极高地应力软岩隧道超前导洞应力释放及多层支护变形控制技术

为了解决极高地应力软岩隧道大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下主要结论:1)提出了"先放后抗,抗放结合,锚固加强"的变形控制理念;2)得出了该隧道岭脊核心段"超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)超前导洞应力释放效果明显,正洞累计变形减小幅度约为34%;4)得到了圆形多层支护结构变形规律;5)累计变形均控制在设计预留变形量内,保证了该隧道岭脊核心段大变形控制效果。     

基于蠕变效应的隧道衬砌结构耐久性研究

以佛岭隧道工程为依托,通过蠕变试验得到围岩和衬砌相应的力学特性参数,并对佛岭隧道在开挖后及使用期间的应力-应变规律给出具体求解,经计算可知,佛岭隧道在使用若干年后,支护的径向力和相互作用力都趋向于0.38 MPa。结论对隧道衬砌结构耐久性的研究具有一定的参考意义。     

膨胀性围岩公路隧道设计施工研究

膨胀岩隧道由于其特殊的工程地质特性,成为当今地下工程界最复杂的研究课题之一.结合依托工程大华岭特长隧道中出现的膨胀岩,提出了膨胀性围岩隧道的支护结构和施工原则.应用弹塑性模型对膨胀岩隧道支护结构和施工过程进行了数值模拟计算,结果显示支护结构的初期支护及二次衬砌主要应力均在安全范围之内.     

木寨岭公路隧道高弹模PVA合成纤维喷射混凝土抗裂技术研究与探讨

为提高初期支护混凝土的强度、密实性、韧性,保障施工安全,通过开展室内多组配合比的高弹模PVA 合成纤维混凝土硬化 收缩开裂性能试验测试进行试配,并成功应用于木寨岭公路隧道现场实际施工。在木寨岭公路隧道喷射混凝土施工中添加高弹模 PVA 合成纤维,使混凝土具有良好的抗裂、增韧性能,极限变形能力增大,混凝土的完整性提高,达到了减少初期支护混凝土产生裂 缝、控制开裂的效果。对高地应力大变形的隧道初期支护,在支护结构变形可控的条件下,抗裂性能显著,值得借鉴与推广。     

松散地层隧道支护体系的力学特性

为明确松散砂卵石地层隧道支护体系力学特性,以青海循隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程实例,研究了砂卵石隧道初期支护刚度、强度的影响特征及二次衬砌施作时机的力学影响特点。通过研究隧道支护体系的力学行为,提出砂卵石隧道初期支护建议参数,明确了支护拱顶沉降、衬砌应力与二次衬砌施作时机的关系,可为砂卵石地层隧道及类似工程的支护设计提供参考。     

隧道围岩与支护结构耦合作用研究及应用

为了增强隧道工程支护效果、提高各支护构件利用率、保证隧道的安全，需要寻找减小工程支护力的途径，即最大限度地释放围岩形变势能、充分利用围岩自身承载能力，实现围岩与衬砌间的支护耦合，建立了由隧道表征变形量、支护体系组合构件的整体性能利用率、支护系统组合构件耦合效率3个指标组成的耦合评价体系，并用于西安岭隧道施工现场监测并进行耦合分析。结果表明:该隧道最终耦合效率较高，设计方案合理。     

我国西南部山区隧道施工期支护结构力学行为特征案例分析

为研究我国西南部山区隧道施工期支护结构所面临的重大问题，将雅安—康定、汶川—马尔康高速公路的典型隧道作为案例，归纳总结施工期存在的高地应力、软弱围岩、断层破碎带、次生地质灾害等潜在危险源，通过现场实测数据深入分析不同危险源环境下支护结构体系的力学行为特征。研究结果表明： 1）当隧道穿越软弱围岩时，围岩强度低、自承载能力差，接触压力、钢拱架应力均显著高于普通围岩隧道，二次衬砌分摊荷载比例显著上升； 2）当隧道穿越断层破碎带时，支护结构受力需要较长时间才能稳定下来，其力学行为呈现出3阶段演化规律，前期快速降低、中期缓慢降低、后期基本稳定； 3）当隧道洞口穿越松散堆积体时，坡体稳定性易受到扰动，其支护结构力学行为具有显著的偏压特性，围岩压力主要集中在深埋侧； 4）高地应力与围岩强度联合控制着围岩稳定性与支护结构体系的力学行为，高地应力硬岩隧道也具有一定的流变时间效应，但由于硬质围岩的强度较大、稳定性较好，支护结构受力相对较小，安全储备较高； 5）高地应力软岩隧道的围岩压力与结构受力显著升高，其支护结构力学行为在施工期便呈现出明显的流变特性，开挖约200 d后，仍然保持着缓慢增长。     

