基于预留支护假设的小净距隧道中央岩墙应力简化计算方法

小净距隧道中央岩墙在施工过程中会经历多次扰动,因此,如何保障其安全性和稳定性是设计和施工的重点,而获取其受力状态是科学制定设计和施工方案的前提。针对小净距隧道中央岩墙受力特性及其影响因素,研究了其应力分布规律和简化计算方法。在隧道围岩内部"预留支护"的假设前提下,首先得到"预留支护"界面上荷载分布的表达式,进而得到预留支护界面上的正应力与剪应力分布规律,并在此基础上计算中央岩墙所受平均正应力和附加弯矩,最后得到了中央岩墙在一定条件下的计算方法和分布规律。结果表明:小净距隧道中央岩墙应力分布规律可以通过"预留支护假设-界面正应力和剪应力分析-中央岩墙平均应力和附加弯矩-岩墙最终应力分布"的思路完成简化计算。中央岩墙应力分布规律与隧道半径、岩墙自身厚度以及初始地应力等因素有关。岩墙厚度和一侧隧道半径一定,另一侧隧道半径增大,岩墙整体应力逐渐增大,小半径隧道一侧的应力稍大;随着两洞室半径趋于相同,应力分布也呈现左右对称的趋势;在岩墙厚度较小时,适当增加岩墙厚度对减小其平均应力的效果很明显。在两隧道半径一定时,随着岩墙厚度增加,应力逐渐减小,分布逐渐变得均匀,由附加弯矩引起的两侧应力差也随之越小。     

锚碇基坑嵌岩地下连续墙施工监测研究

该文介绍了某大型悬索桥的锚碇基坑的施工监测技术。在该项目施工时,对基坑开挖过程中的嵌岩地下连续墙变形发展和应力水平进行了实时控制,根据实测数据总结了嵌岩支护结构的受力机理并提出了合理的设计建议。     

大跨度地下厂房岩锚梁结构施工过程受力与变形计算和监测分析

重庆乌江彭水水电站地下厂房纵轴线与薄层、陡倾角灰岩、夹软弱页岩层走向呈0°交角布置,岩性自稳时间短、卸荷变形快,对布置在高边墙上的锚梁结构的安全极为不利。针对岩体加载和卸荷过程中的力学性质的本质区别,为分析岩体卸荷规律对布置在洞室高边墙上梁体结构安全的影响,掌控岩锚梁结构的安全度,施工中选取厂房区域的典型地段作为计算剖面,采用有限差分法模拟地下厂房的开挖、加固和岩锚吊车梁的建造及运行状态,重点分析主厂房围岩与支护及岩锚吊车梁的变形及受力状态。通过受力计算分析以指导施工,借助安全监测数据分析,表明梁体结构安全可靠。     

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。     

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。     

局部软岩偏压下隧道结构及钢拱架受力状态分析

为研究局部软岩偏压隧道施工中钢拱架实际的受力特征及变形状态,采用有限元建立三维地层-隧道模型,对隧道开挖过程中偏压隧道结构及钢拱架受力状态进行弹塑性模拟分析。在建模时,通过考虑钢拱架的实际截面尺寸及沿纵向的布置方式以准确模拟钢拱架的受力状态;在考虑隧道软岩偏压时,假定4种典型工况:均质地层无偏压、拱脚-边墙软岩偏压、边墙-拱腰软岩偏压及拱肩-拱顶软岩偏压等。基于数值计算结果,对钢拱架的应力分布、变形模式及内力,初期支护最大、最小主应力等进行分析。结果表明:不同工况下,钢拱架均处于受压状态,剪力最大区域主要分布在边墙和拱脚区域,为此建议加强边墙-拱脚区域的锚杆支护。     

钢架岩墙组合支撑工法动态施工力学特性及其应用

京沪高速公路济南连接线浆水泉隧道全长3 101 m，最大开挖断面尺寸为19.5 m×13.1 m，是目前中国最长的双向八车道高速公路隧道。浆水泉隧道穿越地层主要以Ⅲ，Ⅳ级硬质灰岩为主，且施工工期紧，传统的双侧壁导坑法、CRD法等因施工工序繁琐，临时支撑多，施工效率低，无法满足工程工期需求。基于以上背景，提出钢架岩墙组合支撑分部施工工法，主要特点是中间岩墙和上台阶临时钢架组成临时支护体系，在减少临时支撑的同时，中部岩墙还能通行车辆，5个工作面可同时施工，从而实现快速施工；在此基础上，进一步运用数值计算与室内模型试验相结合的方法，对该工法的动态施工力学特性进行研究。结果表明：施工过程中，隧道上部围岩开挖的时间段是支护结构受力最不利时期，支护结构内力在此期间增长迅速，波动较大；中隔壁是支护结构中受力最不利处，其余部位结构受力对隧道施工反馈很小；影响拱顶沉降和仰拱隆起的主要因素是隧道上部围岩的开挖，影响拱脚处围岩水平收敛的主要因素是隧道下部围岩的开挖；支护结构承载和围岩变形均能够满足公路隧道施工安全需要；通过在浆水泉隧道中的实际运用表明该工法能有效提高施工效率，缩短施工工期，是一种可行的超大扁平断面隧道快速施工工法。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

