隧道围岩变形机制及其本构关系研究

隧道围岩中由于各种结构面的存在,使围岩呈现出块状、层状、碎裂、散体等结构类型,围岩结构的差异使围岩变形的力学机制多样化和复杂化。文章对各类结构围岩的变形机制进行了分析和总结,为隧道围岩的变形控制提供了理论基础。分析结果表明,完整块状围岩一般以弹性变形和塑性变形等材料变形为主,层状围岩多以岩层的弯曲变形为主,碎裂结构的围岩多以岩块的滚动、滑动变形为主,而散体结构围岩以及土砂围岩多以挤密和松弛变形为主。     

全站仪遥测技术在乌鞘岭铁路隧道围岩变形监测中的应用

目前一些国家在隧道及地下工程中,通过采用数值像机、全站仪等仪器摄取掌子面及隧道断面的有关数据,如地质数据、变形数据,就可以比较方便、可靠地推定围岩的级别、进行3维地质分析以及进行隧道净空变形的观测等.文章重点介绍了利用全站仪进行围岩净空位移观测的量测技术,采用这项技术可自动采集隧道围岩净空位移的外业量测数据,通过计算机对数据进行自动分析处理,并以准确、直观的图形或报表形式将数据分析结果输出,及时为围岩稳定性判断和指导施工提供数据依据.     

基于围岩径向位移释放率的超大断面隧道下穿施工围岩稳定性研究

依托黄黄铁路新建刘元隧道工程，采用数值模拟结合现场实测的方法，以围岩径向位移释放率指标分析采用全断面和微台阶两种工法下穿施工的围岩稳定性规律。结果表明，新建隧道下穿防空洞段采用微台阶法施工，在控制围岩径向位移释放率、塑性区分布及稳定安全系数等方面较全断面法优势突出；微台阶法下围岩径向位移释放率及围岩稳定安全系数分别为46.13%、2.13，全断面法下围岩径向位移释放率及稳定安全系数分别为78.08%、1.99；当台阶长度为3 m时，隧道下穿施工围岩稳定性相对较好。监测数据表明，采用微台阶法下穿施工，洞内变形满足规定要求，且变形值与模拟结果数值吻合较好，进一步验证模拟结果的可靠性。     

软岩大变形隧道围岩分级及支护参数适宜性探讨

兰渝线兰广段通过板岩、碳质板岩等软岩区段的隧道极易发生大变形.在现场工程实践和试验的基础上,文章对该区段地质条件的特殊性进行了分析,并对目前隧道围岩基本分级及在施工过程中的设计变更修正进行了阐述,着重对软岩大变形隧道的围岩分级标准和选用支护参数的适宜性进行了探讨,以期能为今后同类工程提供参考和借鉴.     

全站仪在软弱围岩初期支护变形量测中的应用

通过分析软弱围岩隧道初期支护的变形特点以及传统量测方法的局限性,提出了应用全站仪进行隧道支护变形量测的新方法,并进行了精度分析.通过理论分析和在某隧道变形量测中的实际应用,表明利用全站仪进行软弱围岩隧道初期支护的变形量测可以克服施工干扰,提高作业效率.     

隧道工程围岩大变形及预测预报研究

文章在对国内外隧道工程及地下工程已发生的大量围岩大变形实例收集、分析的基础上,讨论了隧道围岩大变形的类型,提出了围岩大变形的预测预报体系,并已在鹧鸪山隧道工程中应用.     

基于灰色-马尔可夫链的隧道围岩变形预测研究

隧道工程施工中,围岩变形是一种常见的工程问题,当变形量达到一定数值时,会影响工程质量,给施工人员带来安全隐患,延误工期.因此,隧道围岩变形预测是保证施工安全,以及工程质量的重要措施.隧道围岩的变形在受到地质构造、地层岩性、应力场、地下水、开挖方式等多种因素的综合影响下,具有时间序列的单调增长性和随机性的特点,针对该特征,将灰色模型预测方法和马尔可夫链概率转移方法结合起来,建立灰色-马尔可夫链模型对围岩的变形进行预测.该预测方法是利用GM(1,1)模型的预测数列增长的特点,来预测围岩变形的宏观发展趋势,在此基础上应用马尔可夫链确定位移时序的状态转移概率矩阵,通过对状态的划分、实测值与灰色拟合值的绝对误差及相对误差等指标的分析,对围岩变形的发展趋势进行更为精确的预测.通过两水隧道算例,隧道围岩变形的计算结果与实测值吻合较好,表明所建立的灰色-马尔可夫链模型是正确的,在隧道围岩变形预测中具有广泛推广应用价值.     

隧道震裂岩体围岩分级方法初探

汶川地震产生了大量的震裂松动山体,为合理评价在这些震裂山体中新建隧道的围岩级别,通过极震区在建隧道现场震裂岩体调查,对震裂岩体特征及其对围岩稳定性的影响进行了分析。震裂岩体是一种受强烈地震波作用后,岩体结构面更加发育,层间结合更差的一种岩体;并且硬质岩和软质岩的震裂特征不同,硬质震裂岩体易产生集中式张裂缝和松动,软质震裂岩体易产生体积式松弛变形。在此基础上,提出了岩体震裂等级,划分为轻微、中等、强烈三种级别,并建立了震裂岩体围岩分级的修正方案,即:轻微震裂岩体对围岩稳定性影响不大,可不考虑降低围岩级别,或者降低0.5级;中等震裂岩体对围岩稳定性有不利影响,围岩级别降低0.5～1级;强烈震裂岩体对围岩稳定性影响极为不利,围岩级别降低1～1.5级。     

