富水土砂分界地层隧道施工工法研究

在砂质黄土与全风化红砂岩形成的富水土砂分界地层中开挖隧道易出现涌水溜砂、围岩滑塌等现象.为保证隧道安全快速施工,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,采用室内试验、数值模拟、现场监测等研究方法,探究土砂分界地层隧道施工工法适用性.研究结果表明:按照围岩变形从大到小排序,依次为两台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土法、CD法、双侧壁导坑法.3种台阶法墙脚处均存在较大应力集中,CD法、双侧壁导坑法施工成本高、进度慢;三台阶预留核心土法较三台阶法能有效减小掌子面挤出.三台阶预留核心土法辅以降水、旋喷桩加固等组合措施,可保证富水土砂分界地层隧道安全快速施工.     

倾角对土砂互层地层围岩稳定性的影响探究

研究目的:全风化红砂岩和砂质黄土互层地层在我国有较广泛的分布,其敏感脆弱的工程地质特性严重影响隧道工程建设。本文以蒙华铁路阳城隧道为依托工程进行拓展性研究,采用室内试验、数值模拟、现场监测等多种方式深入探讨岩层倾角对土砂互层地层隧道围岩稳定性的影响。研究结论:(1)随着岩层倾角增大,拱顶及左、右拱腰位移呈现互异的变化规律,且具有不同的变形机理;对于拱顶而言,45°为破坏模式转换临界,位移取得最小值43. 7 mm;根据左、右拱腰变形差异性,分为非对称变形缓慢发展区、非对称变形快速发展区、非对称变形稳定区、非对称变形弱化区和非对称变形二次发展区五个阶段;(2)拱顶及左、右拱肩处支护结构在不同地层倾角下均有较大主应力,且波动幅度较大,左、右拱肩处应力差值的变化对隧道结构会产生不同程度的影响,当倾角为60°时,两处主应力差值取得最大值1. 01 MPa;(3)随着岩层倾角变化,张拉塑性区和剪切塑性区存在不同的分布规律,实际工程中应做好相应抑变措施;(4)本研究结论可为不同岩层倾角产状下的土砂互层地区的隧道设计和施工提供借鉴。     

侧压力系数对高地应力隧道二次衬砌承载力的影响

高地应力区隧道的地应力和侧压力系数往往沿线有所变化。为了研究高地应力条件下,侧压力系数对隧道二次衬砌承载力的影响规律,首先分析了隧道试验段的实测地应力和接触应力,确定了隧道所处的地应力及侧压力系数的大小。然后利用有限元软件ANSYS,采用荷载结构模型计算了在0.25~4.00不同侧压力系数下隧道二次衬砌的内力。最后根据内力值计算出安全系数,从而推断其极限承载能力,并总结了侧压力系数对隧道二次衬砌极限承载能力的影响规律。     

监控量测技术在大相岭隧道施工中的应用

文章结合大相岭隧道FW4断层破碎带施工实例，介绍了隧道监控量测的目的、意义及主要内容，跟踪量测分析了隧道围岩和支护结构的应力、位移状况。实践证明，该技术能有效判定隧道围岩和支护结构的稳定性，指导隧道动态施工。     

富水粉细砂层隧道开挖坍塌的加固技术研究及效果分析

针对富水粉细砂层隧道开挖引发典型坍塌问题，采用现场勘查、理论分析、室内试验和数据监测等手段，对桃树坪隧道塌方处地表和双向开挖掌子面提出科学治理方案。通过注浆填充率、P-Q-t曲线及注浆效果分析。结果表明:由于坍塌处地层有一定的吸浆能力，虽注浆量逐渐减少，但其抗压逐渐增大，地层得到挤密性加固。注浆后砂层自稳能力明显增强，在稳定性增强的情况下，塌方后的支护体系比塌方前的支护体系增强很多。管棚的数量相对于原管棚设计根数有所减少，但是单根的强度比原设计的管棚单根强度有所增强，管棚施工间距超出设计间距10 cm，可通过超前密排小导管预注浆补强。     

深埋砂层隧道欠厚二衬安全性及加固效果分析

为研究隧道二次衬砌厚度局部不足对隧道结构受力的影响及加固效果，依托蒙华铁路某隧道，运用有限元软件建立隧道二次衬砌局部厚度不足荷载-结构模型，对衬砌缺陷位置、缺陷厚度及缺陷范围对二衬结构安全性能的影响进行了分析，并结合现场加固方案对其加固效果进行评价。结果表明:衬砌厚度不足对其所在缺陷部位的安全系数影响最大；拱顶安全系数相对最小，拱脚对缺陷厚度最敏感；衬砌欠厚时对结构轴力影响很小，但会造成欠厚位置弯矩值的大幅度降低；对衬砌加固后，结构弯矩值能得到有效改善，安全系数显著提高。     

富水大断面公路隧道水压模型试验及衬砌结构力学行为研究

为研究隧道衬砌在围岩压力及外水压力综合作用下的受力特征、结构安全性及破坏过程，采用自制的均匀水压模拟加载装置及隧道地层复合试验台架，实现对围岩压力及外水压力的分别控制加载，完成在深埋条件下不同外水压力作用下衬砌结构受力模型试验。运用ANSYS有限元软件分阶段计算衬砌在水土压力作用下的受力特征，计算各部分安全系数，并与试验结果对比分析。研究表明：采用抽真空的方法模拟外水压力时，外水压力值越大，试验结果越接近真实情况，当外水压力达到150 kPa时，其差值可控制在5%以内；在外水压力及围岩压力的作用下，墙脚及拱底分别受最大正弯矩及最大负弯矩作用，且安全系数较其他位置小；随着外水压力的增大，衬砌所受的轴力及弯矩持续增大，且增大速率基本呈线性，其中墙脚位置增长速率最快；随着荷载的增大衬砌结构墙脚最先发生破坏，墙脚裂缝发展导致衬砌结构应力重分布，最终引起拱底开裂；墙脚的裂缝导致墙脚处承受的正弯矩不断减小，拱底承受的负弯矩不断增大，安全系数不断减小；当墙脚的裂缝宽度发展至1.5~2.0 mm时，试验数据及数值模拟结果计算所得拱底安全系数降低至1.5左右，拱底不再满足承载要求，与试验中衬砌的开裂行为相吻合。所提出的模型试验方案可为类似模型试验提供参考，研究成果可为富水大断面公路隧道的设计及安全评估提供依据。     

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。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。