浅覆大跨度小净距隧道中岩墙及初支力学特性研究

通过建立后掘隧道的三台阶开挖数值分析模型,模拟D/B分别为0.5,0.75,1,1.25,1.5,2情况下,后掘隧道开挖对中岩墙多次扰动所引起的围岩塑性区分布、主应力差、水平位移等力学特性,并分析其对先行隧道初支内力的影响。通过分析中岩墙应力、变形随净距的变化,表明当中岩墙厚度小于0.75B时,中岩墙上部区域塑性区已贯通,塑性区范围急剧扩大,说明后掘隧道对中岩墙的受力变形和先行隧道支护结构受力极为不利。在D/B=0.5的不利情况下,可对中岩墙进行注浆加固处理,模拟结果表明注浆可极大降低初支受力,最大轴力减小了49.1%,最大弯矩减小了29.1%,大大提高了围岩稳定性。     

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明：让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。     

荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究

牡丹江荒沟抽水蓄能电站地下厂房具有典型的“大跨度、高边墙、多洞室交叉”的工程结构特点，在陡倾结构面、中等地应力等复杂地质条件和强卸荷开挖的影响下，洞室围岩片帮、掉块等局部稳定性问题突出。针对此问题，构建荒沟抽水蓄能电站地下厂房微震监测系统，对地下厂房开挖卸荷过程进行实时监测，揭示围岩内部岩石微破裂的萌生演化过程及其对围岩稳定性的影响。结果表明： 1）开挖卸荷的强施工扰动引起的围岩高能量释放，导致主厂房上游边墙围岩内的断层破碎带局部损伤加剧，诱发大量微震事件； 2)微震事件在主厂房上游侧拱肩区域沿断层走向呈条带状分布,且在厂房下游侧边墙与3#支洞交汇的洞室结构薄弱部位聚集； 3）识别主厂房上游边墙桩号厂左0+20 m至厂左0+80 m段是围岩潜在失稳区域。     

巨跨超扁平地下洞库建设方法及实践

为探讨巨跨超扁平地下洞库勘察设计和施工运营过程中的关键技术难题，采用文献调研、理论分析和实践验证相结合的方法，对巨跨超扁平洞库洞室稳定机制、关键性地质参数及其评价体系、定量化设计方法、施工工艺工法以及监控技术进行研究。得出： 1）通过及时、主动的支护体系有序调整围岩承载力是巨跨超扁平地下洞库成洞的关键。2）巨跨超扁平地下洞库围岩稳定性评价方法必须考虑尺寸效应，结构面产状、地应力、跨度、高跨比、摩擦角是影响围岩稳定性的显著因素。3）喷+锚+网柔性支护体系是合适的，宜采用“以数值计算为主，类似大跨经验为参考，施工监测动态反馈调整”相结合的综合设计方法。4）采用预留双岩柱支撑开挖方法是合理的。5）应采用多种手段对结构及围岩应力场和位移场进行监控量测，可采用“以收敛和沉降指标为主，围岩内部位移指标相结合”的综合判断方法，评判施工及运营过程中围岩的稳定性和结构的安全性。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。     

巨跨扁平洞室施工期拱部沉降分析

为解决巨跨扁平洞室工程现场监测数据匮乏和研究手段单一等现状对洞室变形特征及稳定性分析造成的困扰,以某水平地应力为主应力的巨跨洞室为例,结合洞室的地质条件、地应力及开挖步序,采取现场监测数据分析和三维数值计算的方法,得出巨跨扁平洞室拱部沉降特征。结果表明： 1）巨跨洞室拱部沉降较小,最大值为22.8 mm,且受地质条件、地应力、结构面等因素影响,其变形具有一定的离散性; 2）巨跨洞室中岩柱拆除步序引起的沉降占总沉降的40％~60％; 3）巨跨洞室开挖过程的变形曲线呈现台阶状和锯齿状相结合的特点,其稳定机制为应力控制的整体稳定和结构面控制的局部稳定相结合; 4）巨跨洞室开挖引起的拱顶扰动范围主要存在洞室周边浅层岩体,拱肩附近的扰动范围主要存在洞室周边浅中层岩体,开挖对深层岩体的影响较弱。     

