漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

山冲新村隧道初期支护变形侵限分析及处治

对昆明绕城高速公路山冲新村隧道初期支护变形侵限的成因进行探讨,提出了处治方案。通过有限元计算对初支大变形及处治方案进行了计算分析,为类似初期支护变形侵限处治提供经验。     

黄土隧道支护失效机理及新型支护体系施工受力分析

传统支护结构在隧道开挖中得到广泛应用,但在复杂地质条件下表现出局部节理断裂、面外失稳、拱喷界面滑移等现象,严重削弱了支护结构的整体强度,导致严重的工程灾害。基于此,通过有限元软件ANSYS建立平面应变模型揭示了传统支护结构的失效机理,提出一种新型组合结构支护(包含“π”型钢架),建立三维数值模型探讨了构件参数对新型钢架截面细部受力的影响规律,同时对比分析了不同支护体系下二次衬砌结构的受力情况,对结构安全做出了评价。结果表明：复杂受力环境下,传统型钢支护由于面内、面外刚度差异难以保证围岩及隧道结构的稳定性;拱架壁厚和围岩释放率对截面细部受力的不均匀性具有显著影响;较传统支护体系相比,新型支护体系下二次衬砌轴力、弯矩均得到大幅改善,结构的安全度提升了56%。该研究可进一步为相关隧道支护结构设计提供参考。     

风化花岗岩地层隧道塌方预防措施研究

针对某项目隧道在风化花岗岩地层施工过程中遇到的掌子面频繁塌方的问题,在采取补充勘探、现场调研及事故数据统计分析等工作的基础上,对塌方频发的内在原因进行深入分析,通过现场实践总结出相对全面的塌方事故预防措施,主要结论如下:差异风化的花岗岩致使隧道围岩具有强突变性,加之不均匀分布的地下水对围岩稳定性的不利作用,是导致塌方事...     

长沙火星南路天际岭隧道施工监控量测

通过对天际岭隧道施工的监控量测,掌握了隧道施工过程中地表沉降、围岩和支护结构的工作动态,为支护结构形式、支护参数和支护时间的确定提供了依据,并对预设计和施工的合理性进行了评估和信息反馈。     

预应力锚索锚固方法的优化设计研究

结合开阳高速公路k189+200～+360段边坡的锚索设计及工地现场抗拔试验,对传统的拉力型预应力锚索和压力分散型预应力锚索作了对比分析与优化研究.     

广惠高速公路青山隧道初期支护问题的加固处理

青山隧道在施工过程中的3个洞口初期支护存在质量隐患,介绍了对该部分初期支护工程进行加固处理的措施,检测表明,符合设计及规范要求.     

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。     

多型式支护在同一基坑中的运用

介绍广州地铁林和西站的南端基坑支护设计中,不同型式支护的选用。     

地下工程开挖与支护的非线性分析

运用耗散结构和熵变论分析了地下工程开挖后围岩应力变化和变形的非线性过程,并进一步用熵增加解释支护对围岩稳定的作用机理。岩体在变形的过程中出现了能量释放和熵减小,如果负熵大于围岩系统的熵,系统的熵增加为负,围岩系统从无序发展到有序,直到失稳。为了维护围岩的稳定性,在围岩系统中加入锚杆、喷浆等支护作为高熵物以提高系统的熵,能减小开挖前后应变能差异。