闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheorey模型的工程区地应力场预测方法。在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区。同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性。     

闽西南某隧道高地应力特征及隧道岩爆预测研究

为了更方便地进行闽西南某隧道的岩爆预测与预防工作,首先,阐述了Heok-Brown岩体强度估算理论和基于修正的Sheo-rey模型的工程区地应力场预测方法.在此基础上结合隧道工程地质调查资料和地应力实测结果,分析了隧道围岩强度,预测了隧道工程区沿线的地应力大小,评价了工程区的地应力状态,结果表明该隧道大部分处于高地应力区.同时,利用强度应力比法对高应力作用下围岩中可能发生的岩爆进行了预测,并且与已发生的岩爆情况进行对比,表明该预测与实际情况一致性较好,证明了本文所采用方法的可靠性.     

应力解除法在某山岭隧道地应力测量中的应用及岩爆预测

为了解某山岭隧道的地应力状态及为岩爆预测提供依据,在该隧道沿线选择了2个有代表性的位置,采用空芯包体应力计进行地应力测量。测量结果表明：该区域最大主应力近于水平,最大主应力量值为16.14MPa,方向为S65。E,测量结果与现今区域构造应力场相吻合。最后在实测地应力和岩石力学试验的基础上,对该山岭隧道的岩爆强度进行了预测,并提出了相应的防治措施。     

超深埋长隧道地应力场综合反分析方法与应用

在分析超深埋长隧道工程沿线地应力场时,大埋深、长洞线、复杂地质条件等因素增加了工程区地应力场的复杂性和认知难度,影响了地应力判断结果的准确性。锦屏山超深埋特长交通洞为中国埋深最大的交通隧道,最大埋深达到2 375 m、长度达到17.5 km,水压致裂法、应力解除法等常规的直接地应力测试方法仅适用于洞口等浅埋位置,难以直接测得深部的地应力数值,进而影响对整个区域地应力场的判断,客观信息的缺乏决定了要从其他多个角度去评估地应力场状态。首先借助峰值强度和残余强度应力包络线,揭示了隧道周边不同位置处围岩开挖响应所对应的应力状态,提出了超深埋长线形隧道工程地应力场分析工作流程。在锦屏山交通洞工程实践过程中,综合采用宏观地质判断、现场破坏现象分析、测试成果指示、应力集中区推断等方法,对地应力场分布特征进行了评估和解译。另外,由于岩组、褶皱、构造、地形等条件导致局部地应力异常,采用非连续数值分析方法分析了结构面、褶皱2种代表性因素对局部地应力场的影响。最后,基于上述研究成果,建立考虑了地形、褶皱和主要断层的整体高精度三维模型,利用褶皱构造和断裂构造在现今构造挤压作用下的响应方式揭示了沿线地应力存在的分区现象,为超深埋长线形隧道工程的地应力场判断提供了更加准确便利的方法。     

超大埋深特长公路隧道初始地应力场反演分析

为探明蓝家岩超大埋深特长公路隧道轴线方向的初始地应力场状态,依据工程地质勘察报告,利用有限元计算软件ANSYS建立了工程区三维地质模型;以现场水压致裂法测得的初始地应力资料为研究基础,通过地质力学分析确定影响初始地应力场形成的主要因素,并将其表达为数值计算所需的边界和初始条件;在各影响因素单独作用下,计算得到水压致裂法各测点位置的地应力量值;运用多元回归分析获得了蓝家岩隧道轴线方向上的初始地应力场分布规律。根据蓝家岩隧道轴线处地应力场回归方程,计算得到现场应力解除法各测点位置处的地应力,并与实测结果进行比较,从而验证反演回归计算结果的合理性。结果表明:主应力量值随埋深呈现出近似线性增长的关系,垂直主应力等于或略大于单位面积上覆岩层的自重应力;主应力量值呈现出S_H(最大水平主应力)S_h(最小水平主应力S_V(垂直主应力)的规律,表明蓝家岩隧道初始地应力场以水平构造应力为主导;主应力量值大部分在20 MPa以上,说明蓝家岩隧道为高地应力场隧道;最大水平主应力与最小水平主应力的量值相差较大,根据摩尔-库仑强度理论可知隧道水平面内存在较大剪应力,易导致围岩产生过大变形或破坏;在断层经过区域,受断层挤压剪切作用,地应力变化剧烈,相对断层前后的地层而言有一定的应力松弛。     