地下水封储油洞库岩体分级与支护技术研究

地下水封储油洞库是目前世界上石油战略储备的重要设施,为了保证该类大断面洞库的稳定,需要对洞库岩体质量进行准确评价,以便进行合理的支护设计。以某地下水封储油洞库为工程背景,选取4北洞室3个典型地段作为试验地点,采用现场工程地质勘察、三维摄影测量系统（ShapeMetriX 3D）及地质雷达测试技术相结合的手段,查明各地段围岩的工程地质特征及节理分布情况,应用Q系统分类法对试验地点岩体进行稳定性分级,依据工程类比和相关规范确定试验地段的支护方案,并运用FLAC3D数值模拟及现场监测的方法对支护效果进行检验。结果表明,设计支护方案合理,能够保证围岩的稳定。     

地下水封储油洞库施工安全监测及稳定性分析

以某大型地下水封储油洞库为依托，对其储油洞室施工阶段的洞周变形、围岩内部位移、锚杆应力、松动圈等监测数据进行了统计分析，得出了监测数据的变化范围和变化规律，并分析了洞室稳定性，验证了各监测技术在大型地下洞库的适用性。     

超大跨扁平地下洞库锚喷支护受力特征研究

针对巨跨超扁平洞库围岩荷载分布的复杂性和施工的困难性，为填补国内远超50 m级巨跨超扁平洞库修造技术的空白，提升对支护结构和围岩受力特征的认知，依托巨跨洞库工程展开了巨跨超扁平地下洞库开挖过程中支护技术的研究。通过对巨跨洞库锚喷支护进行数值模拟，得到不同支护结构的受力情况，并对不同支护结构的支护效果进行对比分析。结果表明： 1）在开挖过程中，系统锚杆轴力和喷射混凝土结构内力总体较小，相比之下锚索的拉力较大； 2）在拆除两侧岩柱时，锚索拉力增幅较大； 3）锚索轴力监测数据和数值模拟的变化趋势相同，验证了数值模拟计算结果的合理性。因此，可以认为在整个施工过程中，锚索对围岩稳定起主要支护作用。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩破坏影响因素分析与施工技术研究

通过对锦屏一级水电站地下厂房的工程地质条件、布置与结构设计、工程监测资料的汇总分析,针对围岩破坏与地应力、强度应力比、地质结构面、洞室布置与结构的相关关系分析,重点分析围岩破损与施工开挖程序、分层、爆破、支护结构与支护时机选择的相关关系,认为在高地应力条件施工中创新采用的应力有限释放控制技术(含不同围岩的个性化爆破设计、动态确定岩壁吊车梁浇筑时间、大型地下洞室群交岔口施工技术、圆筒形建筑螺旋形立体开挖支护施工技术)对围岩变形破坏控制起到了重要的作用。根据前人相关研究成果,参考和引用了理论、原理、计算分析方法、试验方法和相关数据,结合本工程的实际情况,对施工技术进行研究,解决工程施工的实际问题,指导工程施工,也为类似工程研究与实施提供参考。     

开挖卸荷扰动下深埋地下厂房围岩稳定性数值分析研究

猴子岩水电站地下厂房位置地处深山峡谷区,区域地质构造背景较为复杂,并且具有地应力值相对较高,洞室跨度大、边墙高,洞室埋深大等特点。地应力最大值有36 MPa,最大垂直埋深可达660 m。因此,在开挖过程中,岩体卸荷对洞室围岩的稳定性影响较大。选择典型剖面,运用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对地下洞室的分层开挖支护过程进行了数值模拟,对模拟结果进行分析,包括围岩变形场、应力场和塑性区的分布规律,并将模拟结果与现场内观监测资料和微震监测资料进行对比分析。分析表明,围岩变形与内观监测结果较为吻合,同时在围岩应力发生集中的部位,微震事件发生区域性聚集。因此,可以通过数值模拟来预测后续开挖中的围岩变形,为开挖支护施工提供指导。     

软弱围岩隧道机械化全断面爆破开挖初期支护受力特性研究

软弱围岩隧道开挖后自稳能力差,易发生大的变形、钢架扭曲等现象。为降低安全风险,依托郑万高铁高家坪隧道进口机械化全断面爆破施工,对支护体系下的围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力、锚杆轴力、围岩内部位移、掌子面挤出变形等进行系统试验研究。试验结果表明： 围岩压力、钢架应力、初喷混凝土应力受岩性条件、施工扰动等因素影响显著,随时间推移均呈现“急剧增大、缓慢增大、波动变化、稳定收敛”的变化规律; 通过锚杆轴力峰值位置可以初步判定围岩塑性区范围约为距洞壁3.0 m。基于现场试验监测,通过数值模拟分析了初期支护结构压应力、轴力和弯矩的分布情况,与现场量测数据相符,较好地反映了初期支护受力特征。本次试验的相关方法、手段和结论对隧道机械化大断面施工软弱围岩变形与支护体系受力研究具有借鉴作用,同时也为建立科学合理的支护结构体系提供了参考。