高地温作用下全长粘结式锚杆的荷载传递分析

为探究高地温对全长粘结式锚杆锚固的影响,借鉴前人推导所得全长粘结式锚杆应力分布的函数,引入锚固系统中材料参数的热变方程,建立全长粘结式锚杆弹性阶段含温度参数的力学模型。通过算例,总结出3种温度下(50℃、100℃、150℃)力学模型随温度变化的规律,并通过室内拉拔试验验证了温度对全长粘结式锚杆粘结性能的影响。结果表明:(1)温度升高,锚杆同一锚固点的轴力变大,轴力极大衰减段向内移动,峰值剪应力均减小,剪应力峰值点内移;(2)温度升高,模型1锚杆有效锚固长度从1.8 m扩大到2.8 m,峰值剪应力分别较50℃下降21%和34%,剪应力峰值点从0.44 m内移至0.79 m;(3)温度升高,全长粘结式锚杆峰值剪应力减小,锚杆荷载传递长度增加,传递效率降低。     

锚杆格构梁与抗滑桩联合支护下边坡的稳定性分析

文章以贺州至巴马公路金秀连接线的某高边坡支挡工程为例,利用Midas GTS软件进行数值计算,分析该边坡在锚杆格构梁与抗滑桩联合支护下边坡的稳定性,并针对锚杆格构梁进行参数敏感性分析,研究不同结构参数对边坡支护效果的影响。主要结论为：(1)完成全部支护后的边坡的安全系数为1.92,较原始边坡提高了24.6%,说明锚杆格构梁与抗滑桩联合支护方案对该边坡的加固效果明显;(2)格构梁截面尺寸对抗滑桩最大弯矩的影响较大,对坡面位移的影响较小,当格构梁截面边长为0.40 m时,边坡安全系数最大,边坡的稳定性最高;(3)当锚杆长度<12 m时,坡面位移较大,抗滑桩弯矩较小,边坡安全系数较低,故锚杆长度应≥12 m;(4)随着锚杆安设角度的增大,边坡稳定性先升高再降低,当锚杆安设角度为10°时边坡的安全系数最大、稳定性最高,当锚杆安设角度>25°时边坡的安全系数迅速减小、稳定性迅速降低。     

盾构隧道工程中砂卵石地层勘察技术分析

对富水卵石地层的勘察与评价直接影响砂卵石地层中盾构隧道施工的成败。常规的勘察和评价技术方法很难满足富水砂卵石地层盾构隧道施工的技术要求。为了解决富水砂卵石地层盾构隧道施工中遇到的因超挖引起地面沉降、隧道冒顶坍塌、大粒径和高强度漂卵石颗粒的卡塞和剧烈磨损盾构刀盘等问题,文章以兰州市轨道交通盾构隧道富水卵石层勘察评价为例,分析了该地层卵石粒径组成、漂石含量、卵石颗粒饱和单轴抗压强度和卵石颗粒石英含量等参数对盾构选型、施工及设计的影响,归纳了盾构隧道工程所需砂卵石地层参数的勘察技术和方法,提出了盾构隧道施工中漂石颗粒建议分组。对于穿越砂卵石地层的盾构隧道,在勘察过程中,应在盾构隧道沿线进行砂卵石层原位全颗粒分析试验,并针对不同深度内的卵石和漂石含量、尺寸、出现概率进行统计分析。     

石混合地层浅埋隧道施工新技术

文章以某隧道穿越卵石混合地层为例,为解决该隧道施工过程中存在开挖严重、锚杆穿深困难、岩块连续下落等问题,提出了一种三台阶互补循环开挖方法,取代原有的CD法和CRD法,并优化了支护体系。结果表明,该方法减小了围岩扰动,提高了施工过程的安全性和结构的可靠性。新的开挖方法和优化的支护体系可以填补卵石混合层隧道设计与施工的空白,为今后此类隧道的施工提供参考。     

