隧道掌子面地震动力响应特性及加固方法

文章以雅沪高速公路石棉隧道为工程背景,研究分析了地震动力作用对隧道掌子面稳定性能的影响及加固措施。首先,阐述了隧道震害的主要形式及隧道掌子面的力学平衡机理,并采用FLAC3D有限差分软件,针对不同地层中的隧道掌子面进行了地震动力响应分析;其次,通过对比静力和动力下掌子面的稳定状况,分析地震对不同地层中隧道掌子面稳定性的影响,总结出了掌子面挤出变形和约束压力随地震时程的变换规律,并通过掌子面平均塑性剪切应变、掌子面挤出变形、掌子面约束压力等参数评估了加固效果。分析结果表明,与隧道衬砌相比,隧道掌子面更容易受到地震的破坏;地震动力作用对不同地层条件中隧道掌子面的影响程度是截然不同的,岩质地层中隧道掌子面受到的影响较小,而土质地层中隧道掌子面所受影响则很大;锚杆的加固作用能显著提高隧道掌子面的抗震性能。     

隧道爬坡开挖与水平开挖掌子面稳定性对比分析

地铁附属结构施工时受场地及工期影响往往采取爬坡开挖方式。为了确定其掌子面的安全状态,文章通过理论分析并结合数值模拟,对比分析了爬坡开挖与水平开挖下掌子面的稳定性。其中,采用极限分析上限法掌子面破坏区假定,对比分析了爬坡开挖与水平开挖的破坏区影响范围及位置;采用数值分析方法,研究了爬坡与水平开挖不同工况下等值应变区的位置和掌子面水平位移变化规律。分析结果表明:隧道爬坡开挖造成的影响区范围略大于水平开挖,影响区位置比水平开挖略低;掌子面0～1/3高度范围内爬坡开挖引起的水平位移比水平开挖略大,掌子面1/3高度以上范围内略小;爬坡与水平开挖下掌子面最大水平位移均位于掌子面1/3高度处,且爬坡开挖下掌子面变形并不大于水平开挖;在不考虑超前支护的情况下,爬坡与水平开挖的掌子面稳定性基本一致,而在选取适宜的超前支护措施前提下,能够保证掌子面的稳定性。     

基于圆形薄板力学模型的隧道隔水岩墙弯曲破坏涌水机制分析

隧道施工突水灾害严重威胁着隧道施工的安全。隧道施工掌子面前方存在突水致灾构造时,留足一定厚度的隔水岩盘——最小安全隔水岩盘,对确保突水致灾构造中水不至突出以及加固隔水岩盘和处理突水致灾构造至关重要。文章以沪蓉高速公路垫邻段明月山隧道K5+398处突水事件为例,基于隧道断面形式和隔水岩层为近直立泥岩层实际情况,将掌子面隔水岩墙简化为圆形薄板,以弹性力学薄板理论为基础,通过隔水岩墙受力分析,推导出临界隔水岩墙(盘)厚度——最小安全隔水岩盘厚度计算公式,并计算得出明月山隧道K5+398处突水位置最小安全隔水岩盘厚度。通过数值模拟分析验证,明月山隧道K5+398处掌子面隔水岩墙临界厚度为1.4~1.55 m,与实际涌突水情况总体吻合。     

隧道掌子面与溶洞安全距离分析

岩溶地区隧道开挖掌子面前方存在的大型溶洞对施工的威胁非常大,如何确定开挖掌子面前方合理的岩盘安全厚度,并及时进行超前支护或对溶洞进行处理,是岩溶隧道施工中必须解决的一个关键技术问题。文章通过数值模拟和理论计算,对隧道掌子面与溶洞安全距离的影响因素进行了分析研究,建立了预测隧道掌子面前方岩盘安全厚度的计算方法(经验类比法、理论计算法、数值分析法)及计算图式,给出了安全距离计算公式并进行了工程实例分析。     

浅述隧道掌子面开挖炮眼的设计要求

隧道掌子面的开挖炮眼设计是爆破开挖方式中的重要组成部分,其设计的合理是否将直接影响到开挖炮眼的施工质量及掌子面的爆破效果,对隧道的掘进效果有着关键性的影响。文章以宝石山隧道为例,从炮眼数量、药量、深度、布局等方面,详细阐述了隧道掌子面开挖炮眼设计的具体要求,为类似隧道工程项目提供参考。     

大断面瓦斯隧道风筒布置对瓦斯浓度的影响研究

为优化超大断面瓦斯隧道掌子面的风筒布置,改善掌子面通风状况,文章以新凉风垭隧道为例,计算其需风量和选择风机型号,利用FLUENT软件建立流体力学分析模型,研究了压人式通风下超大断面隧道瓦斯浓度和风速的变化规律以及风筒位置对隧道沿程风流流场及瓦斯浓度的影响情况,最终确定了风筒最佳的安装位置。结果表明:超大断面瓦斯浓度和风速大小在同一断面分布极为不均匀;瓦斯隧道回流区影响范围与风筒到掌子面的距离呈正相关;随着风筒布置距离的增大,瓦斯浓度趋于稳定的位置随之增大;该工程隧道风筒出风口最佳布置位置距离掌子面约为2.5 S~(1/2)(30 m),相比其它较小断面隧道风筒距离大于15~20 m左右,瓦斯浓度最低位置在距离掌子面2 m左右区域;隧道断面的瓦斯浓度随L匕的递增呈"下降—上升—平衡"的趋势。     

