软岩隧道支护结构优化研究

为控制软岩变形,确保施工安全,结合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工过程中多次出现的大变形情况,提出"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"的支护方案,并与原方案及"弱化锚杆"的支护方案进行对比研究。通过数值模拟对不同支护方案下位移变形量、锚杆受力情况、塑性区的发展情况、喷射混凝土的应力以及二衬结构的受力情况进行分析;同时现场选取3组试验段,对3种不同支护方案下的围岩变形及围岩压力情况实施现场监控量测。数值模拟结果和现场监测结果表明:弱化锚杆的措施对支护体系的整体支护效果影响不大,而且能节省工序和降低工程成本;增强初期支护的刚度与强度能有效地控制围岩大变形。提出的"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"支护方案是可行的,可为沿线同类隧道支护优化提供参考。     

高地应力互层软岩隧道支护方案与支护时机优化

西部山区分布有大范围的层状地层,在地下洞室建设过程中大变形灾害问题突出,严重危及地下洞室的施工及运营安全。为探究高地应力作用下层状软岩隧道支护施工方案与合理支护时机,本文以甘肃尖山隧道为工程依托,设计了3种支护施工方案并考虑3种支护施作时机,运用FLAC3D软件计算分析各工况下隧道变形和支护结构受力并与实际监测结果进行对比。结果表明：(1)3种支护方案下,方案三对隧道变形控制效果最为明显且使得支护受力更为合理;(2)3种支护时机下,考虑到允许二衬承担一部分变形,故当隧道变形达到极限位移为90%时,隧道变形与支护受力最为合理;(3)数值结果均小于实际监测数据,两者差值在可接受范围之内。     

偏压隧道的进洞施工扰动效应及安全监控

利用数值分析方法,针对某公路隧道进洞偏压段施工过程进行模拟计算,探究了隧道开挖引起的围岩变形规律及初期支护结构受力特性。结合现场监控量测技术,通过对比分析围岩变形数据,动态地掌握隧道施工过程,为围岩类别调整、初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供了依据。     

函谷关隧道砂质黄土地层支护受力测试分析

研究目的:针对郑西客专函谷关大断面砂质黄土隧道,隧道开挖过程中初期支护受力及变形特点,进行砂质黄土隧道支护合理性的研究,提出有效的支护措施.研究结论:结合函谷关隧道设计施工及科研测试,通过现场支护变形、内力量测,分析总结浅、深埋条件下大断面砂质黄土隧道围岩压力及支护受力特性后得知:对于大断面砂质黄土隧道,采用大刚度型钢钢架,结合网喷微纤维混凝土等初期支护措施,是控制土体变形、保证施工安全的有效措施.     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

基于缝合地带软岩隧道大变形机理研究

本文针对中老铁路会富莱软岩隧道在施工过程中出现的大变形问题,结合大变形破坏特征,在变形区段对围岩的物理力学性质、区域地应力、围岩松动圈等主要内容开展了试验研究,分析判定了软岩特性及等级,并通过调整支护参数,改善衬砌结构的受力状态,改进施工工艺、方法等工程措施,确保了后续施工的顺利进行。     

横通道开挖对高地应力软岩隧道结构受力与变形的影响

在开挖横通道过程中横通道附近正洞往往发生初支结构严重变形及二衬结构开裂。本文通过现场实测和数值模拟的方法分析了横通道施工时隧道正洞支护结构的变形规律和受力特性。结果表明:衬砌结构发生变形和开裂的主要原因是横通道开挖时造成衬砌附近产生较大应力,应力最大位置集中在横通道同侧的墙脚与拱脚附近。因此开挖横通道的时机应选择在正洞开挖达到横通道设计里程时,并对其附近支护进行加强。     

深埋大断面隧道穿越大型隐伏溶洞施工工法比选

依托新建仁化—博罗公路李洞隧道工程,运用有限元软件对比分析了不同施工工法下溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构受力的影响。研究结果表明:在上覆地层荷载和下部地基抗力的作用下,大断面隧道主要为上下压缩变形;不同工况下全断面法控制水平收敛的效果最好,CRD法控制拱顶沉降及仰拱隆起的效果最好;溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构的受力均有一定的影响,溶洞会增大隧道靠近溶洞侧的位移和正弯矩,减小其负弯矩;采用全断面法开挖隧道初期支护结构内力较大,不利于稳定。综合考虑洞周位移及初期支护结构受力,对于洞门等较为危险位置采用CRD法施工,洞内采用安全性较高、施工速度较快的台阶法施工,并同时配合一些辅助性支护措施。     

深埋老黄土隧道限阻耗能型支护方法

为解决蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土段的初期支护破坏问题,从合理处理围岩压力和变形关系的角度提出耗能支护理念;在分析依托工程初期支护受力机理的基础上,设计基于限阻器的限阻耗能型支护,在试验段进行施工,测试支护的受力与变形,分析限阻耗能型支护的工作性能.结果表明:深埋老黄土隧道在支护设计时不能忽略支护的变形能力,应从能量支护...     

