四官寨隧道围岩与支护结构变形与受力特征现场试验

煤系地层属隧道施工中的不良地质,施工过程中除面临瓦斯燃烧、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等高风险外,其围岩大变形问题也极为突出。通过对晴兴高速公路工程典型煤系软弱地层隧道—四官寨隧道围岩变形与支护受力进行现场测试,进而在实测数据基础上,系统分析了煤系地层隧道支护结构体系的稳定性,探讨了应对围岩大变形的措施,总结了典型煤系地层软弱围岩及支护结构的受力与变形特点,为今后类似工程提供有益的参考。     

复杂煤系地层隧道超前地质钻探法应用研究

超前地质钻探法在复杂煤系地层隧道施工中发挥着重要作用,能直接、有效、快速地探明掌子面前方煤层赋存情况和瓦斯基本参数。文中以天城坝隧道为工程实例,参照公路、铁路隧道有关瓦斯技术规范,制定了地质调查与超前地质钻探相结合的复杂煤系地层探测方法,总结了钻探流程、钻孔设计、施工技术及安全防护等系统的超前地质钻探工艺,分析了隧道瓦斯基本参数的检测方法和评价指标。结果表明:所有煤层真厚除C_(8-2)煤层达到11.2m,与前期地勘有较大出入外,其他煤层真厚与前期地勘的结果接近;C_7煤层瓦斯压力为7.49 MPa,C_8煤层瓦斯压力为7.35MPa,瓦斯放散初速度大于14,煤的坚固性系数为0.4～0.5,煤的破坏类型为Ⅳ类,有突出危险。该方法有效探测了天城坝隧道复杂煤系地层情况,为隧道揭煤防突提供了基础参数。     

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.     

坪子上隧道瓦斯特征分析

隧道瓦斯突出风险是瓦斯隧道勘察的一个关键问题。针对坪子上瓦斯隧道勘察阶段与施工阶段对瓦斯特征测试的差异，从地层岩性、地质构造和煤层分布等方面对其差异性进行综合分析，得到以下结论:①隧道开挖后地层与勘察资料基本相符，勘察阶段对坪子上隧道瓦斯储藏特征进行的分析基本有效。②由于隧址区地质条件复杂，导致煤层推算位置与实际位置有差异。③瓦斯隧道施工过程中定期验证地质资料，实施动态施工，结合超前地质预报可有效规避隧道瓦斯突出风险。     

三联隧道围岩大变形原因分析及处治措施

贵昆铁路六沾复线三联隧道施工中,在玄武岩与煤系地层不整合接触带附近发生围岩大变形。结合地质勘察、施工揭示、施工支护衬砌及开裂变形特征,全面分析围岩地质环境、地层工程特性,结构受力特性及施工方法、技术措施的适应性,找出支护结构变形的原因,并在隧道开挖过程中进行进一步的试验,从而提出针对性工程处治措施,实施后效果良好。     

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。     

炭质泥岩地层大变形偏压隧道施工技术

软岩大变形问题是目前地下工程界的主要研究方向之一,复杂的地质条件,围岩因素的不确定性,岩石变形机制的复杂性,施工方法和技术的选用等因素都会对隧道围岩的稳定性产生不利的影响。兴源隧道位于我国东北高寒高纬度地区,隧道穿越炭质泥岩地层,属于软岩大变形偏压隧道,针对该类地质环境下出现的地质灾害情况,从围岩变形原因分析着手制定围岩变形控制基准,以此为依据综合采取一系列的措施控制围岩的变形同时提高工程施工进度,包括如开挖设备革新、长大锁脚的使用等措施,为该类地质隧道的施工提供了新的思路。     

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。     

断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响分析

随着科技的进步和施工技术的不断革新,在复杂地质条件下建设隧道工程便成为可能,且公路隧道或铁路隧道穿过煤层的情况也越来越多。由于煤层中可能存在高瓦斯压力,故隧道施工可能诱发瓦斯灾害,其严重威胁隧道施工安全。以某铁路隧道为依托,利用FLAC3D软件建立模型,研究断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:随着隧道开挖断面尺寸的增加,瓦斯气体的渗流速度越大,掌子面前方围岩中塑性区就越接近煤层,发生瓦斯突出的风险也就越高。     

白杨林隧道瓦斯突出预测与过煤层施工技术研究

白杨林隧道工程为煤系地层高瓦斯隧道，设计图提示隧道穿越两道50 cm以上厚度煤层与煤线，施工安全风险等级Ⅰ级。为此，对煤层结构特性及其与隧道空间位置开展了探测研究，对煤与瓦斯的突出风险进行了预测，并制定了防突措施与效果验证，在工作面煤层突出危险解除后，根据煤层与隧道空间关系，结合隧道施工安全步距要求，制定了石门局部揭穿煤层，半煤半岩过煤层采用管棚超前支护等技术措施。结合该项目的工程实践，对《铁路瓦斯隧道技术规范》、《煤矿安全规范》规定进行了讨论。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