不良地质公路隧道施工围岩稳定性数值模拟分析

文章结合始祖山公路隧道工程，采用数值模拟方法对该隧道施工全过程进行分析，并结合现场监测数据对模拟结果进行比较。结果表明：数值模拟结果与现场监测数据相近，具有较高的可靠性，通过数值模拟可以有效的反映隧道开挖施工过程中围岩的变形情况以及可能出现的危险情况，对隧道的施工有一定的指导意义。     

德格隧道冒顶和冒落破坏特征及处治技术

在川藏公路德格隧道施工中相继出现冒顶和冒落事故。文章利用数值模拟和现场测试对围岩及支护的位移和应力特征进行研究,就同一隧道发生冒顶和冒落的破坏特征和机制进行了深入分析,最后提出了相应的处治措施。研究表明:冒顶破坏以碎屑流变为主,而冒落破坏以碎裂变形为主;冒顶发生时拱顶部碎石土出现塑形变形区,冒落发生时因围岩中形成的竖向与水平方向应力差产生扩容现象;浅埋碎石土围岩自稳能力差,施工扰动引起隧道冒顶破坏发生,而深埋绢云石英片岩裂隙发育,受围岩自重和施工爆破影响诱发隧道冒落破坏。基于以上结论,现场主要采用了限制塑性变形及碎裂变形扩展、施作锚注支护体系、实施"强行"联合支护和加强支护参数等关键措施。     

基于工期目标的单跨四车道市政隧道施工优化研究

贵阳南垭路三号隧道为两座分离式的单跨四车道市政隧道,最大开挖跨度21.878 m,最大开挖面积为245.7 m^2,处于喀斯特地貌区,地下岩溶和岩石节理裂隙发育,围岩破碎且施工工期紧。基于以上施工背景,文章开展基于工期目标的软弱破碎围岩单跨四车道市政隧道施工优化研究。首先利用强度折减法对裸洞围岩稳定性进行定量评价,发现Ⅳ级围岩裸洞具有自稳条件,Ⅴ级围岩裸洞则不满足安全系数要求;在此基础上结合不同工法的施工模拟和工期推演,对施工方案进行优化,最终确定了南垭路三号隧道在Ⅳ级围岩地段采用三台阶五步法施工,Ⅴ级围岩地段采用双侧壁导坑法施工的方案;最后对洞身Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段工法转换进行优化,将施工工期提前了9个月,创造了显著的经济和社会效益,研究成果可为今后类似工程的修建提供借鉴。     

On Stability Analysis and Classification of Surrounding Rocks in Rock Tunnels北大核心CSCD

After 1975, the appearance of finite element numerical limit method and the application and development of computer technology have brought the elastic-plastic analytical calculation of engineering materials into a new era of numerical limit calculation. The new methods, namely, strength reduction method and load increment method, as well as the recently proposed ultimate strain method, are adopted in the rock tunnels studied in this paper. To solve the uncertainty of mechanical parameters of surrounding rock in rock tunnels and provide more scientific and reasonable mechanical parameters of surrounding rock, the surrounding rock classification must be made combining theory, investigation and experience. Taking the surrounding rock classification in rail transit tunnels as an example, the improvement of the classification level includes improving the strength index, mainly adopting the quantitative classification method, reasonably determining the basic index BQ value of rock mass quality, increasing the number of surrounding rock classifications, formulating the surrounding rock classification tables for the running tunnel and the station tunnel, and achieving the coordination and unification of qualitative and quantitative classification methods. Finally, the quantitative indexes of surrounding rock self-stability are determined, and the more scientific and reasonable physical and mechanical parameters of surrounding rocks are put forward through back calculation. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

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。     

锦屏二级水电站交叉隧洞模型试验研究

多洞室交叉处围岩力学状况目前国内外研究相对较少。文章以锦屏二级水电站3#引水隧洞三洞交叉段为工程背景,为了解交叉洞室对围岩的影响,进行了三维地质力学模型试验;通过两组试验,有效地揭露了交叉洞室间的相互影响,以及开挖与支护方法对围岩稳定性的影响。最后通过超载试验,确定了交叉洞室的破坏模式及其破坏过程;试验结果为指导施工提供了依据。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

软弱围岩隧道抗震设防措施

隧道的抗震设防一直只注重结构的强度,而忽视了结构的变形能力和软弱围岩的抗震能力.对软弱围岩隧道震害机理和抗震设防措施的分析表明:锚杆(锚管)和围岩注浆加固措施能提高软弱围岩的抗震性;合理的结构刚度、高性能的建筑材料和高阻尼结构能改善衬砌结构适应地震位移的能力;减震层、抗震缝和预留错台能减轻震害影响.     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大；对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用北大核心CSCD

中夹岩柱是小净距隧道围岩稳定控制的关键部位,判别中夹岩的安全性是工程设计和施工过程中的重难点。文章通过分析不同围岩级别、埋深情况下中夹岩的破坏模式,建立Ⅳ级围岩条件下水平小净距隧道中夹岩力学分析模型,并确定中夹岩破裂面位置。根据中夹岩上部滑块体形状的不同分为两种情况,通过边坡稳定性原理、极限平衡假设及普氏压力拱理论推导中夹岩上部滑块体的抗滑力、下滑力以及安全系数的计算公式,从而建立起评判中夹岩安全性的安全系数法,并结合数值模拟对其进行验证。将经验证后的安全系数法应用于某实际隧道工程,判断其中夹岩安全性,得出该隧道中夹岩破坏临界厚度为6 m,进而对6 m以下的中夹岩使用锚杆进行加固。     

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。