加长锚杆在软岩隧道大变形控制中的应用

文章针对如何控制软岩隧道施工中出现的大变形问题,结合谷竹高速公路寺坪隧道中出现的大变形情况,通过对大变形产生原因的分析和总结提出了采用加长锚杆来控制变形的支护方案;鉴于以往工程实例中系统锚杆的长度都是根据经验确定的,往往存在不合理之处,因而通过现场波速测试并结合理论计算来确定锚杆长度,并出于安全和经济的考虑最终确定锚杆长度为5 m;同时结合现场监控量测和现场试验,对新设计的加长锚杆支护方案和原先所采用的强支护方案进行了对比验证。结果表明,无论从围岩变形、受力以及支护结构的受力形态上看,加长锚杆支护形式都能有效地控制围岩变形,更能充分发挥围岩的自承能力和支护结构的效果。     

隧道不同支护体系的支护效果模型试验研究

为研究隧道不同支护体系的支护效果,文章以Ⅳ级围岩双车道公路隧道为研究对象,采用相似比为1∶30的模型试验研究不同支护体系的承载能力,取拱顶位移20 mm(换算成隧道原型则为60 cm)时的外部荷载作为围岩-支护体系的极限承载能力,试验结果表明:(1)不论是围岩+系统锚杆+喷射混凝土,还是围岩+喷射混凝土,或者是围岩+系统锚杆支护体系,其极限承载能力均较毛洞状态有很大提高。其中围岩+系统锚杆+喷射混凝土支护体系提高了56.8%,围岩+喷射混凝土支护体系提高了48.3%,围岩+系统锚杆支护体系提高了47.8%;(2)系统锚杆+喷射混凝土的支护效果最好,其次为喷射混凝土,再次为系统锚杆。而系统锚杆与喷射混凝土的支护效果相差无几,难分伯仲;(3)系统锚杆和喷射混凝土的联合支护并没有达到1+1=2或者2的效果,可以做适当优化。     

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

浅埋大断面黄土隧道初期支护研究

结合郑西客运专线大断面黄土隧道对比试验,研究分析了浅埋大断面黄土隧道初期支护中锚杆、格栅及型钢钢架的作用以及长期有争议的锚杆作用及钢架类型问题。试验结果表明:有锚杆拱顶沉降值是无锚杆拱顶沉降值的1.7倍,两者的水平收敛、土压力、钢架应力相差不大;格栅和型钢钢架各项试验数值也相差较小。因此,根据分析结果提出了"在浅埋老黄土隧道设计中取消拱部系统锚杆,采用格栅钢架,加强拱部锁脚锚杆设置"的建议。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景,采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段,深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律,揭示偏压与现场支护结构破坏关系,根据锚杆支护参数对偏压控制的影响,提出支护最优参数。研究表明,在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性,随着岩层倾角的增大,初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移,反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形;随着锚杆长度的增加,围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小,锚杆最优长度约为3.5～4.5 m,锚杆沿层理面垂直方向打设,初期支护结构的偏压现象得到明显改善;现场优化支护后,左右拱肩呈对称变形,位移量基本相同,偏压得到明显改善。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究

目前多线隧道及超大断面隧道的修建呈发展趋势。但在施作二次衬砌时,临时支撑的拆除将是整个结构受力转换的薄弱点,故保证拆撑过程中的结构安全具有重要意义。鉴于目前国内外关于超大断面隧道双层初期支护下的拆撑安全性分析仍缺乏系统的研究,文章结合实际工程,采用以数值分析为主,现场实测印证为辅的方式,对新考塘隧道拆撑时两层初期支护的内力演变以及各自的安全性进行了分析,初步证明了双层初期支护对于拆撑过程安全性的控制效果。研究结果表明:(1)在支护厚度和纵向一次性拆撑长度保持不变时,拆撑前后的安全系数表现为:双层初期支护下的二次初期支护双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护。安全系数的变化幅度表现为:双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护双层初期支护下的二次初期支护;(2)在支护形式相同时,随着一次性拆撑长度的增加,其安全系数呈现先增大后减小的趋势。根据各工况计算结果,该工程合理的一次性拆撑长度为9 m左右。     

