软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及受力特征研究

为研究软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及不同隧道净距和埋深对围岩压力的影响规律,引用三塌落拱理论,确立深浅埋隧道分界深度,基于公路隧道设计规范,建立隧道荷载计算模型,推导出围岩压力理论计算公式,并讨论不同的隧道净距和埋深对隧道内外侧围岩压力的影响规律。最后,结合工程实例,针对受力薄弱的中夹岩柱部位提出有效的加固措施。结论如下:1)极浅埋和浅埋小净距隧道围岩压力采用规范法中的全土柱和谢家烋理论公式,深埋隧道采用修正后的比尔鲍曼计算方法更为安全合理;2)小净距隧道施工过程偏压特性显著,围岩压力与埋深近似呈线性关系;3)左右洞室施工相互影响随净距增大而呈现减弱趋势,当净距大于1倍洞跨时,围岩压力可按单洞计算;4)中夹岩柱是软弱地质小净距隧道受力的关键、薄弱部位,采用中空注浆锚杆并合理确定锚杆长度,能有效抑制中夹岩柱塑性应变发展,提高围岩抗拉及抗剪强度。     

大断面浅埋小净距隧道衬砌计算研究

通过对浅埋小净距隧道围岩压力的计算进行分析,得出隧道围岩压力的计算公式。以白山大断面小净距隧道为例,采用荷载结构法对隧道衬砌进行了检算,得出衬砌安全系数,并与规范值进行对比,以此评定隧道衬砌设计的合理性,对大断面浅埋小净距隧道的设计有一定的指导意义。     

深埋复合式衬砌隧道二衬分担比研究

为研究深埋复合式衬砌隧道二衬分担比,首先,介绍了基于"叠合梁"理论的初支与二衬荷载传递机理;然后,统计了31座隧道120个断面围岩与初支及初支与二衬间接触压力的监测数据,研究了围岩压力与围岩级别、埋深等参数的相关性,系统分析了经验公式计算的深埋隧道围岩压力与实测值的差异性;最后,将运用修正的"叠合梁"理论计算出的不同围岩级别二衬分担比与实测值对比分析,并讨论了"叠合梁"理论计算二衬分担比的适用性。结果表明:深埋复合式衬砌隧道围岩压力总体随着围岩级别或隧道埋深的增加而增加,而与隧道跨度﹑高度无明显联系;经验公式计算值与实测值接近程度从优到劣依次为:普氏理论、《公路隧道设计细则》(2010)、太沙基公式;《公路隧道设计细则》(2010)适用于埋深小于800 m的围岩压力预测;Ⅲ,IV,V和Ⅵ级围岩的二衬分担比多集中于20%～30%,30%～45%,40%～70%,隧道地应力高、围岩条件差以及初支未及时施作等因素可能是少数断面二衬分担比过高的原因;"叠合梁"理论计算的二衬分担比值受支护材料物理力学参数的影响甚微,而受初支厚度与二衬厚度的影响颇大,"叠合梁"理论不适用于IV级及以下围岩二衬分担比的计算,V和Ⅵ级围岩二衬分担比可按"叠合梁"理论计算值的70%预测。     

宁波将军山大跨隧道围岩压力特征分析

为了探究宁波将军山大跨隧道围岩压力的分布特征,采用理论分析、现场监测等手段讨论了围岩压力经验公式的适用性及其分布特征、释放规律。研究结果表明:1)对大跨隧道Ⅲ、Ⅳ级围岩深埋隧道围岩压力建议采用普氏理论或深浅埋法计算,Ⅴ级围岩浅埋隧道建议采用深浅埋法计算;2)大跨隧道在上台阶开挖后Ⅲ、Ⅳ级围岩压力释放比为0.4~0.6,Ⅴ级为0.7~0.8,围岩等级越高,先期围压释放比例越大。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

非偏压与偏压条件下浅埋隧道围岩压力的极限分析

考虑非偏压和偏压2种情况,根据泰沙基法采用的破坏模式、《公路隧道设计规范》采用的破坏模式以及实际的工程经验,针对浅埋隧道构建了一种更接近于实际情况、更加合理的、新的破坏模式;采用极限分析上限法推导出这种新破坏模式下浅埋隧道围岩压力的理论公式,并把理论公式转化成一个求围岩压力最大值问题的计算模型;结合算例,利用Matlab软件,采用序列二次规划算法对计算模型进行优化求解,并把优化解与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果进行对比分析.研究结果表明:针对浅埋隧道,基于这种新的破坏模式采用极限分析上限法所得到的结果与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果基本一致.不仅说明了运用极限分析上限法来研究浅埋隧道围岩压力的可行性,也验证了浅埋非偏压隧道和浅埋偏压隧道新破坏模式的合理性.     