不同群桩设计参数下桩基荷载的简化分析

通过对隧道群桩-衬砌支护联合承载体系和无地基改良下关键部位的受力及变形进行对比,经分析后提出隧底群桩荷载简化模型。研究结果表明:群桩-衬砌支护联合承载体系下结构竖向位移明显减小,其中拱顶和仰拱的竖向位移得到明显控制,且在隧道纵向中部位置的竖向应力有明显减小,整体受力更趋于均匀。所以,群桩-衬砌支护联合承载体系对改善隧道基底深厚软弱地层下的沉降和洞室关键部位应力有显著作用,同时,给出不同关键设计参数(桩长、桩径、桩间距)下隧底群桩荷载简化模型分布函数,可利用该分布函数进行桩顶荷载估算。     

木寨岭隧道大变形控制技术

介绍兰渝铁路木寨岭隧道斜井施工期间高地应力软岩地段的大变形情况,并对变形情况结合地质条件、支护结构的合理性、工艺控制等因素以及监测数据进行分析,通过现场施工实际及理论分析提出有效、合理的支护措施;同时,指出下阶段高地应力软岩施工技术研究方向,为下步施工提供指导,也为类似工程提供借鉴。     

预应力锚索支护技术在高地应力大跨径隧道挑顶施工中的应用——以渭武高速公路木寨岭隧道为例

为解决高地应力软岩环境下斜井进正洞交叉口挑顶施工难题,以渭武高速公路木寨岭隧道2#斜井进正洞为工程背景,对原挑顶设计方案进行优化,基于高强预应力支护理论,提出以小孔径预应力锚索支护技术为核心的挑顶方案,取消原设计方案中的托梁和支撑梁,实现"以索代撑"。对小孔径预应力锚索支护结构和施工工艺、挑顶支护设计和实施方案进行研究,并采用该方案对木寨岭隧道2~#斜井进行挑顶施工,围岩变形监测结果表明该方案安全有效。     

高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层，具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程，对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先，采用原位试验、现场勘察和室内试验方法，对其地质条件及破坏成因进行分析；然后，利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索（NPR锚索）材料，设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系；最后，使用该控制体系在现场进行工业性试验，通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测，分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明： 采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系，能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题，最大变形量从2 936 mm控制到240 mm以内，消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患，控制效果显著。     

黑石岭岩石公路隧道围岩松动圈的测定

按"新奥法"施工的河北张石高速黑石岭隧道全长7 560 m,为上、下行分离的双洞单行车双车道,属于长大岩石高速公路隧道.隧道施工期围岩松动圈的测试与判定,对于施工支护设计具有重要作用,文中对利用超声波探测技术对隧道进行了松动圈测试与分析,明确了爆破开挖对围岩的影响范围,优化了隧道的开挖支护施工.     

木寨岭隧道变形分析及初期支护参数优化研究

为经济有效地控制高地应力软岩隧道施工大变形,以木寨岭铁路隧道施工为例,通过建立数值分析模型,对不同初期支护厚度、锚杆长度及钢架间距的变形控制效果进行对比分析,得出了木寨岭隧道开挖变形规律,并对初期支护参数进行了优化,可为类似地质及施工环境下的隧道施工提供技术参考。     

台阶法在超大断面浅埋偏压隧道中的应用研究

为探索台阶法在超大断面浅埋偏压隧道施工中的可行性,以蒙华铁路石岩岭隧道为研究对象,对台阶法和传统分部开挖法进行比选,提出三台阶临时仰拱+竖向支撑的开挖工法,并采用MIDAS有限元软件建立地层-结构模型,对施工各阶段隧道-围岩体系的应变-应力进行模拟分析,以判断开挖过程的结构风险。对台阶法施工过程中出现的拱顶沉降大、初期支护出现裂缝、爆破对软硬不均地段的影响和地表土体开裂等问题进行分析并提出相应的对策,现场实施效果表明:台阶法能满足石岩岭超大断面浅埋偏压隧道施工安全的要求,且具有施作技术简单、高效快捷的优点,可为类似工程施工提供参考。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。     

