浅埋偏压膨胀土隧道大管棚预加固效果分析

针对小河沟膨胀性黄土铁路隧道浅埋偏压段大管棚施工工艺,分析了大管棚的受力状态和对围岩的加固效果。利用快速拉格朗日限差分软件FLAC3D模拟隧道管棚施工,得到各工况下管棚与管棚注浆壳体的受力变形情况和掌子面前方围岩变形位移,将所得结果与无管棚支护时的围岩变形位移比较,分析研究管棚预支护效果。试验分析表明,管棚有效抑制了掌子面前方软弱围岩的塑性流动,增强了围岩稳定性。     

爆破震动条件下小净距隧道动力特性分析

本文依托中条山特长公路隧道,以隧道洞口小净距段为研究对象,采用有限差分软件FLAC3D,对软弱破碎围岩并行小净距隧道洞口段进行非线性动力时程数值分析,探究爆破震动影响条件下的小净距隧道动力响应特征。研究结果表明:受爆破震动影响,隧道仰拱振速最小,左背爆侧次之,拱顶较大,迎爆侧最大。掌子面后方围岩及衬砌震动要比掌子面前方剧烈。故迎爆侧与拱顶的衬砌结构受力及围岩稳定性在施工中需重点监测。     

中天山隧道超高水压富水破碎带施工方法研究

为解决南疆吐库二线中天山隧道出口钻爆法反坡施工中突遇的超高压涌水施工难题,采取超前地质预报和隧道涌水量、水压及连通性测试,预测前方地质情况以及涌水变化规律。针对掌子面前方超高水压富水破碎围岩,结合现场施工情况,对超前注浆堵水、涌水掌子面直接排水、隧道进口施工降压泄水洞等方案进行比选,最终确定了超前注浆堵水施工方案,成功突破了中天山隧道6.3 MPa超高压富水破碎段施工,确保了隧道的施工安全。     

老庄隧道设计施工优化的探讨

隧道施工是个动态过程,掌子面前方的围岩经常变化。为了配合施工及确保隧道结构的安全稳定,常常会发生隧道设计变更。利用FLAC3D数值计算软件对老庄隧道设计变更进行了计算,以分析隧道结构的稳定性,对隧道设计和施工有一定的借鉴意义。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。     

全粘结型锚杆加固隧道掌子面强化机理研究

针对目前我国城市隧道和客运隧道建设遭遇软弱围岩时塌方事故频繁发生的状况,对全粘结型锚杆插入掌子面前方待挖核心土体注浆后可以有效地提高加固体的黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E,提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度和刚度、抑制地表沉陷,提高掌子面的稳定性的特性进行研究,分析全粘结型锚杆加固掌子面的强化机理,旨在获取全粘结型玻璃纤维锚杆加固掌子面提高待挖核心土体黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E的幅度,避免隧道频繁发生塌方事故。通过在浏阳河隧道的现场试验应用表明:全粘结型锚杆能够有效地提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度,保证隧道施工过程掌子面及其周围围岩的稳定性。     

风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明：旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围（D为单洞开挖跨度14m）;三台阶法施工台阶长度宜取（1/3～1/2）D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。     

专利信息

一种带凹槽的衬砌隧道管片;微型掘进机结构的改进;隧道类工程变形监测方法及其装置;一种在隧道中测取掌子面前方岩体波速的方法     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

基于软弱围岩变形控制工法的浅埋隧道变形现场监测分析

野猪山隧道右线出口科研段,属于浅埋软弱围岩隧道进洞按照软弱围岩变形控制工法进行施工。本文通过现场监测,在拱顶沉降、地表沉降实测数据的基础上,分析研究了软弱围岩变形控制工法下围岩变形特征,包括拱顶沉降与时间、开挖关系,地表沉降横向分布规律及纵向分布规律,得到了宁波象山地区采用随机介质理论法预测地表变形的相关参数、软弱围岩变形控制工法下掌子面空间约束效应影响范围及掌子面前方围岩位移释放率,研究结论可望为浅埋软弱围岩隧道施工提供一定的指导。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

小净距隧道富水破碎区段防排水施工技术研究

为了安全快速地穿越富水破碎带区段,结合小净距隧道的结构特点,基于现场钻探揭露结论及涌水量、水压的测定结果,提出了小净距隧道左右洞交替作为导流洞的防排水施工技术。基于流固耦合理论,采用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了左右隧洞并行掘进时,围岩孔隙水压力及围岩位移的分布特征,揭示了围岩变形与孔隙水压力的相互作用机理,并结合现场围岩变形监测数据与掌子面最大涌水量数据,验证了该防排水施工技术的可行性。     

富水围岩山岭隧道防排水技术研究

以某隧道工程为依托,基于毗邻水库及F3断裂破碎带与隧道的相互影响,根据国内外隧道防排水技术资料,总结出富水情况下适合山岭隧道施工的防排水方案。文中根据该隧道水库段地质条件,综合红外探水与地质雷达所得数据,判断掌子面前方围岩情况。选取其中某期数据为参照,当数据结果显示前方含水时,用钻探法测出水量,并根据水量大小提出针对性防排水设计及注浆方案。实践证明,探水结果可靠,针对性防排水方案可行。     

小净距隧道三维动态施工分析

结合湖北宜巴高速公路峡口隧道的施工,利用FLAC-3D软件对小净距隧道施工过程进行三维弹塑性模拟计算,重点分析采用台阶法和中导洞超前法施工时左右洞掌子面的距离对隧道围岩和支护的力学影响;得到了在掌子面掘进过程中,围岩和支护结构的受力及变形随纵向开挖进尺的变化规律,对小净距隧道在纵向影响因素作用下的施工力学特征有了初步认识,可为类似工程提供有益参考。     

