处围岩的变形行为及位移分布规律。结果表明,地表沉降主要发生在上台阶的开挖过程中;地质条件越差,目标断面之前的岩体开挖产生的地表沉降占总沉降量的比重越大,更应注意加强超前预支护;地层隆起显著区域集中在距洞壁4 m范围内;水平位移则集中在距洞壁6～8 m的范围内;目标断面最大Z向位移点位于掌子面中心下方。     

大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究

依托大(理)丽(江)铁路三线大跨车站隧道工程,对隧道(出口端跨度大于20 m)洞口段(48 m)进行了施工过程的三维有限元数值分析.通过对隧道围岩应力与塑性区分布状态的分析得出:大跨隧道核心土底部和边墙两侧出现了应力集中区域,拱顶部位易出现拉应力;临时横撑滞后4个循环(即8 m)可发挥作用,能够有效控制围岩应力分布形态和塑性区的发展;大跨隧道核心土塑性区完全贯通,最大塑性区出现于隧道两侧边墙中部.根据数值分析结果,在隧道应力集中区域进行注浆加固和合理的分部开挖,并从现场监控量测结果反馈出隧道围岩压力及钢拱架内力变化较小,说明隧道加固措施能够有效控制甥性区范围和减弱围岩应力集中现象.     

山岭隧道开挖施工方案比选研究

文章采用有限元软件MIDAS/GTS分别建立山岭隧道全断面法和三台阶法两种施工模型,通过设置监测点,重点分析了两种施工方法的位移、最大主应力变化规律,并对比分析了两种方法施作后的围岩塑性区大小和位置。结果表明:相对于全断面法施工,采用三台阶法施工时隧道拱顶、仰拱以及侧墙和拱脚变形值分别减小了37.0%、48.5%、17.4%和15.8%,在结构设计中应该考虑加强仰拱处的结构强度设计以增加仰拱处围岩稳定性;全断面法施工对拱脚影响较大,三台阶法施工对仰拱和拱脚影响均较大,设计和施工时应该对上述点进行重点关注,必要时采取加固措施;运用全断面施工方法时塑性区主要出现在两侧拱脚位置,而运用三台阶施工方法时塑性区主要出现在两侧拱脚位置以及侧墙和拱脚之间的拱腰位置,且前者塑性区面积要大于后者;综合分析围岩位移、最大主应力以及塑性区大小等方面可知,采用三台阶施工方法更为优越。     

拱盖法隧道围岩稳定性模型试验研究

文章利用大尺寸模型试验,研究了拱盖法隧道开挖过程中地表的发展模式和围岩受力情况。结果表明:隧道开挖过程中地表沉降先后经历了缓慢沉降、快速沉降和缓慢沉降三个阶段,其中中导洞开挖、竖向支撑拆除是沉降快速发展的阶段,拱部二次衬砌完成后开挖下部围岩对地表变形贡献不大;在掌子面推进过程中,监测断面各部位围岩荷载的释放过程具有较大差异性,拱部围岩荷载相比于拱脚和边墙释放更快,且幅度更大;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放;由于支护的及时跟进,围岩自承能力得以发挥,围岩径向收敛变形得到较好的控制;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放,建议工程中应将拱顶沉降作为拱盖法围岩稳定判别的主要依据。     

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。     

深埋硬岩隧洞围岩变形量分形结构研究

针对深埋硬岩隧道围岩变形及地质灾害等问题,文章基于分形理论的计算方法,对锦屏二级水电站深埋引水隧洞施工过程中的围岩变形量进行了分形特征研究。结果表明:深部岩体隧洞开挖施工过程中,围岩的形变在时间上是具有分形特征的,而且呈现出较好的自相似结构特征;在同一埋深的条件下,分形维数最大值在隧洞拱顶部,其次在拱肩,边墙分形维数最小;埋深在500～1 800 m外,围岩灾害发生的频率同样随隧洞深度增加而明显呈现出增长的趋势;但当隧洞埋深在1 800 m范围之外时,变形量分形维数及围岩灾害发生的频率趋于稳定,受到埋深的影响很小。     

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.     

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.     

灰色自适应模型在围岩变形预测中的应用

文章针对当前隧道围岩变形预测常用方法存在的局限性,通过对监测数据的平滑和等时距处理,建立灰色自适应模型,并将该模型应用于厦蓉高速公路隧道拱顶沉降位移预测工程实际,验证了模型的有效性及可行性。     