高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构安全性分析

为研究高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构的安全性,依托木寨岭隧道衬砌裂损段,通过现场监测和数值模拟的方法,分析高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构变形受力特征,进而分析结构的安全性。现场监测结果表明： 衬砌裂损重新施作后,前3层支护几乎承担了所有的围岩压力和变形,通过层层支护、分层抵抗的方法来逐渐降低衬砌受力,保证衬砌结构的安全。通过数值计算对比分析衬砌重新施作前后的隧道受力变形状态,其中重新施作后衬砌各位置混凝土应力和钢筋应力增长趋势均不明显,计算得到衬砌裂损重新施作段结构安全系数均处于3.3~8.1,各位置安全系数均大于规范中的要求值,说明结构处于安全状态。     

小净距隧道施工的平面数值模拟

结合九岭隧道的设计及施工实践,建立小净距隧道的平面计算模型,对小净距隧道进行开挖支护数值模拟计算,并着重对其位移场、应力场、喷射混凝土初期支护、锚杆轴力进行数值分析,结果表明:由于围岩较好,开挖后整体稳定性较好,变形主要集中在拱顶与仰拱底部,应力主要集中在隧道的拱脚处,喷射混凝土的最大弯矩值以及支护锚杆的最大轴力值都出现在隧道拱脚处,塑性区较少,主要分布在中间围岩部位,因此要重点加固此部位.     

直接弹性抗力法及其在隧道初期支护结构计算中的应用

为更加直观地证明隧道初期支护具有单独承载能力的事实,提出直接弹性抗力法原理。直接弹性抗力法以拱(圆曲梁)和弹性地基拱(弹性地基圆曲梁)2段函数分别反映拱部支护结构脱离围岩以及侧壁支护结构压向围岩2段结构的内力及位移,能极大地简化计算过程,较为真实地反映隧道支护结构的应力状态;并结合链杆支座拱、铰支座拱模型,分别模拟实际施工的无分布锚杆影响、有分布锚杆影响但锚杆无切向力、有分布锚杆影响且锚杆有切向力3种支护应力状态,比较全面地概括隧道支护施工可能产生的应力状态,充分证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论事实。强调"先柔后刚,先放后抗"属于概念,初期支护变形的主要原因是地基承载力不足造成沉降,锚杆锚固力和喷射混凝土早期强度等严重影响初期支护单独承载;再根据隧道支护结构各种可能的应力状态,提出对隧道初期支护结构细节设计的改进建议,如锚杆与钢架的连接、钢架之间的连接、钢架底脚的处理、锁脚管桩、型钢钢架与格栅钢架的组合结构等,通过实践证明隧道初期支护具有单独承载能力的理论。     

人工填土层中四连拱暗挖隧道设计

人工填土层有土质疏松、稳定性差、无法形成自然应力拱等特点,导致隧道暗挖修建时易出现支护体系受力较大、地面沉降过大甚至塌方等问题。以北京地铁某停车线工程在人工填土层中修建暗挖四连拱隧道为例,采用理论分析结合有限元数值仿真模拟,从支护体系受力、地面沉降、风险控制、施工工期等方面对"导洞法"、"侧洞法"及两者相结合的"导洞+侧洞法"进行比选,得出采用"侧洞法"施工为本工程最优方案。"侧洞法"能有效避免中隔墙的水平位移问题,控制沉降较好,且二次衬砌能尽早封闭成环,减小初期支护受力过大的风险,并在施工中取得成功。     

炭质板岩地层隧道施工要点及大变形防治措施

为解决兰渝铁路木寨岭隧道鹿扎斜井通过高地应力炭质板岩地段隧道防坍和变形控制,从炭质板岩的特性、变形机制以及出现变形后的处治方法等方面进行研究,得出以下几个结论：炭质板岩属软岩范畴,遇水易软化;有水地段开挖后易出现坍塌,需做好超前支护和注浆止水;高地应力炭质板岩隧道收敛持续时间长,累计变形量较大;发生变形后,可采用封闭仰拱、长锚杆、径向注浆、增设套拱等措施进行处治。