软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

全风化红砂岩地层隧道掌子面变形特征及控制技术研究

为解决全风化红砂岩地层隧道在开挖过程中出现的掌子面失稳问题,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,利用现场调研、室内试验以及数值模拟等多种研究方法,对全风化红砂岩地层隧道掌子面的变形特征及控制技术进行系统研究。结果表明： 1）掌子面挤出位移主要集中在掌子面高度3~10 m的位置,掌子面最大挤出位移出现在上台阶和中台阶交界位置。2）拱顶沉降主要发生在已开挖段和掌子面前方约1倍洞径处,其预变形量占总变形量的比值均在40%以上,最大达到78.33%。3）掌子面前方核心土挤出变形曲线的变化趋势从快速减小到缓慢减小,直至减小为零,大致将其分为强影响区、弱影响区和无影响区3个区间,影响范围为5.8~19.2 m。4）阳城隧道采用超前水平旋喷桩和三台阶预留核心土法可以较为有效地控制掌子面的挤出变形,实际施工中,建议在采取降水措施的情况下将2种控制措施配合使用。     

偏压隧道变形破坏机理及超前预加固研究

依托九绵高速福隆隧道工程,通过建立三维山体隧道模型对偏压隧道围岩支护体系受力变形特征进行分析,并通过数值模拟与现场监测对不同超前加固方式进行对比研究。结果表明:受偏压地形影响,隧道围岩变形、塑性区分布、二衬受力等均存在非对称现象;隧道开挖时,拉应力出现在掌子面、仰拱、回填土处,塑性区分布深入掌子面后方约3 m,且掌子面的土体有向外挤出的趋势;偏压地形下,适用性较好的超前加固方式为双层注浆小导管,在有效控制围岩变形、塑性区以及二衬等受力同时具有良好的经济性;现场测得K89+317断面的拱腰收敛与拱顶、地表变形较小且收敛较快,验证了双层小导管的适用性。     

预留核心土环向刻槽对隧道开挖的稳定性影响

软弱破碎围岩隧道开挖后,在初始应力作用下,围岩松动变形、掌子面失稳,易产生较大内空位移,导致拱顶坍塌、地表下沉等病害.针对软弱破碎固岩的力学特性,提出预留核心土环向刻槽开挖法,并结合工程实例,以散值分析的方法研究核心土对较岩隧道开挖的稳定性影响.利用FLAC3D软件模拟隧道在不同长度及半径核心土条件下的开挖过程,分析掌子面附件围岩的位移、应力及塑性区变化情况.研究表明,预留核心土能减少隧道开挖对软弱破碎围岩的扰动,极大改善掌子面的受力情况,约束掌子面及附件围岩位移,控制塑性变形;核心土的长度及半径影响其对围岩稳定性的作用效果,它们存在一个最合理值.     

大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟

在低黏聚力的软弱地层、大断面隧道开挖中,掌子面稳定是施工中面临的很大问题。采用超前预加固工法,对浏阳河隧道开挖过程进行数值模拟,通过分析超前预加固法对隧道位移、受力的影响,并研究各加固参数的敏感性,得到掌子面的超前锚杆加固长度对掌子面的稳定性影响最大,掌子面外超前预加固对改善超前核心土受力也有较大影响。     

公路隧道塌方的预防与处治

0引言 在公路隧道施工过程中，掌子面的掘进会破坏岩体的平衡体系。在围岩自稳和支护能力不足时，会发生掌子面失稳、拱顶围岩塌落、隧道侧壁滑动变形，甚至冒顶等工程事故，这些不良事故称为隧道塌方。塌方是隧道施工中较为常见的典型事故，具有成因复杂、危害巨大、不易处治等特点。     

