公路隧道穿越煤系地层相关地质灾害处治技术探讨

由于矿产资源的开采,使得地面下留下了许多不规则的采空区,上覆的岩层冒落塌陷,自下而上形成冒落带、裂隙带和整体移动带,并引起地表变形,给高速公路的建设和运营带来了很大的影响,尤其是年代久远的小煤窑采空区,对隧道工程危害极大,易造成支护结构变形、开裂、沉降甚至发生坍方,个别隧道运营期间仍在整治。目前采空区隧道的设计理论尚不完善,实际设计、施工中采用的工程措施基本以工程类比及施工实践为主,采空区是公路隧道穿越煤系地层典型的地质灾害情况之一。本文对公路隧道穿越煤系地层相关地质灾害的处治技术进行了探讨。     

富水地层重叠隧道施工结构及地层变形分析

为解决重叠隧道在富水地层中施工时,开挖应力释放引起地层变形和渗流引起工后变形对隧道结构及周边建筑造成的不利影响,以深圳地铁某区段重叠隧道矿山法施工为背景,采用现场监测的方法对重叠隧道富水地层施工中隧道结构及周边土体的变形规律进行分析。研究表明,下洞施工沉降和工后沉降均较大,下洞变形稳定后施工上洞有利于上洞结构的稳定性,并验证了重叠隧道采用“先下后上”的施工顺序有利于保证结构的整体稳定性。在地下水渗流作用下,重叠隧道中段出现了地表沉降大于拱顶沉降的现象,同时造成下线隧道工后沉降极大,渗流和开挖应力释放是地层变形的主要原因。研究结果对同类地层条件下的重叠隧道施工具有参考价值。     

公路隧道穿越陡倾煤层采空区力学特性分析

针对隧道穿越陡倾煤层的施工力学特性,采用数值计算方法,探讨隧道施工对采空区围岩变形和受力的影响,结果表明,围岩应力分布规律受采空区影响显著,陡倾煤层采空区前后15 m为隧道施工过程中加强支护和重点监测范围。通过分析陡倾采空区对隧道结构的影响程度和规律,发现采空区的存在使得隧道支护结构主应力最大值增大约15%~20%,对隧道整体结构的稳定性不利。     

上软下硬复合地层双线平行隧道施工影响分析

在隧道建设过程中会遇到上软下硬的复合地层,如何控制复合地层隧道开挖对围岩和地层变形的影响成为亟待解决的工程问题。青岛地铁十三号线(R3)二期工程在施工中,隧道穿越上覆地层以土层为主、下部以岩层为主的"上软下硬"复合地层。通过采用数值模拟和现场监测并反馈的方法对青岛地区"上软下硬"复合地层双线平行隧道围岩变形特征和地层移动规律进行研究。研究结果表明:隧道在穿越均一或复合地层时,围岩和地表会产生不同程度的变形;隧道围岩软硬岩比例越高,隧道拱顶下沉、隧道底板隆起和地表沉降量也越大,且以先行隧道拱顶沉降最为显著,在施工中应加以重视。这为双线平行隧道在上软下硬复合地层施工提供了一定的指导意义。     

卵石采空区地层隧道进洞技术

卵石地层结构松散,无自稳性,形不成自然拱,隧道开挖时卵石层极易坍塌.以老鸦峡2#隧道工程为例,系统地阐述了隧道工程中卵石且存在采空区地层隧道进洞采取的开控边仰坡、采空区小导管注浆等5种施工方法及4项施工注意事项.     