强岩爆隧道分区爆破卸压数值模拟

基于深部岩体分区破裂化理论和高围压爆破破碎机理,提出在隧道斜前方第四条或第五条破裂带分区爆破卸压的方法。建立三维精细化数值计算模型,分析爆破卸压前后围岩应力场和变形、锚杆轴力、二次衬砌结构变形和压应力变化情况。结果表明：爆破卸压后隧道轮廓面处Barton岩爆判别系数从0.50～0.90降至0.15～0.30,岩爆发生的概率及烈度降低;卸压后围岩变形增大,锚杆受力增加,地应力得到有效释放并传递给初期支护结构,降低了二次衬砌结构的受力,二次衬砌压应力降低了23.6%。爆破卸压通过有效释放应变能和转移高应力的方式达到防治岩爆的效果。     

含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性影响研究

昔格达地层具有水稳性差、易崩解等特点,常常引发隧道初期支护结构开裂、围岩掉块、坍塌冒顶等灾变事故。为了研究围岩含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性的影响规律并及时预防灾变事故,以成昆铁路复线桐梓林隧道为工程依托,通过数值模拟对比分析5种典型围岩含水率下隧道初期支护结构的受力特性和变形规律,根据相关规范规定的洞周变形标准和结构强度安全系数标准界定现有支护参数所能够维持的围岩含水率阈值为29%,并为超过此围岩含水率阈值的隧道支护参数提出优化方案。通过现场监控量测数据验证数值模拟计算结果的可靠性和合理性,研究成果不仅完善了昔格达地层大断面隧道设计参数,同时为类似工程提供借鉴和参考。     

新型隧道结构纵向连接筋对支护性能影响研究

隧道工程中,纵向连接筋多为焊接或者插入式连接,但纵向连接筋对隧道支护性能影响尚不明确,没有相关试验分析。基于此问题,按照初支二衬联拱隧道新型支护体系,设计采用不同纵向连接筋形式初期支护构件,采用MTS大型拟动力加载系统进行室内加载试验,对采用纵向连接筋构件的力学特性进行研究,得到如下结论:(1)纵向连接筋在初期支护中稳定型钢、参与结构受力,加强隧道支护承载能力及抗变形能力,提升隧道整体性、稳定性;(2)纵向连接筋插入式连接在提升构件承载力及抗变形能力要优于焊接连接,该影响主要体现在加载后期;(3)该试验对比了几种不同纵向连接筋构件受力及变形情况,根据试验结果可确定纵向连接筋最优设置形式,为实际工程提供参考。     

各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析

在高地应力条件下具有层理构造的软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的蠕变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。本文采用有限元方法分析了兰渝铁路木寨岭隧道深埋软岩段双层和三层衬砌支护的效果。结果表明:在初期支护和二次衬砌之间增设轻质混凝土缓冲层有利于隧道围岩应力和变形的调整,可有效降低支护结构受力,从而充分发挥二层衬砌与锚杆的长期支护作用,更适用于高地应力条件下长期流变特征明显的软岩段隧道支护。     

砂卵石地层基坑开挖对侧方地铁交叉隧道和车站的影响分析

以成都某近邻运营地铁结构的基坑工程为背景,运用有限元法分析研究基坑大范围开挖卸载期间支护结构,尤其是斜撑加基底支挡桩支护形式的变形及受力特性,且重点分析基坑侧方地铁交叉隧道及车站的变形特性及受力变化。研究结果表明:(1)斜撑加基底支挡桩支护体系构造简单、受力明确;(2)基坑开挖卸荷使地铁隧道整体变形趋势表现为偏向基坑一侧,且变形分布形态呈"鸭蛋"状;(3)基坑开挖卸荷使侧方交叉隧道内力增大,且内力分布形态发生一定程度的偏转(偏向基坑侧),呈现出偏压状态,故实际工程中应加强动态监测;(4)基坑开挖期间近基坑侧车站端头发生整体上浮,而远离基坑侧发生下沉,即地铁车站发生一定程度的倾斜,因此基坑大范围开挖过程中应予以重点关注。     