全粘结型锚杆加固隧道掌子面强化机理研究

针对目前我国城市隧道和客运隧道建设遭遇软弱围岩时塌方事故频繁发生的状况,对全粘结型锚杆插入掌子面前方待挖核心土体注浆后可以有效地提高加固体的黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E,提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度和刚度、抑制地表沉陷,提高掌子面的稳定性的特性进行研究,分析全粘结型锚杆加固掌子面的强化机理,旨在获取全粘结型玻璃纤维锚杆加固掌子面提高待挖核心土体黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E的幅度,避免隧道频繁发生塌方事故。通过在浏阳河隧道的现场试验应用表明:全粘结型锚杆能够有效地提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度,保证隧道施工过程掌子面及其周围围岩的稳定性。     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果，以蒙华铁路风积沙地层段为依托，通过室内物理力学试验得到风积沙的基本性质和参数，并利用数值模拟对隧道最大主应力和塑性区变化规律展开分析，然后建立模型试验对不同预加固方式在风积沙地层隧道中的效果进行研究。研究结果表明： 1）风积沙抗剪切能力在含水率为7%~14%时可达到极值，此时更利于隧道围岩的稳定性； 2）隧道失稳具有突发性，主要会经历“掌子面局部破坏—拱顶持续塌方—大体积失稳”3个基本过程； 3）未采用预加固措施的情况下，开挖面前方监测断面拱顶围岩内部位移值及变形速度最大，采用水平旋喷桩与钢管组合加固后可分别降低81.1%和98.3%； 4）水平旋喷桩与钢管的组合对于开挖面前方拱顶的围岩应力控制效果最好，水平旋喷桩的加固控制范围小于水平旋喷桩与钢管的组合。     

岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持,针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体,从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律,推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式,建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据,并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法,研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进,掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡;掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大;掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象,具有明显的突水前兆特征。     

基于新意法原理的隧道全断面预加固效果研究

基于新意法基本理论,以湄渝高速岐山隧道为依托,采用有限差分程序模拟玻璃纤维锚杆超前预加固隧道核心土下的全断面开挖,通过对比预加固开挖与传统工法下挤出变形、收敛变形及超前核心土应力分布情况对预加固效果进行了验证。结果显示,预加固措施可以在一定范围内减小挤出变形,但对掌子面前方扰动范围的影响甚微;两工况掌子面挤出位移均在中心位置达到最大,预加固在掌子面中心处对挤出位移的减小效果最为明显;两工况下掌子面前方预收敛的分布特征与挤出位移基本一致,但掌子面通过后预加固对后方收敛的发展不再起控制作用;两工况下掌子面前方拱效应形成位置基本一致,而预加固措施能够有效加强前方拱效应。     

浅埋隧道施工地层位移控制的数值计算研究

以数值计算作为分析手段,模拟研究了浅埋隧道全断面开挖引起地层损失的主要因素。理论分析结果表明:即使在软弱围岩条件下,调节或改善核心围岩的力学行为及其强度,可以维护掌子面的稳定性和控制掌子面及其前方地层发生的绝大部分地层损失;超前加固隧道拱部、边墙和仰拱围岩,主要是减小掌子面后方地层损失,在相同的加固条件下在地层位移控制方面,仰拱超前加固最好,其次为边墙超前加固,最后为拱部超前加固。影响隧道拱部、边墙和仰拱超前加固效应的主要因素有加固层的厚度和加固后加固层的力学行为。     

软弱破碎围岩隧道开挖支护中CD法与环形开挖留核心土法对比分析

针对Ⅴ级围岩隧道岩体破碎,开挖中易发生松动变形、掌子面挤出、拱顶坍塌及地表沉降过大等病害的问题,基于FLAC^3D有限差分软件,对采用环形开挖留核心土法及中隔壁法(CD法)施工过程中围岩应力、位移和塑性区范围发展情况进行对比,分析不同开挖支护方法对围岩稳定性的影响。结果表明,相较于环形开挖留核心土法,CD法具有施工扰动小、初期支护封闭早、围岩位移及塑性区面积较小的优点,更适合于Ⅴ级围岩隧道的开挖支护。     

基于Midas/GTS的隧道变形控制措施和开挖方法研究

为了保证位于我国西北的某高地应力软岩隧道的安全施工,基于有限元软件Midas/GTS对隧道的变形控制措施和开挖方法进行了研究。通过分析掌子面挤出位移、围岩塑性区、支护结构受力以及围岩变形等指标对比了环形开挖预留核心土法和三台阶七步预留核心土法的两种隧道开挖工法。通过围岩塑性区分布、支护结构受力和围岩变形等指标对比分析了不同的喷射混凝土厚度(21、28、35 cm)和掌子面加固范围(90°、127°、180°)。根据研究结果提出最适合本隧道的施工方法:采用三台阶七步预留核心土法进行隧道开挖,喷射混凝土厚度为28 cm,预加固范围为180°。     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