非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

隧道洞口浅埋偏压段施工性态数值模拟分析

针对渝湘高速公路斑竹林隧道软弱围岩洞口浅埋偏压段施工难题,采用数值模拟手段对施工过程进行计算分析.分析计算结果,得出主要结论:水平方向的围岩变位相对比较大,可能大于隧道围岩竖向位移;右隧道(埋深大)围岩拱顶特征点处竖向位移大于左隧道,围岩位移值最大值达到22.63 mm,发生在开挖时左隧道右边墙处.结合现场监控量测成果分析,证实了数值分析的正确性.基本掌握了山岭隧道洞口浅埋偏压段围岩和衬砌的变形、应力变化特征,认为该类型隧道围岩变位是隧道施工过程中需要控制的关键性因素.     

基于椭球体失稳坍落理论的隧道掌子面失稳计算研究

为研究维持软弱围岩隧道掌子面稳定所需的掌子面支护力,以筒仓理论和太沙基压力理论为基础,借鉴运用椭球体失稳坍落理论,建立隧道掌子面失稳理论计算模型,推导隧道掌子面失稳计算公式,求出维持掌子面稳定的最小支护力和完整失稳坍落椭球体的临界埋深值。通过分析隧道埋深与坍落椭球体高度的4种位置关系对计算参数的影响,给出不同位置关系情况下竖向深度z和作用于椭圆台台面的土压力q0的求解方法,并将推导公式与经典公式进行对比,验证推导公式的合理性。最后,运用推导出的隧道掌子面失稳计算公式对实例进行分析,求得维持掌子面稳定的掌子面最小支护比,并用数值模拟方法进行验证。验证结果表明： 推导公式与数值模拟结果具有较好的一致性。     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

非关联流动准则对浅埋隧道稳定性影响的上限分析

基于非关联流动准则和极限分析上限理论,通过构建浅埋隧道的简单破坏模式,推导了非关联流动准则下浅埋隧道围岩压力的计算公式.基于内外能耗守恒原理,结合强度折减技术对一定围岩压力下浅埋隧道稳定性进行了分析,并应用非线性优化方法,得出了浅埋隧道围岩压力和一定围岩压力下浅埋隧道稳定性上限解析的优化解答.研究结果表明:岩土材料的剪胀特性和围岩侧压力系数均对浅埋隧道和稳定性有较大影响,且岩土侧压力相关系数对浅埋隧道稳定性的影响程度更为显著.     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

基于数值模拟的浅埋软弱围岩大断面隧道施工工法对比研究

为了探求浅埋软弱围岩大断面隧道的合适施工工法,以某浅埋软弱围岩大断面隧道为依托,采用数值模拟方法,建立浅埋软弱围岩大断面隧道施工的力学仿真模型,通过对隧道一新的施工工法(动态分部施工工法)与常用的三台阶法、CRD法、CD法及双侧壁导坑法等施工工法进行对比研究,分析动态分部工法的优缺点,并论证该新工法在依托工程施工的可行性。     

高丽营隧道围岩压力有限元-上限法计算方法研究

为研究浅埋隧道围岩压力的计算方法,依托高丽营隧道工程,采用有限元软件建模分析,并基于剪切应变判定准则得到浅埋隧道的失稳破坏形态。然后构建塑性极限分析上限法破坏模式和速度场,建立浅埋隧道围岩压力计算方法,对岩土体非线性破坏准则对浅埋隧道围岩压力的影响规律进行探讨。研究结果表明： 1）无论是基于线性还是非线性破坏准则,侧压力系数的取值对计算结果均有很大影响,侧压力系数的增大,会引起竖向围岩压力的减小和水平围岩压力的增加; 2）围岩压力随非线性系数的增加而逐渐减小。     

