高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术

高地应力软岩隧道施工中常常发生大变形地质灾害,给工程的安全施工和建设管理带来极大的困难。文章依托兰渝铁路高地应力软岩隧道,进行了高地应力软岩隧道围岩分级,制定了初期支护破坏准则,同时建立了地应力合理释放与有效约束之间的平衡。在高地应力软岩隧道设计与施工中,通过采取预留变形量、合理的初期支护、可靠的开挖工法、关键部位锚注加强、动态支护补强等5项技术措施,有效地控制了大变形的发生,达到了初期支护不破坏、不拆换的目的,保证了工程的安全快速建设。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景,采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段,深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律,揭示偏压与现场支护结构破坏关系,根据锚杆支护参数对偏压控制的影响,提出支护最优参数。研究表明,在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性,随着岩层倾角的增大,初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移,反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形;随着锚杆长度的增加,围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小,锚杆最优长度约为3.5～4.5 m,锚杆沿层理面垂直方向打设,初期支护结构的偏压现象得到明显改善;现场优化支护后,左右拱肩呈对称变形,位移量基本相同,偏压得到明显改善。     

龙溪隧道左线试验段围岩大变形成因机制分析

在我国西部山区修建高速公路过程中常选择隧道方案,从而各类特长深埋、复杂地质条件下的隧道工程大量涌现,在施工过程中常出现各种隧道灾害.针对在建的都(江堰)-汶(川)公路龙溪隧道丁程中频繁出现的围岩大变形而导致初期支护侵限现象,基于现场测试资料.采用地质分析法和连续介质力学分析法,准确的获取了左线试验段围岩大变形的主要成因:倾向隧道右侧的软岩地层在高地应力(作用方向近垂直岩层)作用下产生较大变形.     

乌鞘岭隧道F7断层施工监测与断层活动及隧道变形特性分析

乌鞘岭隧道F7断层长达817m,埋深340～600m,在施工中初期支护发生了连续大变形并被破坏,先后多次调整施工方案并加强了施工量测和结构压力、应力监测.文章介绍了该隧道监控量测的方法和结果,分析了F7断层活动特性和对施工的影响以及隧道围岩、初期支护、二次衬砌等变形特征,并针对大地应力及活动软弱围岩隧道的施工提出了几点建议.     

大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

浅埋膨胀土隧道围岩抗剪强度与支护结构受力特征关系研究

膨胀土吸水后产生的膨胀问题,导致隧道支护结构承受复杂的膨压应力。为研究浅埋膨胀土强度衰减和膨胀效应对隧道支护结构的影响,文章以呈贡隧道工程为背景,首先利用室内直剪试验方法,探明膨胀土的抗剪强度与初始含水量的变化关系;然后基于室内试验结果,采用ABAQUS三维有限元分析模拟软件,研究膨胀土吸水膨胀对隧道支护结构的影响,揭示不同埋深下膨胀土膨胀效应对围岩变形和支护结构内力影响规律。研究结果表明:(1)摩擦角和粘聚力均随含水量的增大而下降,粘聚力受到的影响较大,膨胀土抗剪强度与含水量的关系可采用二次抛物线表征;(2)膨胀土围岩吸水后受到支护结构约束,产生较大的膨胀压力,导致围岩出现破坏,造成隧道仰拱隆起量和边墙水平收敛增大;(3)围岩膨胀后,初期支护结构轴力均匀增加,拱腰处弯矩增加较小,墙脚处弯矩增加较大,使支护结构处于不安全状态;(4)埋深对膨胀变形产生很大的影响,但达到某一极限埋深后将不发生膨胀变形。     

浅埋偏压隧道开挖顺序的数值模拟研究

以谷竹高速公路上腰店隧道为研究对象,利用有限元对浅埋偏压的隧道进口段不同施工顺序时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩的位移、应力以及初期支护结构中的内力分布。     

深埋隧道结构型围岩变形机理及控制研究

新建兰渝铁路多座长大深埋隧道开挖过程中遇到层片状围岩,产生强烈的挤压变形,主要表现为初期变形强烈迅速,变形持续时间长,变形破坏的空间分布具有强烈的各向异性。常规的控制手段不能很好地解决这种强烈各向异性的变形方式,导致现场频繁采取补强支护措施,给工程建设带来了很大的影响。文章针对研究区特殊的非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、室内试验、现场测试以及3DEC离散元数值模拟等手段,深入分析研究区层片状围岩的结构大变形的破坏机制。研究表明,高地应力诱发低强度围岩开挖后发生迅速而强烈的挤出变形,层片状围岩结构强度的各向异性控制了开挖后应力重分布及隧道断面变形的不对称分布。基于对围岩非对称变形机制的认识,从围岩控制的角度,提出了一种针对层片状岩体扰动各向异性的定向支护措施,对围岩进行主动加固。     