高地应力软岩隧道预留空间法试验研究

兰渝铁路多座隧道通过高地应力软岩地层,施工中大变形问题极其突出。文章依托毛羽山隧道工程,通过对预留空间法应力释放进行了构思与试验分析,揭示了高地应力软岩隧道采取预留空间法的变形规律和应力释放能力。试验结果表明,通过采取预留空间法,可以解决高地应力软岩条件下施工的应力释放问题,使初期支护处于安全状态;对预留空间法进行设计时,柔性防护罩可采用4×φ22 mm格栅钢架及25 cm网喷混凝土,钢架纵向间距为1榀/0.75 m,预留空间量可取30~50 cm。     

断层破碎带隧道衬砌静力稳定性分析

结合一实际工程,选取包括断层破碎带和断层影响带在内的沿隧道纵向300m的计算区域,用八节点六面块体单元将计算区域离散化,采用三维弹塑性静力有限元法模拟分析隧道各个施工阶段,以及建成后围岩和衬砌的受力与变形状态。通过分析比较可知:(1)断层破碎带处的坑道变形和围岩塑性区均明显比非断层破碎带处要大;(2)由于断层破碎带的影响,初期支护、二次衬砌内力的增加幅度约为10%～30%。     

水下隧道复合式衬砌水压特征研究

水下隧道无论在施工期还是运营期,时刻都处于有无限水源补给且水头恒定的水体下,因此水压是水下隧道衬砌结构设计的主要荷载之一。文章通过理论分析、模型试验和对厦门海底隧道现场实测数据的分析,研究了水下隧道复合式衬砌的水压特征。研究表明:(1)仅在考虑隧道排水时,注浆圈才能发挥减小对衬砌水压的作用。随注浆厚度增加,衬砌水压减少,且注浆效果越好,衬砌水压降低越明显,而相应注浆圈分担的水压也就越高,但是注浆圈厚度的无限增大对减少衬砌水压作用甚微,合理的注浆厚度在3~8 m范围内;(2)随着初期支护抗渗性的加强,衬砌水压明显增加。设计时必须考虑初期支护承受一定的水压。初期支护水压主要取决于注浆层与初期支护渗透系数的比值;(3)不论注浆水平如何,不论初期支护、二次衬砌渗透系数如何,二次衬砌水压折减系数的大小关键取决于进入初期支护的水量能被多大程度地排出,即取决于隧道排水量与进入初期支护水量的比值。在确定二次衬砌水压时,还应考虑初始渗流场的影响。研究可为水下隧道和高水压山岭隧道的结构设计提供参考。     

黄土连拱隧道中墙力学特征现场测试与分析

连拱隧道中墙是受力复杂部位和重要承载构件,直接影响到隧道的安全性与经济性。为研究黄土连拱隧道中墙受力规律,文章以陕北某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器对隧道中墙顶部和底部接触压力、中导洞锚杆轴力、中墙钢筋计轴力及中墙内力进行了系统测试与分析。结果表明:中墙基底压力两边大中间小,呈"马鞍形"分布,基底压力比中导洞顶部接触压力大;锚杆轴力较小,峰值在围岩浅部,深部轴力约为峰值的10%,中导洞锚杆支护作用不明显,可以取消;中墙钢筋计轴力向底部增大,中墙受力上部较下部敏感;中墙受力最大位置在中部偏左下侧,左右线应力先后释放对中墙受力有一定的"纠偏"作用,但中墙始终受到偏压作用;按组合变形构件推算的中墙最大轴力值约为583 kN,最大弯矩值约为45 kN·m,中墙处于稳定状态,其纵向承受扭矩作用、最大值约为79 kN·m,内力十分复杂。     