管棚预支护下隧道掌子面稳定性理论分析

为了探究管棚预支护下隧道掌子面稳定情况,文章结合管棚受力特点,首先建立管棚Winkler地基模型,然后将地基反力作用于模型掌子面上部;并基于刚体极限平衡理论,推导了掌子面稳定安全系数计算公式,最后以巴东隧道三号横洞某里程段为工程背景,分析有无管棚下掌子面的稳定性,并讨论各参数对管棚挠度以及掌子面稳定性的作用规律。结果表明:随着管棚直径增大、管棚支座位移减小、开挖进尺与开挖台阶高度降低、围岩内摩擦角与粘聚力增大,管棚最大挠度减小,掌子面稳定安全系数提高;较好围岩条件、较小开挖高度和较小管棚支座位移下,短进尺开挖对提高掌子面稳定的作用更明显;随着隧道埋深增大,掌子面稳定安全系数先减小,后增大,然后保持不变。这与选用的规范中围岩压力计算公式有关,隧道在浅埋条件下,围岩压力随着埋深的增大而增大;隧道在深埋与浅埋之间时,由于存在两侧岩体的夹制作用,围岩压力随着埋深增大而减小;而隧道在深埋条件下,存在塌落拱效应,围岩压力趋于稳定。     

下穿高速公路的浅埋大跨隧道开挖力学行为分析

深圳市红棉路隧道具有埋深浅(约6 m)、跨度大(16 m左右)、周围围岩软弱、下穿机荷高速公路的距离长等特点。由于机荷高速公路车流量非常大、动态荷载强,因此该隧道施工难度高、风险极大。为研究该隧道开挖过程的力学行为,文章通过数值计算及现场测试方法,获得了隧道下穿高速公路施工过程中地表沉降、隧道拱顶沉降、掌子面挤出位移,初期支护钢拱架应力以及二次衬砌应力的动态变化规律。研究结果表明,在隧道开挖过程中,掌子面前方先行变形的影响范围为1~1.5倍洞跨。隧道掌子面进行锚喷支护加固措施,对减小隧道掌子面的挤出位移作用效果明显。同时,需合理确定支护时机,适当优化施工工序,加快隧道断面闭合时间,加强监控量测,确保隧道成功穿越机荷高速公路。     

基于HSP声波反射法的隧道超前地质预报

文章在对HSP声波反射法的工作原理、仪器设备及测试分析软件介绍的基础上,结合SZ隧道出口段掌子面的实际地质条件,对其出口左右线掌子面进行测试分析,并得到施工开挖验证。应用HSP声波反射法对隧道掌子面前方地质条件进行及时准确的预测,提前采取预防措施,避免灾害的发生,或在—定程度上减少因灾害造成的损失,减少施工过程的干扰,对隧道的安全施工具有积极的指导作用,值得在同类隧道施工地质预报中推广应用。     

富水地层盾构管廊工程岩土体参数反演与掌子面稳定性分析

文章以沈阳富水地层盾构管廊工程为研究背景,对土压平衡盾构开挖引起的地表竖向位移和水平位移进行监测,并分析位移的变化规律。以现场测量得到的位移监测值为基础,基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,利用Fortran语言编制位移反分析程序,并采用正交设计和ABAQUS数值计算进行参数反演。考虑静止土压力、主动土压力和被动土压力对掌子面稳定性的影响,根据反演的参数对盾构廊道掌子面的支护压力进行分析。研究结果表明:所建立的PSO-BP参数反演分析方法是一种可行、有效的反分析方法。当支护压力比λ=0.4时,掌子面处于极限状态;随着支护压力比的减小,地表沉降呈增大趋势。当考虑地下水作用时,为了保证掌子面的稳定需要增加支护压力;当支护压力比λ=0.6时,掌子面处于极限状态。     

三维瞬变电磁超前探测技术在隧道探水中的应用

富水隧道开挖过程中,隧道掌子面面临突水、突泥等风险,对安全施工威胁很大。目前的地质超前预报技术在探测掌子面前方水害方面仍存在一些问题。鉴于此,文章开展掌子面前方含水构造物理模拟试验,总结瞬变电磁响应规律。试验和实际应用表明:使用多匝小线圈瞬变电磁法探测技术,能够较准确地探测出不同距离上的异常体位置。采用多方向、多角度的三维瞬变电磁数据采集技术,将解释成果三维立体显示,克服了传统瞬变电磁探测成果无法显示异常体空间范围的弊端,有效提高了成果解释的形象性和直观性,为该技术在隧道中的应用和发展提供了新的思路     