深埋高水位山岭隧道支护与衬砌外水压力分析

为保护环境并尽可能降低隧道衬砌结构所承受的水压力,深埋高水位山岭隧道一般采取堵水限排的设计原则。在隧道力学和渗流力学的基础上进行数值分析和模型试验,研究渗流应力耦合作用下支护和衬砌的力学特性。研究结果表明:对于受排水影响明显的山岭隧道,作用于初期支护上的水压力不会随排水条件的改变而发生显著变化。当排水通道从围岩与初期支护的界面转变为初期支护与二次衬砌的界面后,会导致孔隙水压力从初期支护向二次衬砌转移,初期支护产生卸载并朝向围岩变形。隧道有效排水时,二次衬砌承受的水压力可忽略。随着排水系统退化导致排水受阻时,地下水流梯度逐渐下降,有效径向应力逐渐下降,朝向隧道的径向流量减少,且围岩变形减小,二次衬砌上的水压力增大。本研究为深埋高水位山岭隧道的初期支护和二次衬砌的初步设计提供了一个合理的方法,并有助于确定地面、水和支护间的荷载传输机制。     

瞬变电磁法在公路隧道地下水预报中的应用

针对某高速公路隧道掌子面临近富水断层F4-3的地质背景，为探明掌子面前方地下水发育情况，利用瞬变电磁法开展超前地质预报工作。通过多测线、多方位的探测方式，综合分析各方位测线的探测结果，预报掌子面前方地下水的发育段落及空间分布情况。预报结果表明： 1）YK90+755~ +811段地下水发育； 2）YK90+755~+811段富水部位主要位于开挖方向的左右两侧。最后通过超前钻孔验证，瞬变电磁探测富水区域和超前水平钻孔探测出水位置基本一致，较准确地预测了地下水的发育段落。实际开挖后富水情况与瞬变电磁预报富水段落及地下水空间分布基本吻合，取得了较好的预报效果。     

断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响分析

随着科技的进步和施工技术的不断革新,在复杂地质条件下建设隧道工程便成为可能,且公路隧道或铁路隧道穿过煤层的情况也越来越多。由于煤层中可能存在高瓦斯压力,故隧道施工可能诱发瓦斯灾害,其严重威胁隧道施工安全。以某铁路隧道为依托,利用FLAC3D软件建立模型,研究断面尺寸对高瓦斯隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:随着隧道开挖断面尺寸的增加,瓦斯气体的渗流速度越大,掌子面前方围岩中塑性区就越接近煤层,发生瓦斯突出的风险也就越高。     

大干溪I号隧道衬砌水压力分析

在岩溶富水地段,隧道衬砌实际上处在围岩应力场和渗透渗流场双场之中,渗流场的存在会导致围岩自稳能力降低,从而增加了围岩对衬砌的压力,同时渗流场的存在也会对隧道衬砌产生了渗透压力,研究了大干溪Ⅰ号隧道衬砌水压力,探讨了在渗流场和围岩应力场相互耦合作用下衬砌内力的变化情况,对富水段隧道衬砌的设计和施工有一定的借鉴意义。     

高压富水岩溶隧道底鼓变形演化机制及防控对策研究

当隧道穿越高压富水岩溶地层时，易发生衬砌开裂、底鼓及渗水等灾害。为探索隧道底鼓变形演化机理，建立高压富水岩溶隧道底鼓变形控制体系，采用现场测试、室内实验、数值模拟相结合的方法，分析了贵州省德江隧道高压富水段底鼓病害成因及孕育过程。研究发现：围岩中大型隐伏溶腔通过地层中复杂的岩溶管道网络与上伏暗河水源连通，导致隧道结构承受高达2.1 MPa外水压力；隧底基岩在水岩作用下劣化严重，饱和状态下基岩抗压强度仅为27.7 MPa,且其强度随浸泡时长增加而显著降低。数值计算揭示了高水压力是诱发隧道底鼓破坏的主要因素；基岩软化对隧底变形存在一定影响，但与高水压叠加效应不明显。基于此，总结提出以“限排、泄压”为主，“主动加固”为辅的高压富水岩溶隧道底鼓防控基本思路，具体为“预留控制砼室+集水管引排+注浆加固基底围岩”的联合控制程序。实现深部溶腔岩溶水的可控排放，消解隧底水压力，辅以注浆重塑隧底基岩，从而改善隧道结构应力环境。长期监测结果表明：隧道衬砌背后水压力较处治前减少了97%,隧道结构稳固。研究结果可为类似岩溶隧道底鼓病害控制提供参考。     

考虑渗流影响的深埋隧道围岩-衬砌相互作用研究

山岭地区深埋隧道经常处于高水压工况,渗流对于隧道围岩及衬砌结构安全有较大影响。基于Mohr-Coulomb准则,推导在渗流力作用下围岩和衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,得到围岩塑性区半径、围岩应力、位移以及衬砌径向变形等与支护反力间的解析关系。进一步地,引入围岩收敛曲线(GRC)和支护特性曲线(SCC),分析隧道围岩和衬砌的非线性力学特性,采用收敛约束法求得洞周径向位移。依托牛和岭隧道深埋段工程,验证本文基于Mohr-Coulomb准则的理论解析方法的准确性,并针对富水山区隧道支护反力、塑性半径和洞周径向位移关系进行参数分析。研究结果表明:1)增加支护反力可以有效地限制塑性区的发展和洞周的径向位移,初始阶段限制效果明显,后续增加支护反力的效果逐渐减小;2)围岩塑性半径和洞周径向位移随渗流水压力的增大呈非线性增长;3)塑性区半径不变,低渗透性衬砌可以减小所需的支护反力以及洞周的径向位移。