软岩大变形条件下围岩变形与围岩压力的关系研究

为获得软岩大变形条件下围岩变形与围岩压力之间的关系,为大变形让压设计提供依据,文章利用FLAC3D数值模拟软件,计算了某单线铁路隧道开挖后在无支护条件下洞周发生不同变形量后施作弹性支护结构的最大压应力,并以此间接反映围岩压力,得到围岩压力随围岩变形的释放关系曲线。将类似工程实例的监测数据与该关系曲线进行对比分析,结果表明:围岩压力随围岩变形的释放关系曲线分为陡降区、调整区和缓降区三部分;软岩大变形可分为收敛型和非收敛型两类,收敛型大变形隧道将可量测的洞周变形控制在15 cm(洞周半径的3%)以内是经济合理的,且施作常规系统锚杆效果最好;非收敛型大变形隧道可量测的洞周变形量超过63 cm(洞周半径的14%)时,围岩压力释放效果才进一步提高;通过大幅的洞周变形来减小围岩压力时,将导致塑性区的大幅增加,此时的系统锚杆作用微乎其微。     

铁路黄土隧道变形规律及建设管理要点研究

黄土隧道施工过程中,常出现支护破坏和隧道塌方等事故。文章基于黄土隧道工程的监控量测数据,采用统计分析方法对不同围岩级别、埋深和含水率下的黄土隧道变形规律进行了研究。结果表明:(1)Ⅳ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛的量值分别集中在50 mm和35 mm以内,Ⅴ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛则集中在60 mm和40 mm以内;(2)Ⅳ级、Ⅴ级围岩双线黄土隧道拱顶下沉和周边收敛变形值与含水率呈正相关关系,变形速率则先增大后减小,在含水量超过16%时变形增大明显;(3)基于拱顶沉降统计,提出Ⅳ级、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量值范围可分别取7～9 cm和12～15 cm;(4)黄土隧道工程建设管理要点是提前梳理重难点工程,施工前严格方案审核,加强地表处理,施工时强化地质预报和监控量测,严格变更设计管理,重点做好工艺管理和施工质量控制。     

长大隧道斜井快速掘进设计方案优化及工期测算

文章结合敖包梁隧道施工实践,论述了开工前进行斜井方案优化的必要性。面对工期紧和围岩类别低的情况,从设计线路、断面尺寸、装碴设备、支护结构四个方面合理地对1#和3#斜井设计方案进行优化。优化内容包括:由单车道改为双车道,解决了斜井运输会车问题;采用钢纤维混凝土单层衬砌取代钢筋挂网和二次模筑衬砌,I18型钢优化为150格栅钢架,降低了双车道开挖及支护结构的投资成本;韧度试验测试结果说明钢纤维喷射混凝土(40 kg/m~3)支护性能远高于网喷混凝土,节省了支护施工时间;设计线路的调整均衡了正洞主攻、副攻方向长度,加快了副攻方向施工进度;1台电动液压履带式扒碴机装碴+5台15 m3自卸汽车出碴的作业方案提高了装碴的工作效率,减少了施工机械及车辆尾气的排放。斜井优化后较原方案节省5.5个月完成正洞开挖任务,降低敖包梁隧道人工费1 500万元,在降低施工成本的同时加快了施工进度,保证隧道工期目标实现。     

米仓山隧道利用通风井辅助施工方案设计与实践

为探讨超长公路隧道利用辅助坑道施工总体方案设计的合理性,准确控制工程的工期和造价,文章以米仓山隧道总体施工方案的设计与实践为背景,探讨了利用辅助坑道辅助施工的原则,测算了竖井辅助施工效能和延米造价,估算了斜井逆坡施工的设计涌水量,得出如下结论:(1)独头掘进距离超过5 000 m或长度大于10 000 m的隧道有必要利用辅助坑道进行辅助施工,设置有运营通风井时应优先利用通风井作为施工辅助坑道;(2)竖井(有轨斜井)辅助施工造价高,提升能力有限,辅助施工坑道应优先选用无轨斜井、平导或横洞,坡度宜控制在12.3%以内;(3)根据勘察涌水量预测和基于均质含水层的假定给出了施工期设计涌水量计算方法及合理的排水设施配置。