软弱围岩大跨隧道合理预留变形量分析及初期支护刚度优化

针对正在建设的成贵铁路四川段大部分隧道位于红层砂泥岩软弱地层的情况,根据现场实测数据,对10座隧道共407个断面1 213个拱顶沉降及边墙收敛监测数据进行统计分析,研究分析红层砂泥岩软弱地层隧道的变形特性及变形量。同时,结合现场实测统计数据,对目前红层砂泥岩软弱地层隧道V级围岩隧道采用的初期支护刚度体系进行多工况数值模拟分析,针对不同的初期支护结构进行变形及应力分析。研究结果表明： 现行TB 10003-2016《铁路隧道设计规范》给出的预留变形量参考值偏大,建议红层砂泥岩软弱地层浅埋大跨隧道（V级围岩地段）预留变形量按50~60 mm设置。     

铁路隧道施工主动控制变形技术研究与实践

针对隧道施工中对加固围岩、充分发挥围岩自身承载能力方面重视不够,致使隧道开挖分部较多、工效低以及软弱围岩发生大变形等问题,通过对煤矿行业主动控制变形、国内外主动控制变形技术进行调研和部分铁路隧道施工实践、研究,得出如下结论： 在隧道施工中主动控制围岩变形,可充分发挥、调动围岩的自承载作用;采用主动控制围岩变形技术,可实现软弱围岩大断面机械化快速施工,解决超大断面设计施工技术难题,有效控制高地应力软岩隧道变形,避免大变形的发生; 锚杆、锚索以及注浆加固地层等是主动控制围岩变形的关键技术措施,必须配置大型机械设备,掌握成套施工工艺,确保锚固的及时性和有效性。     

基于层状围岩变形特征的高地应力陡倾板岩隧道合理洞型研究

即将开工建设的川藏铁路雅安至昌都段，隧道穿越地层多以陡倾（立）变质层状板岩为主，埋深大都在千米左右，地应力高或极高，其建设面临着很严重的大变形问题，给设计阶段初期带来极大挑战。针对以上工程背景，基于层状围岩的变形特征，对高地应力陡倾板岩隧道的合理洞型选择展开研究。首先通过解析计算分析圆形洞室层状围岩的变形特征，并进一步采用离散元数值模拟计算分析马蹄形洞室的变形特征，经相互对比验证数值计算的可行性和合理性，在此基础上，对比研究高地应力陡倾板岩地层单洞双线隧道、双洞单线隧道选择对控制变形的优越性，最后在选定的双洞单线隧道洞型基础上进行优化选择。研究结果表明：与岩层倾角垂直处围岩以结构变形为主，结构面张开变形与薄层结构的弯曲变形为变形的主要来源，且垂直结构面方向围岩变形程度与影响范围均大于其他方向；从控制隧道变形及开挖影响范围考虑，在高地应力陡倾（立）板岩地层采用双洞单线隧道更为合理；在高地应力陡倾（立）板岩地层中，单线隧道高跨比为1.02~1.06时，变形控制最好，而圆形隧道由于开挖面积的增大并非为最优断面。     

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d^-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d^-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d^-1,边墙收敛小于0.6mm·d^-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55 d,55~60 d和80~90 d后达到二次衬砌施作标准。     

仰拱步距和台阶长度对软岩大断面隧道稳定性影响分析

在软岩大断面隧道施工过程中,围岩稳定性控制难度很大。依托宝兰客专古城岭隧道的勘察设计资料、施工工艺和监测数据,建立符合工程实际的基本数值模型,分析软岩大断面隧道的变形特点,揭示仰拱步距和台阶长度对初期支护变形的影响规律。根据模拟试验结果指导古城岭隧道大变形区段施工,将初期支护累计变形减小了70%。     

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。     

锚杆施作时机对炭质千枚岩隧道力学响应影响研究

针对炭质千枚岩隧道施作锚杆时容易剥落掉块并导致局部失稳的问题,对先喷后锚法与传统先锚后喷法进行比较研究。为了分析2种施工方法对围岩与支护体系力学响应的影响,借助三维数值分析手段对洞周位移变化、初期支护结构受力、锚杆受力及围岩的塑性发展进行分析。结果表明,先喷后锚法引起的围岩变形与支护体系应力略大,先锚后喷法对控制围岩变形效果显著,二者均可满足一般工程需要;当对围岩变形控制要求严格时应选用先锚后喷法。     

泥岩地层大断面隧道围岩变形控制

以兰渝铁路胡家湾隧道进口段施工为例，介绍泥岩地层修建大断面隧道变形控制的方法。施工中通过围岩量测掌握围岩变形动态，采取分部开挖临时仰拱封闭成环及上半断面扇形支撑的技术措施，控制围岩的变形。实践证明:效果较好，对目前的客专大断面隧道控制大变形施工有一定的帮助。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道节理围岩稳定性研究

结合重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道小净距段施工,采用Hoek-Brown 强度准则估算出节理岩体的力学参数,建立基于Hoek-Brown 强度准则的有限元分析模型,对隧道施工过程中节理围岩的位移、应力和塑形区特征进行研究,获得隧道施工过程中围岩位移变形较大点以及应力集中区域,并提出监控量测和加强支护的范围。