高地应力下隧道结构力学的模型试验研究

随着交通建设不断发展,深埋高地应力条件下的长大隧道的数量越来越多。高地应力对地下工程围岩稳定及支护结构的影响比较显著,隧道主体结构受力特征同一般交通隧道有较大的差别。以高地应力条件下修建的苍岭隧道为研究对象,采用室内模型试验,研究不同应力场下隧道主体结构的实际力学状态及破坏形态,为隧道运营期间主体结构安全监控及工程维护提供基础数据。     

红粘土与砂岩夹泥岩接触带隧道合理施工工法研究

针对红粘土与砂岩夹泥岩接触带围岩上软下硬、自稳能力差的特点,文章通过现场调研和分析,明确了隧道施工原则,并结合现场实际采用数值模拟计算方法优化了施工工法和支护参数,现场应用效果表明:在红粘土与砂岩夹泥岩接触带地层中施工,岩性分界面位置对隧道变形及结构应力影响明显,随着红粘土在隧道开挖断面的占比增大,隧道洞周位移及初期支护应力显著增大;采取调整台阶高度、取消预留核心土等措施优化施工工法后,最大变形值未超出允许值,初期支护最大压应力未达到材料破坏强度,围岩应力集中减弱,满足安全施工的要求;掘进速度明显提升,避免了岩性分界面位置处围岩易掉块、坍塌等问题。     

小规模下伏薄煤层采空区倾角对隧道开挖稳定性的影响研究

公路隧道近接下伏采空区施工必定会打破采空区的原始平衡状态,出现应力重分布现象。为研究不同倾角下伏采空区对隧道施工稳定性的影响规律,文章采用有限元软件构建采空区地层隧道计算模型并进行了数值计算,研究了下伏采空区倾角对隧道洞周位移、初期支护内力和塑性区的影响规律。计算结果表明:(1)下伏采空区的存在加大了隧道洞周位移,倾角越小,增幅越大;(2)下伏采空区的存在增强了初期支护内力分布离散性,尤其是对拱顶内力影响幅度较大,主要体现在隧道拱顶轴力降低,倾角越小,降低值越大;(3)下伏采空区的存在增大了围岩塑性区,甚至贯穿到采空区冒落带,倾角越大,塑性区越小。因此,下伏采空区倾角越小,隧道施工风险越高,围岩稳定性越差,结构受力越不利,应采取有效措施提高下伏采空区的处治强度。     

木寨岭隧道大变形控制技术

对于隧道大变形控制,需综合考虑加固围岩、大刚度支护、适度应力释放、合理工法以及强化建设管理等手段,多措并举。文章以木寨岭特长隧道施工大变形控制为工程实例,总结和分析斜井及正洞施工中不同程度的大变形段落支护结构调整及变形控制理念。结果表明:(1)对于一般大变形段,适当提高隧道支护结构强度和刚度即可有效抑制变形和支护破坏;(2)对于中等大变形段,可进一步提高支护结构强度和刚度,或者辅以径向注浆、加长加密锚杆、局部增设套拱等措施,变形也能得到基本控制;(3)对于严重—极严重变形段,必须采取超前应力释放、长短锚固体系加固围岩、分层施作大刚度支护等综合措施才能有效控制变形,保证施工及结构长期安全稳定。     

木寨岭隧道高地应力软岩大变形施工技术

木寨岭隧道施工中受到高地应力软岩地质的影响,初期支护多处出现大变形,破坏严重。为了保证顺利安全施工,采用了先柔后刚、先放后抗、多重支护、预留变形量、应力释放、提高二次衬砌刚度和超短台阶开挖等措施,有效控制了围岩大变形。文章主要介绍了木寨岭隧道的工程概况、施工中出现的大变形情况,以及控制大变形的各项措施和效果检验。     