软岩隧道施工方法数值分析

以软岩单线铁路隧道为工程背景,采用三维数值手段对常规台阶法、扩大拱脚台阶法和预留核心土台阶法等典型工法的施工空间效应进行动态模拟。计算结果表明：对于软岩隧道,当采用常规台阶法施工时,加强上台阶围岩支护效果对大变形控制至关重要;在台阶法开挖过程中掌子面挤出变形明显,掌子面的稳定性不容忽视,而预留核心土在控制掌子面变形、确保掌子面稳定方面有明显的作用;扩大拱脚支护形式与标准断面相比更有利于控制隧道收敛变形和塑性区的发展。综合分析结果认为：兰渝铁路软岩单线隧道采用扩大拱脚支护形式结合预留核心土的台阶法更有利于控制变形和确保洞室稳定。     

复杂地质隧道施工的沉降变形分析

针对黄土隧道围岩强度低、自承载力弱、开挖变形大的问题,基于数值模拟法对黄土隧道施工过程模拟仿真,得到隧道围岩开挖溶洞的位移变形特征和应力变化,并给出相应的隧道变形沉降控制措施。研究结果表明:隧道开挖过程中,掌子面上部围岩形成一个U形的整体沉降区,由隧道表面延伸到拱脚处,边界接近垂直。隧道开挖对围岩影响集中在隧道中线35 m范围,掌子面前方20 m内,其中在隧道中线20 m,掌子面前方6 m沉降值达到总沉降的24%~45%,沉降集中在掌子面至初支护封闭阶段。实际工程中,可通过加强拱脚强度、提高初期支护和超前支护、减少封闭距离来有效控制围岩沉降变形。     

基于大管棚支护的大断面黄土隧道穿越冲沟地貌控制效果分析

黄土隧道浅埋段遇冲沟等不良地貌,开挖时对隧道的稳定性不利,为探究管棚预支护和反压回填对黄土隧道的作用,以陕西省境内某黄土隧道为工程依托,对其进行有限元分析。分析结果表明:随掌子面的开挖,隧道地表山坡沉降加大,至开挖完毕,最大沉降稳定在54.4mm左右,隧道开挖仅对距隧道中轴线两侧35m范围内的地表产生影响,并在距隧道中轴线为15m范围内时地表位移急剧增加;掌子面开挖里程在10～30m范围内,塑性区只向上延伸至坡脚,说明管棚可以抑制围岩塑性区的向上发展;回填土两侧塑性区呈对称分布,说明回填土可以消除冲沟造成的偏压,但回填土会受到隧道开挖的影响;现场测试数据与计算结果有相似的分布规律,但由于支护结构对提高围岩稳定的滞后性导致计算值略大。     

泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道力学特征研究

当大跨度隧道穿越泥岩夹砂岩地层时,易产生由偏压问题导致的病害。为研究泥岩夹砂岩顺层隧道的偏压特征及影响因素,以郑万高铁重庆段小三峡隧道工程为依托,采用现场量测与数值模拟相结合的方法,对砂岩顺层倾角、间距及地下水等因素对大跨度顺层隧道力学特征的影响开展了研究。结果表明:1)相较于均质泥岩地层,泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道开挖后,隧道周边围岩位移及塑性区均呈现非对称性,顺层法线方向围岩位移大于顺层方向;2)顺层隧道的最不利倾角为45°,当砂岩顺层间距超过3m时,顺层对隧道力学特征的影响逐渐减小;3)含有地下水的泥岩夹砂岩地层,隧道围岩位移、泥岩塑性区及砂岩顺层塑性区范围均有所增大,围岩稳定性降低,且会加剧顺层隧道的偏压程度。     

CRD法与上下台阶法在隧道开挖中的效果对比及数值分析

由于Ⅳ级以上围岩软弱破碎,岩土体强度低,围岩开挖后容易松动变形,掌子面挤出,引发拱顶坍塌,地表下沉过大等病害.采用不同的隧道开挖方法,会对此类围岩的稳定性产生不同影响.该文以工程实例为依托,利用FLAC3D分别模拟湖南某高速公路某隧道在CRD法与上下台阶法开挖条件下的施工过程,分析隧道开挖过程中围岩的应力、位移及塑性区...