煤系地层公路隧道衬砌结构分析和设计

以高平至陵川高速公路郭家川2号煤系地层隧道为依托工程,利用ANSYS对衬砌结构进行了数值模拟,研究了煤系地层公路隧道衬砌结构的应力应变特征和变形规律。研究表明:煤系地层的地质构造和节理特征对隧道衬砌结构受力和变形有重要影响;隧道侧压力系数对衬砌结构的内力影响很大;衬砌结构拱脚和拱顶处弯矩很大,应力集中系数大,拱脚和拱顶处应作为结构安全性监控、隧道设计与施工控制性部位。     

卵石采空区地层隧道进洞技术

卵石地层结构松散，无自稳性，形不成自然拱，隧道开挖时卵石层极易坍塌。以老鸦峡2#隧道工程为例，系统地阐述了隧道工程中卵石且存在采空区地层隧道进洞采取的开控边仰坡、采空区小导管注浆等5种施工方法及4项施工注意事项。     

南山隧道穿越煤系地层采空区围岩变形机制及处治措施

针对南山隧道穿越煤系地层和采空区时，发生围岩大变形及采空区塌陷，从设计、施工及地层岩性等方面分析了围岩变形机制，根据围岩变形和采空区实际情况，分别采取相应的处治措施，取得了良好的治理效果。     

中老铁路膨胀性盐岩地层隧道结构体系优化及施工技术探究

为解决膨胀性盐岩地层隧道修建时出现的大量衬砌裂缝、仰拱底鼓开裂等问题,同时为保证隧道后续快速安全施工及长期健康服役,采用现场调查、数值模拟和监控量测等方法,对膨胀性盐岩地层隧道结构及施工技术进行深入研究。研究结果表明:1)含盐地下水对混凝土的侵蚀引起的膨胀压力是原马蹄形隧道衬砌开裂的根本原因。2)250 k Pa的地层膨胀压力可大幅度增大围岩变形,但对隧道掌子面纵向挤压变形基本没有影响,可减小拱顶处的最大主应力,但会大幅度增大仰拱处最小主应力。3)多层支护可对洞周围岩变形起到积极的约束作用,也可明显减小掌子面纵向变形,对初期支护最大主应力基本无影响;无膨胀压力时,会引起墙脚最小主应力集中;有膨胀压力时,可减小其他部位的最小主应力。综合考虑围岩稳定性、支护受力以及施工成本控制等,膨胀性盐岩地层多层支护隧道施工宜采用二台阶法。现场实测证明采用3层衬砌、2层防水、全环注浆并施作隧底阻水榫后,围岩变形量小,衬砌未开裂。通过指数函数对围岩变形进行拟合,证明数值计算结果基本可靠。     

富水软弱地层地铁区间隧道施工监测分析

富水软弱地层地铁隧道施工引起隧道结构和地层的较大变形,通过对深圳地铁一期工程科学馆－华强路区间的施工监测和第三方监测同步分析,得出富水软弱地层地铁隧道施工引起的隧道结构和地层变形规律并反馈施工,为工程的顺利进行提供科学的理论指导。同时也可作为类似地层地铁隧道设计和施工的重要参考依据。     

南山隧道穿越煤系地层及采空区处治措施

南方山区某高速南山隧道地质地形情况复杂,存在浅埋偏压、采空区及煤系地层等不良地质情况。本文针对南山隧道煤系地层大变形,采空区进行分析研究,提出相关工程应对措施,为类似地质条件的隧道施工提供借鉴。     

堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工技术

堡镇隧道的主要工程地质特点是在高地应力、顺层偏压、软岩地质条件下隧道发生大变形。在对国内外高地应力软岩隧道施工技术研究现状基础上,分别对顺层偏压地层和高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为分析,制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的快速施工原则和总体方案。通过对开挖方法、通风方式、机械设备配套技术及管理技术等方面的综合攻关,实现了同类工程安全无事故条件下的快速施工。     

公路隧道穿越软弱破碎煤系地层及采空区施工安全控制技术

郭家川Ⅱ号隧道属典型煤系地层隧道,该隧道穿越软弱破碎煤系地层,围岩内富存采空区.首先对其施工过程中面临的各种风险进行了综合分析,包括揭煤施工风险、瓦斯突出风险、采空区施工风险、围岩大变形风险、塌方风险,以及边仰坡失稳风险等.进而有针对性地提出了风险规避措施,包括安全教育、揭煤防突措施、瓦斯防治措施、边坡卸载、现场监控,及地质超前预报等.依据与隧道结构之间的空间关系,将采空区分为了上位式、侧位式、交叉式、重叠式,以及下位式等类别,并在对现有采空区处治措施全面分析的基础上,将采空区处治措施归纳为"探"、"钻"、"喷"、"填"、"撑"、"注"、"灌"等方面.     