深埋特长公路隧道三维初始应力场的回归分析

结合苍岭隧道现场的工程地质条件及实测地应力资料,在分析工程区初始应力场各影响因素的基础上,采用有限元数值模拟对建立的隧道三维地质概化模型在各影响因素单独作用下进行分析计算;并在实测点地应力值与计算得到的应力值之间建立多元回归模型。通过多元回归分析,建立最优的回归方程,从而获得整个工程区初始地应力场较为合理的分布规律。利用上述方法获得了苍岭隧道初始应力场分布的回归方程,并通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较可知,回归得到的初始应力场是合理的,为苍岭隧道的设计、施工提供了重要的基础性资料。     

大坪山隧道初始地应力场有限元回归分析

基于大坪山隧道工程地质条件及可能穿越高地应力而带来的深部工程地质问题,结合钻孔有限测点的地应力测量结果,采用三维有限元分析方法对大坪山隧道的初始地应力场进行了拓展分析.通过建立三维地质模型,计算在自重应力、水平X、Y方向挤压和XY面剪切构造等4种工况下的构造应力场.用最小二乘法求解对应的回归系数及实测点的回归计算值,剔除不合理的测点,将计算值与实测值进行对比分析,采用Sufer软件绘制隧道洞轴线主应力等值线图,得出整个工程区特别是重要工程部位的回归初始地应力场.计算结果表明:测点回归值与实测值大部分吻合较好,反演回归得到的地应力场是合理的,符合实际的初始地应力场分布规律.     

深埋特长隧道水压致裂法地应力测量与分析

对于深埋特长隧道,岩体的地应力状态直接关系到工程的稳定性。准确地测量地应力,对于预测岩爆等工程地质灾害有着重大意义。基于水压致裂法和室内岩体力学试验,研究了隧道围岩地应力状态,最后基于隧道地应力对岩爆发生的部位和等级进行了预测,为隧道的开挖与支护方案设计提供依据。     

基于地应力测试的公路隧道岩爆预测分析

为研究深部高地应力环境对于隧道工程的影响,以某公路隧道工程为例,通过水压致裂法开展了地应力测量试验,总结归纳了所测区域的地应力分布规律,并对隧道走向、横断面形状提出了建议。在此基础上,依据Russenes法、Turchaninov法、Hoek法等3种方法对隧道岩爆进行了预测分析,可供类似工程借鉴和参考。     

基于地应力边界条件的隧道支护设计研究

利用套孔应力解除技术对欲开挖隧道周边岩体进行了地应力测试,以地应力结果为应力边界条件,按照四步施工顺序对该隧道进行了不同支护形式的数值计算。计算结果表明,在强大的地应力和自重应力共同作用下,如果不加任何支护,此隧道无法自稳,近乎发生坍塌,施工无法继续;只加衬砌支护,隧道虽没有坍塌,但朝向隧道临空面发生较大变形,处于危险边缘;采用衬砌基础上的锚杆双支护形式,每一步施工都得到了理想中的结果,隧道能保持原有设计形状不改变。     

基于分段单孔反演的隧址区多断层地应力分布特征

目前，针对具有多个原位地应力测试钻孔的隧址区初始地应力场反演，往往一次性将全部实测值用以计算值的回归反分析，没有考虑到隧道纵向长度远超其他方向且钻孔分布较远的特点，单个钻孔表征的临近区域地应力分布特征或反演精度被其余钻孔实测值“拉低”，导致整体反演结果容易陷入局部优解。依托拉林铁路桑珠岭隧道、叙毕铁路斑竹林隧道、沿江高速火山隧道、木寨岭公路隧道等工程，采用多元线性回归法结合最小二乘法寻优准则，分析了隧址区仅有单个钻孔反演精度较高的原因，提出了对具有多个钻孔的隧址区分段并分别进行单钻孔回归反演的新方法。在此基础上，重点讨论了木寨岭公路隧道断层破碎带区域地应力分布特征。结果表明：分段单孔反演较多孔反演进一步提高了反演精度；地应力的分布在断层前后呈现出先急剧增大后急剧减小的特征；除自重应力与埋深存在一定关联外，两项水平主应力随断层间距或厚度的增大突变性加剧；断层之间间距、断层倾角、断层厚度均是影响地应力方向偏转大小的重要因素，断层之间间距或断层倾角越小、断层越厚，地应力方向偏转越显著。     