复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓原因分析北大核心CSCD

为揭示复杂地应力红层泥岩隧道持续底鼓特征及底鼓原因,以某隧道为研究对象,通过长期变形监测、地下水位监测、隧底围岩位移监测等方法对底鼓变形特征进行了统计分析,并结合钻孔取芯岩样分析、地应力测试、围岩膨胀力测试、岩石蠕变试验、数值模拟分析等手段对可能导致隧道底鼓的因素逐一进行了分析。结果表明:受控于近水平层状泥岩以及复杂地应力,隧道部分段落呈现出底鼓时间“不收敛”、底鼓段落“不连续”、底鼓程度“不均衡”的三大特征;隧道岩层产状近水平,岩性为粉砂质泥岩,属于软质岩,未达到膨胀岩判定标准,具有中—低蠕变特性,隧址区地应力场以水平构造应力为主,水平应力在9.5~13.73 MPa之间;隧道开挖后,局部应力集中导致围岩发生蠕变,当蠕变产生的形变压力过大时,仰拱局部进入塑性状态,隧道即产生底鼓。     

公路隧道开挖与支护数值模拟分析

文章以某公路隧道为工程背景,采用Midas/GTS有限元程序对其施工过程进行二维弹塑性数值模拟,分析得出施工阶段隧道围岩位移、应力的变化规律和开挖引起的塑性区,以及初期锚喷支护结构所产生的内力,为公路隧道设计和施工提供理论依据和指导。     

高速公路双连拱隧道施工监控量测及分析

在宜(宾)水(富)高速公路鞋底坡双连拱隧道工程中,由于对隧道围岩变形及地表沉降进行了现场监测与分析研究,获得了隧道各施工阶段的地表沉降、拱顶下沉和周边收敛数据资料,有效地控制了隧道围岩变形,成功地对隧道洞口段的地质灾害进行了动态预测、预报,避免了重大事故的进一步发展。文章介绍了鞋底坡双连拱隧道的监控量测方案、测量结果分析及研究成果,对类似工程具有一定的指导意义和实际应用价值。     

顶部溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析

文章以纳黔高速公路叙岭关隧道工程为依托,运用迈达斯GTS分析软件,建立了隧道结构及围岩的计算模型,分析了不同位置、大小的顶部溶洞在隧道开挖过程中对围岩位移、应力、塑性区以及支护结构受力的影响。     

软弱围岩隧道短台阶法开挖数值模拟与监测分析

文章依托炎汝高速公路花子坳隧道施工实例,利用有限元模型对隧道Ⅴ级围岩深埋段短台阶法动态开挖过程的应力及位移变化情况进行了数值模拟分析。实测结果表明：短台阶法施工效果良好,围岩压力及拱顶下沉、周边收敛变形均在可控范围内。     

超前钻探法在瓦斯隧道施工中的应用

文章根据成都至自贡至泸州高速公路马鞍山隧道所处的煤层瓦斯地质状况,利用超前钻探法对隧道围岩的掌子面和钻孔瓦斯浓度进行了测试,测试结果能有效判定前方岩层的瓦斯赋存和涌出情况。     

广梧高速公路隧道二衬合理支护时机确定方法

文章以广梧高速公路为工程背景，介绍采用以隧道拱顶下沉及周边收敛的收敛速率作为判定标准的经验法，来确定隧道围岩的二衬合理支护时机。通过现场实际监测结果分析，确定了Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩相应的收敛趋于稳定时的掌子面推进时间与距离，为这四种级别围岩的二衬合理支护时机的确定提供依据。     

人工素填土下浅埋暗挖横通道CRD法施工的地表沉降监测分析

浅埋暗挖隧道距离地表近,施工工序繁多,开挖和支护相互交错,施工过程中地表变形复杂。文章介绍了大连地铁2号线春光街站的工程概况和施工监测方案,并对其横通道地表沉降数据进行了分析研究。分析结果表明,在人工素填土下隧道开挖引起了地表整体下沉呈扁漏斗状,沉降槽特征较为明显;隧道掌子面施工对地表有明显影响,横向影响范围为30 m,纵向影响范围为15 m。由此提出建议,监测布点在掌子面前方15 m、监测有效期限为70 d,即可满足隧道围岩稳定性要求。     

Study of the Impact of Single-and Double-tube Tunnel Systems on Rockburst in Deep-buried Extra-long Tunnelling北大核心CSCD

Rockburst is one of the main disasters for tunnelling under high ground stress. Taking the rockburst section of Ping'an Tunnel with high ground stress, which is located on Chengdu-Lanzhou Railway, as the study object, this paper adopts combined methods of filed measurement, numerical analysis, and laboratory test, and with respect to rockburst development mechanism, energy density change and rockburst strength it comprehensively analyzes the impact of two construction schemes (single-tube double-track tunnel system and double-tube single-track tunnel system) on the rockburst in deep-buried extra-long tunnels with high ground stress. The study results show that the order relation of maximum energy density at various locations of the tunnel is Uside wall >Uhance >Utunnel face >Uvault, and rockburst easily occurs at the working face of the tunnel section to be excavated and both side walls of excavated and supported section; compared with vault, hance, side wall and other locations, more energy would be released at the tunnel face, and the stress release holes shall be reasonably installed in the process of excavation; the doubletube single-track tunnel system scheme can effectively reduce the rockburst intensity and the rockburst hazards, so as to better avoid the occurrence of rockburst. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.