昔格达组地层大断面隧道掌子面玻璃纤维锚杆加固参数研究

昔格达组地层水稳性差,遇水后岩体工程性质迅速劣化,在该地层中修建隧道易产生围岩大变形、掌子面坍塌等灾害。文章基于岩土控制变形分析法,以成昆铁路桐梓林隧道为例,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对昔格达组地层大断面隧道掌子面采用玻璃纤维锚杆加固的参数进行了研究,确定了锚杆的加固密度为0.65根/m~2;建立了昔格达地层隧道掌子面失稳破坏模式,由其纵向破坏深度确定了锚杆加固长度的合理取值范围为8～11 m;通过掌子面前方塑性区分布深度确定了锚杆的搭接长度为4 m。     

地质雷达与TRT法在隧道涌水预报中的应用

富水岩溶地区隧道施工过程中,极易发生突水、突泥工程地质灾害,极大地危害了施工安全。因此,采用超前地质预报探测隧道掌子面前方围岩工程地质及水文地质情况显得尤为必要。文章以南充-大竹-梁平(川渝界)高速公路铜锣山隧道工程超前地质预报为例,提出综合利用地质雷达法与TRT法对隧道掌子面前方涌水情况进行预报,经实践验证该组合预报技术能为隧道施工提供有效的参考依据,一定程度上减小突水、突泥地质灾害的发生几率。     

隧道软弱围岩大变形的分析与处治

文章阐述了围岩大变形的概念,介绍了围岩的变形机制和变形规律,分析了围岩大变形的成因,并针对软弱围岩掌子面前方变形、掌子面挤出变形和掌子面后方变形情况,总结提出了与之相对应的处治措施,为今后隧道穿越软弱围岩施工提供借鉴。     

基于ASP.NET技术的围岩分级系统开发

文章介绍了开发的基于互联网的围岩分级系统。该系统以ASP.NET技术为基础,结合了数据库技术、支持向量机技术、MATLAB接口等技术,实现了掌子面围岩信息的编录存储、围岩级别的智能判别等功能,并能使设计、专家、业主等人员通过互联网就可以及时了解到掌子面的围岩状况,对围岩级别进行综合判定,提高了隧道施工的信息化程度。     

粉煤灰地层浅埋大断面连拱隧道预加固方式研究

由于粉煤灰地层本身工程性质较差,隧道开挖时不同工序及支护方式的变化也极易影响掌子面的稳定及支护结构的安全.本文结合盐坪坝隧道埋深浅、跨度大、穿越不良地层粉煤灰地层的特点,对浅埋暗挖大断面隧道工程中常用的地层预加固方式做简要介绍并分析其适用性,结合现场实际,提出了一种适用于粉煤灰地层大断面连拱隧道的预加固技术,主要采用高压旋喷桩对穿越粉煤灰地段实施地表加固,从现场施工情况来看,盐坪坝隧道现已成功贯通,期间没有发生掌子面坍塌、地表沉陷等情况.     

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。     

基于强度折减法的浅埋软弱围岩隧道掌子面稳定性研究

隧道掌子面稳定是隧道安全顺利施工的前提,文章以浅埋软弱围岩隧道为研究对象,首先,基于强度折减理论,建立了掌子面稳定性判别流程,可求解掌子面稳定安全系数;其次,分析了隧道掌子面失稳判据,认为掌子面稳定性判别时可采取位移突变判据或塑性应变能判据;最后,结合嘉禾园地下通道工程,研究了掌子面稳定性控制对策,运用掌子面稳定安全系数对单一方式和组合方式预加固措施的加固效果进行了预评价,确定了掌子面预加固方式,指导了现场施工。研究成果可为浅埋软弱围岩隧道掌子面稳定性分析及控制对策确定提供借鉴。     

岩溶区隧道特大涌水突泥段帷幕注浆方案研究

为了合理确定岩溶区隧道帷幕注浆参数和注浆方案,文章以广西岑溪至水汶高速公路山心隧道涌水突泥段为依托,通过室内外试验研究,分析了隧道掌子面等部位围岩矿物成分,并基于此采用经验法和综合分析法对地层可注性进行了判别,确定了注浆方式;采用有限元方法对帷幕注浆厚度等进行了计算分析,确定了适用于山心隧道的帷幕注浆参数和设计方案;监测结果表明,采用该方案处治后涌水量降低了约54%,稳定后涌水量达到了设计要求。     

隧道玻璃纤维锚杆全断面预加固机理与应用

在隧道开挖过程中,围岩应力重分布是一个三维过程,掌子面前方的"待挖核心体"的形变响应与洞室的收敛存在密切联系",待挖核心体"的岩性决定了开挖后的围岩能否自然成拱。因此,对于不能自然成拱的破碎、软弱围岩常采用玻璃纤维锚杆对隧道掌子面进行全断面预加固。文章通过对不同工况下的玻璃纤维锚杆全断面预加固进行模拟分析,得到了隧道开挖过程中掌子面位移变形随开挖进程的变化规律,以及衡量玻璃纤维锚杆全断面预加固效果的位移指标。基于典型软弱围岩条件下的铁路隧道工程实例,结合多种工况条件,给出了玻璃纤维锚杆的优化设计参数和施工方案,可为同类工程提供借鉴。