雪峰山公路隧道地应力场反演及工程应用

初始地应力场主要由自重场和构造场产生，它是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一。根据雪峰山公路隧道实测地应力资料，充分考虑岩体自重与构造应力的影响，采取三维有限元回归分析方法，通过对实测点地应力值用逐步回归分析方法求出回归系数，得到计算区域的初始地应力场。研究成果表明：计算结果与实测值吻合较好，所拟合的初始地应力可作为工程设计与施工的依据。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征，以银西高铁庆阳隧道为研究对象，通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性，对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析，并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律，得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好，水平地应力为垂直地应力的2倍，可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形，可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态；数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围，变形区域主要集中在拱顶；延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

暗河发育区隧道选线与突涌水灾害预控分析（双语出版）

为控制隧道穿越暗河发育区突涌水风险,通过对中国21例隧道穿越暗河发育区突涌水工程实例的统计分析,研究暗河发育规律和地质判识特征,提出"横向查延伸-竖向定标高-洞内探位置"的三阶段暗河识别方法和隧道穿越暗河发育区选线原则;研究隧道穿越暗河发育区突涌水的孕灾环境和致灾因子,遴选出隧道突涌水的主要影响因素,建立隧道穿越暗河发育区突涌水风险评估层次模型,确定评价指标的权重,开展暗河发育区隧道选线与突涌水灾害预控分析研究。研究结果表明：提出的三阶段暗河识别方法综合采用地质勘察、工程类比、示踪试验、物理探测等方法,可依次确定暗河流向、暗河水位、暗河与隧道空间位置关系;暗河发育强度、暗河水流量、暗河与隧道的空间位置是隧道穿越暗河区突涌水风险的主控因素,其次为超前地质预报、暗河形态、暗河坡度,最后为前兆信息、监控量测、开挖支护。研究成果在利万高速齐岳山隧道德胜场暗河的识别与风险评估中得到了成功应用,验证了暗河识别和突涌水风险评估方法的合理性与可行性,对类似穿越暗河发育区隧道工程建设具有一定的借鉴意义和参考价值。     

考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。     

高速公路分岔隧道施工过程稳定性分析与监测研究

分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。     

地表注浆在浅埋黄土隧道中的应用与效果分析

结合鸳鸯会隧道实例,对地表注浆技术进行研究。通过数值模拟软件计算注浆前后围岩变形和塑性状态,分析隧道塌陷成因及注浆加固效果。注浆结束后,使用地质雷达检测注浆区域,了解注浆管分布及浆液扩散情况,排除注浆后围岩中不密实区域。施作初支后,对比拱顶沉降现场监测、回归分析以及数值计算结果,研究围岩长期变形趋势。结果表明,综合数值分析、雷达检测及现场监测分析,能够有效评价浅埋黄土隧道地表注浆加固效果。     

塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”施工力学及安全分析

为了深入探究塌方段原位扩建四车道公路隧道施工力学及安全性的问题,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在准确确定塌方体空间范围及工程特性的基础上,针对性提出“回填-台阶法”施工技术,并对塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”动态施工力学及安全性进行分析。研究结果表明：①运用理论分析、数值计算、多道瞬态瑞雷面波探测技术相结合的方法可准确地获得既有隧道塌方体的空间范围和尺度;②兼顾施工技术与工期双重目标,提出了塌方段原位扩建四车道公路隧道施工方案,即塌方冒顶区通过地表注浆与洞内中空玻璃纤维锚杆进行加固,扩建开挖采用“回填-台阶法”,实现快速施工;③“回填-台阶法”施工时,隧道上半断面（1^#部）的开挖是整个施工过程的关键,结构内力增长迅速;受隧道上方塌方体和既有隧道影响,最大正弯矩出现在左拱肩处;地表最大沉降量出现在隧道中线右侧3 m处,主要由上台阶开挖引起;围岩变形主要发生在3^#开挖前,4^#开挖时围岩变形基本收敛。马尾隧道施工过程中,地表沉降、围岩及支护体系变形、支护结构受力等监测结果均满足施工安全要求,验证了施工方案的可靠性和安全性,该研究成果可进一步丰富超大扁平断面隧道的修建技术,并为今后类似的工程提供一定的借鉴。