层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施研究

千枚岩软弱结构面发育,岩体呈互层结构且风化严重。在类似层状岩体中开挖隧道,围岩将出现大变形,严重危及隧道施工安全。文章基于成兰铁路杨家坪隧道,建立宏观层理分布模型,对层状千枚岩隧道形变破坏规律与支护措施展开了相关研究。研究结果表明:岩层法向位移在洞周呈斜向"X"型分布,位移峰值位于隧道拱顶及边墙部位;岩层切向位移位于隧道两斜交45°方向呈"蝴蝶"状分布,位移峰值位于隧道的拱肩及拱脚部位,位移分布不对称性明显;隧道边墙附近围岩主要表现为层面间张拉破坏,隧道拱部附近围岩主要表现为层面间错动滑移破坏。基于以上分析结果,针对现场支护参数提出优化措施,并进行隧道变形及支护受力监测。现场监测结果表明:支护参数经调整后,对围岩形变控制效果明显,有效改善了隧道偏压受力现象。     

高速铁路黄土隧道初期支护受力特性研究

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节。文章结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析了大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为变化情况;基于控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中初期支护施作时机的选择给出了合理的建议;根据现场监测结果,总结出了黄土隧道初期支护受力规律。黄土具有明显的流变特性,支护结构受力很大一部分承受围岩流变产生的附加荷载;另外,支护结构受力在空间上分布并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑。     

乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段结构验证试验研究

对乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段支护结构的受力特性,采用数值分析方法进行计算,开展现场结构试验并进行对比分析。试验揭示了隧道开挖后围岩应力释放引起的结构变形与支护压力变化规律,支护结构的稳定性和安全性在不同测试地段受各种影响因素的作用而不同。数值计算与现场试验结果表明,隧道衬砌的结构安全系数均满足规范要求,但应以按实测衬砌应力进行结构内力计算,并对结构安全性进行评价为宜。     

围岩应力释放率对双联拱隧道施工影响研究

在进行隧道施工过程数值模拟计算中,围岩压力的释放率是一个很难准确给定的参数,但其对隧道围岩的稳定性却有着极其重要的影响.通过对Ⅱ类围岩双联拱隧道不同施工环节围岩压力释放率的研究,围岩应力释放率对围岩的应力影响不明显,但位移随应力释放率的增加而增大.初期支护对地应力的瞬间释放率比较敏感,特别是锚杆应力变化较大.中隔墙对地应力的瞬间释放率敏感程度较小,且最终应力随应力释放率的增加而略有降低.     

裂纹位置与深度对围岩岩体稳定性的影响分析

在隧道掘进过程中,天然地应力的平衡状态将会受到破坏并进行应力重分布,在构造应力场或自重应力场作用下将会引发裂纹的起裂、扩展和贯通,从而导致隧道的失稳坍塌。文章采用数值模拟和室内模型试验方法对比分析了裂纹位置、长度、深度等因素对马蹄形断面隧道围岩结构稳定性的影响。其中,数值模拟分析了隧道围岩的破坏形式及对裂纹尖端应力强度因子的计算,隧道模型试验研究了裂纹对隧道模型抗压强度的影响。结果表明:(1)数值模拟结果与模型试验结果较为吻合;(2)裂纹位于马蹄形隧道的拐角处或裂纹倾角为45°时,对隧道的稳定性削弱作用最大;(3)隧道围岩内裂纹的长度越长,隧道模型的抗压强度越小;(4)裂纹长度达到一定程度时,裂纹深度对隧道的危害性作用基本呈线性增加的趋势;(5)裂纹缺陷对隧道围岩应力重分布及破坏形式有较大的影响。     

隧道洞口滑塌与支护结构破坏特征数值模拟研究

隧道洞口段一般埋深较浅,围岩条件较差,很难稳定成拱,因而在隧道开挖后极容易受到外界扰动作用而发生坍塌变形。尤其在遇水软化的膨胀性黄土地层中建设隧道时,需要考虑降雨作用对隧道稳定性及支护结构变形的影响。本文通过数值模拟方法,结合现场观测以及室内实验,对太原某黄土隧道洞口滑塌及支护破坏特征进行了分析研究。结果表明:该隧道洞口支护结构发生破坏一方面是由于洞口浅层土体本身强度不足,且黄土遇水后强度急剧降低,围岩发生塑性变形,塑性区范围迅速扩展,围岩承载能力急剧降低;另一方面是由于膨胀性黄土遇水膨胀,产生较大膨胀力,使围岩内部应力急剧增加并且作用在支护结构上,从而导致支护结构破坏,引起隧道塌方。