大断面上新统红色泥岩(N_2~(Cr))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。     

叠落式暗挖与盾构隧道施工的变形控制

叠落隧道施工会对地层产生多次扰动,较之单线隧道地层变形机制更加复杂,对变形的准确预测并采取可靠的控制措施是隧道安全施工的重要保证。依托某地铁区间叠落式暗挖与盾构隧道工程,首先采用数值模拟分析了叠落式暗挖与盾构隧道地层变形特性;根据数值分析的结果从地层超前加固、开挖方法、支护结构等方面制订了地层变形的控制措施,使地层变形在控制标准范围内;实际施工中采用给出的控制措施来控制地层变形,保证了工程施工安全,取得了较好的实施效果,并通过现场试验对此进行了验证。研究结果表明:暗挖隧道(上行)施工产生的地表沉降明显大于盾构隧道(下行)开挖,两洞施工结束后的地表沉降最大值位于暗挖隧道拱顶上方;对本工程不同开挖顺序产生的地表变形而言,"先上后下"施工产生的地表最大沉降值及沉降影响范围均大于"先下后上"施工,工程实际中可采用"先下后上"的施工顺序;监测数据表明将暗挖隧道作为地层变形控制重点,通过对暗挖隧道采取超前注浆,可有效控制地表变形,减小两隧道开挖的地表影响范围,说明在暗挖隧道中采用超前注浆可作为叠落式暗挖与盾构隧道修建过程中的重要安全控制措施。研究结果可为类似隧道工程的设计、施工提供一定参考。     

下伏采空区公路隧道结构安全稳定性评价及处治措施研究

本文以南(充)大(竹)梁(平)高速公路华蓥山隧道工程为依托,通过数值模拟,研究下伏采空区隧道的安全区域划分,剖析在底部倾斜采空区的影响下隧道支护结构受力和变形规律。研究结果表明:隧道底部2倍洞径以外的范围为安全区域;底部倾斜采空区导致隧道发生凹槽沉降,基底注浆措施对减少凹槽沉降有良好的改善效果,注浆后右拱脚处凹陷值减少22%;隧道二衬在底部采空区影响下出现应力集中现象,右拱脚处弯矩比左拱脚大150%;基底注浆措施在减轻隧道凹陷幅度、减少围岩塑性破坏面积,提高隧道安全稳定性等方面效果显著。     

三车道大断面黄土隧道变形规律数值分析

依托唐家塬隧道实体工程,采用FLAC有限差分数值法对比分析了CD法和CRD法开挖引起的隧道位移变化规律。结果表明:CRD法相比CD法可有效减小隧道施工对围岩造成的扰动;CD法和CRD法开挖引起的拱顶沉降分别为83.11mm和71.06mm,引起的地层变形急剧增加范围分别为拱顶以上6m和4m,并且随地层的深度基本呈指数型变化;变形以竖向为主,水平收敛普遍小于拱顶下沉,数值计算与现场监测变形规律基本一致。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

下穿房柱式采空区隧道变形规律与控制研究

为了探究房柱式采空区开采过程和隧道下穿采空区施工过程的相互影响,以巴准铁路敖包沟隧道为依托,采用数值方法对施工过程中围岩变形与受力随施工步变化进行模拟分析。研究表明:隧道下穿房柱式采空区时,采空区开挖造成采煤柱压缩,采空区侧壁和煤柱发生较大水平位移,影响延伸至地表2倍采煤长度范围内;隧道下穿施工引起采空区底板与顶板竖向位移进一步增大,造成3倍开采深度范围内地表沉降;采空区、煤柱和地表变形随隧道开挖步变化规律相关性较高,且隧道拱顶受采空区底板变形的影响是引起失稳的主要原因。研究结果保障了敖包沟隧道下穿采空区的施工安全。     

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。