基于有限元的无支护圆形隧道拱顶下沉分析

隧道拱顶下沉是反映隧道在开挖后围岩自稳能力的一个重要指标,根据G.Kirsch公式分析出隧道拱顶下沉量与隧道埋深成正比、与隧道开挖跨度成正比及与围岩级别成负相关关系。应用有限元软件ANSYS,分别通过隧道埋深、围岩级别和开挖直径的变化建立无支护圆形断面隧道的弹塑性分析模型,得到不同条件下的隧道开挖拱顶沉降值。研究结果表明:对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,拱顶沉降与埋深呈线性关系,与开挖直径呈线性关系;对于Ⅴ级围岩,拱顶沉降与埋深基本呈指数关系,与开挖跨度近似为指数关系;对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,当埋深不大于100m时且开挖直径不大于10m时,可以用G.Kirsch公式近似计算拱顶下沉值,其误差不超过30%。     

复杂条件下浅埋矩形隧道围岩压力的极限分析

针对浅埋矩形隧道,在孔隙水、地表荷载作用等复杂条件下,采用极限分析法推导了围岩压力的上限解表达式,并利用序列二次优化算法得到了围岩压力的上限解;通过对比分析,该计算方法可行,但围岩压力计算结果用于结构设计时应适当增大边墙下部侧向压力值。分析了各参数对浅埋矩形隧道围岩压力的影响,结果表明侧压力系数、粘聚力、内摩擦角、埋深、地表荷载及孔隙水压力系数对拱顶、边墙的围岩压力都有很大的影响,特别是在侧压力系数与孔隙水压力系数的影响下围岩压力的变化幅度非常大,预防支护力不足会引发垮塌事故,建议施工过程中针对不利地段做好支护措施与防排水处理。     

扁坦超大断面小净距隧道支护结构的力学性状

超大断面软弱围岩小净距隧道跨度大、埋深浅、施工步骤多、中间岩柱受力复杂、围岩稳定性差.为了研究适合于浅埋软弱围岩超大断面小净距隧道施工的工法,采用有限差分软件FLAC-3D对其施工过程进行数值模拟,模拟研究8车道超小净距隧道V级围岩条件下的双侧壁法、三台阶法和CRD法施工过程,揭示该隧道在施工过程中的围岩变形规律、中间...     

厦门翔安海底隧道陆域不良地质段施工技术

厦门翔安海底隧道是我国第1条用钻爆法施工的大断面海底公路隧道。厦门岛内从洞口到海域长达1 170 m为Ⅴ级围岩地段,岛外翔安端洞口到海底1 310 m为Ⅴ级围岩地段,加上海域5条风化深槽,Ⅴ级围岩占50%左右,这在国内外属少见的不良地质海底隧道;隧道从洞口埋深5m到海域最大埋深25m,埋深长距离在1倍洞径左右,系长距离超浅埋和浅埋暗挖隧道;地层遇水软化、液化,施工十分困难。根据不良地质段的情况,选用了CRD和双侧壁导坑法2种施工方法,并总结了厦门翔安海底隧道陆域浅滩富水砂层段施工方案,     

隧道开挖引起上覆岩体移动变形分析及控制措施研究

在隧道浅埋大断面施工中,受开挖断面尺寸和邻近隧道施工扰动的影响,上覆岩体受力复杂,极易发生移动和变形,合理的施工方法和施工错距对改善围岩受力状况、保证隧道施工安全尤为关键。文中在分析上覆岩体位移变形机理的基础上,采用数值分析方法对浅埋大断面公路隧道采用预留核心土法、台阶法施工时洞内变形和地表变形进行分析比较,并对洞内外变形进行监测。结果表明,台阶法施工方便、工序接替快、对围岩扰动少,当左右幅隧道施工错距为1倍洞距及以上时,可有效减小互相扰动的影响,有利于隧道的稳定。     

软岩偏压隧道开挖支护力学特点分析

以V级软弱围岩杏花村偏压隧道工程为背景,应用有限差分软件FLAC3D对大断面偏压隧道进行施工动态模拟,研究大断面浅埋偏压隧道开挖过程中力学特点,通过与实际监测结果对比分析,结果基本一致。FLAC3D准确模拟了软弱围岩浅埋偏压隧道开挖情况,结果表明,大断面偏压隧道开挖中,偏压侧位移较大;通过围岩应力状态、衬砌结构内力比较,综合分析了大断面偏压隧道开挖力学特点,结合锚杆支护的数值分析,总结了实际工程中支护方案拟定方法及偏压隧道开挖施工注意部位。