软弱泥质页岩隧道衬砌受力特征探讨

通过对关口垭隧道泥质页岩条件下软弱地段支护系统的现场测试,得到了钢支撑、喷射混凝土和二次衬砌等支护构件的受力状况与软弱泥质页岩地质状况之间的关系,建立相应的模型,进行了三维有限元数值分析,并对测试与计算结果进行了分析。结果表明：围岩应力前期释放较快,而后期变形压力延续时间长,除钢支撑承担了较大的围岩初始释放压力外,二次衬砌也承担了较大比例的长期变形压力,为了有效地约束围岩早期的快速变形和后期的长期变形,初期支护和二次衬砌都应具有足够的强度和刚度;现行《公路隧道设计规范》所推荐的围岩松动压力计算方法,对于软弱泥质页岩隧道并不完全适用．在进行围岩类别划分时应适当降低围岩类别;施工掘进时必须控制好各工序的施工距离,尽快使初期支护体系形成封闭环,并加设锁脚锚杆等辅助措施,以便有效地改善围岩地受力状况。     

隧道复合支护结构协同作用的力学特性研究

复合支护结构中初期支护和二次衬砌的作用关系是隧道支护设计的关键问题之一。本文对复合支护结构的协同作用特点进行分析,提出其协同作用的三种模式并进行解析,建立基于支护承载能力曲线的隧道复合支护结构安全性评价方法。研究表明:初期支护和二次衬砌的荷载分担比与二者相对刚度有关,同时受支护时机和空间位置等因素共同影响;复合支护结构的力学行为具有明显的空间差异性,采用非等强支护设计可提高结构整体受力性能;初期支护作为主承载结构、二次衬砌作为安全储备的通常设计理念是完全可行的;支护结构最不利位置并非位于围岩变形最大处,而应采用不同的内力组合方式通过支护承载能力曲线确定。本文计算方法成功应用于贺街隧道,研究成果可为支护结构体系的定量设计和准确检算提供理论依据。     

京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

结合京沪高铁西渴马隧道工程,建立三维数值计算模型,根据相关勘察设计资料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力和塑性区等方面分析围岩的受力特征;从喷射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护结构应力特征。通过对现场典型断面实测,计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应力2.41 MPa,表明现行支护参数满足安全性要求。     

拱北隧道多台阶分部 暗挖方案研究

拱北隧道暗挖段开挖断面约337m2,在管幕-冻结复合帷幕作为超前支护下,进行多台阶分部开挖。原设计采用5台阶15部开挖工法,结合科研成果和现场可操作性,通过方案比选,对暗挖方案进行了优化,推荐采用5台阶14部竖撑方案,并采用台阶法进行开挖。本文利用数值分析软件对五台阶15分区方案,五台阶14分区斜撑方案,五台阶14部竖撑方案进行了对比,研究了各工况下隧道结构受力规律及安全性。分析结果表明：1）采用三种开挖方案均能满足结构安全要求,但五台阶14分区斜撑和竖撑方案更有利于机械化开挖施工;2）斜撑方案相对竖撑方案受力较大,且拼装难度大,精度要求高,施工安全性低;3）采用台阶法相对于侧壁导坑法,边脚部的初期支护变形更小,有利于冻土与管幕的协同变形,提高复合帷幕的封水安全。     

全风化岩石隧道洞口段施工过程的三维数值模拟

某隧道洞口段岩性为全风化石英片岩夹变粒岩,节理裂隙发育,岩体较破碎,质地较软,洞身稳定性差,易坍塌。针对该隧道洞口段的具体地质条件,对隧道支护设计参数及施工方法进行三维数值模拟,分析开挖过程中围岩及支护结构的变形和受力特征,为隧道安全施工提供科学依据。     

隧道穿越第三系粉质黏土支护结构受力研究

研究目的:第三系粉质黏土在不同含水量状态下的力学特性发生较大的变化,如何有效地运用数值模拟、现场监控量测相结合的方法,使得工程中采取合适的措施、合理的支护时机来确保顺利通过该类地层是本文研究的主要目的。研究结论:(1)通过数值模拟分析,隧道开挖后围岩应力发生重分布,渗水导致土体强度大大降低,变形加大,初期支护能有效地控制围岩的变形,因此在隧道施工中应合理安排工序,及时地施作初期支护;(2)通过试验分析,随着围岩含水量的增加,围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角都逐渐变小,支护结构变形增大,因此应根据不同的含水量采取相应的支护措施,并及时封闭掌子面以保证施工安全;(3)施工中应根据监控量测数据进行动态设计,合理确定衬砌施作时机,总体上20 d后围岩受力及变形趋于稳定,施作二次衬砌较为适宜;(4)该研究成果可为隧道穿越同类地层的工程设计与实践提供借鉴和参考。