高地应力软岩大变形隧道关键技术研究

随着我国交通建设的快速发展,山岭隧道建设中高地应力软岩不良地质情况屡屡发生。高地应力软岩隧道变形大、处理风险高、工期时间长,有效预防和控制隧道大变形成为目前隧道建设中亟需解决的问题。对高地应力软岩隧道特点进行总结,揭示高地应力条件下隧道大变形产生机理及影响因素,研究高地应力软岩地质条件下变形控制技术,并在实际工程中得到成功应用。研究结果对高应力软岩条件下隧道施工具有重要指导和借鉴意义。     

堡镇隧道软岩高地应力地层大变形控制关键技术

宜万线堡镇隧道施工中遇到高地应力软岩大变形,开挖地质情况与设计不符,初期支护变形严重等问题,为了安全顺利通过此段,施工中采用了先柔后刚、先放后抗、多重支护,提高二次衬砌刚度和超短台阶等支护措施,有效控制了围岩大变形。为了更好地控制变形,采用了变形预测程序,通过对预测值和实测值比较,证实了预测软件具有较好的可靠性。通过变形量测资料及时调整支护参数,顺利通过了高地应力软岩段。     

高地应力软岩隧道大变形机理及控制对策研究综述

高地应力深埋软弱围岩隧道在施工过程中常常会发生大变形地质灾害,针对这一工程难题,为了进一步开展软弱围岩隧道的大变形机理研究,检索了近几年来国内外专家学者所著的相关文献与书籍,分析了有关隧道大变形最新的研究现状与进展,总结了目前软弱围岩隧道大变形控制技术的主要方法与手段,明确了该课题未来研究的发展方向与趋势,对系统开展高地应力深埋软弱围岩隧道施工过程大变形机理和施工力学特性研究,积极探索控制围岩大变形的新思路、新方法有着一定的工程实际意义。     

高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层,具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程,对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先,采用原位试验、现场勘察和室内试验方法,对其地质条件及破坏成因进行分析;然后,利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索（NPR锚索）材料,设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系;最后,使用该控制体系在现场进行工业性试验,通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测,分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明： 采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系,能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题,最大变形量从2936 mm控制到240 mm以内,消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患,控制效果显著。     

高地应力条件下软岩隧道大变形数值模拟

隧道围岩稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容,而围岩稳定性评价结果的正确与否直接关系到地下工程的成败。为了研究高地应力条件下,隧道软弱围岩在不同侧压系数和埋深条件下的变形规律,探讨围岩动态变化趋势,文章采用能描述岩体大变形特征的有限差分软件FLAC3D,对依托隧道工程Ⅱ类围岩典型断面进行了模拟仿真分析,结果显示:①在埋深一定的情况下,随着侧压系数的增大,隧道围岩位移量变化均呈现出先增加后减小的趋势。其中底鼓对侧压系数的变化最为敏感,水平收敛次之,拱顶下沉相对较弱;②随着埋深的增大,隧道围岩位移量均有不同程度的增加。研究结果用于云岭隧道围岩稳定性分析是非常有效的,可为后期隧道支护设计和施工提供参考。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究

为了研究高地应力软岩隧道施工变形控制方法,以兰渝铁路木寨岭隧道为例,通过对超前导洞法与三台阶法进行现场试验,分析了2种施工方法在高地应力软岩地层的变形控制效果,总结了三台阶法施工各阶段的围岩变形规律,主要结论为： 1）超前导洞法与三台阶法施工,隧道中台阶是变形控制的重点; 2）2种方法对高地应力软岩大变形总体控制效果相近,应结合其施工效率进行比选; 3）隧道开挖后应及早施作仰拱,这对控制隧道变形极为有利。     

高地应力软岩隧道大变形失稳机理及支护对策研究

对于高地应力软弱围岩隧道,大变形失稳破坏是一种发生频率较高且危害较大的地质灾害,其支护对策已成为重大的技术难题。以武都西隧道为工程实例,采用现场工程地质调查、理论分析、现场监测等手段,系统研究了其隧道围岩及支护结构的变形特征及失稳机理,从而有针对性地采用"钢花管注浆加固边墙、增设护拱并充填泡沫混凝土、基底注浆加固"支护对策,最后利用现场监测手段对支护效果进行了验证,结果显示该支护对策能够达到预期处治效果,可在类似高地应力软岩隧道中进一步推广应用。     

高地应力下大断面软岩隧道支护技术

锦屏#1、#2引水洞西端工程地应力达40～50 MPa,施工前期发生了严重的大变形。本文重点介绍洞径14.6 m的马蹄形隧道采取台阶法大断面开挖过程中,在常规锚网拱喷的基础上,增设长砂浆锚杆、预应力锚杆、锚索、锚筋桩、灌浆加固,并用多种手段对工程进行监测,取得了良好的工程效果。     

木寨岭隧道大战沟斜井高地应力软岩大变形施工技术

高地应力软弱围岩段施工不可避免地产生大变形,为合理选择支护措施,有效控制软岩隧道变形,进行专门的研究试验是非常必要的,为解决大变形问题,结合专家意见并根据现场实际采用9个试验段来探索变形施工技术,由试验段可知高地应力软岩大变形施工应放抗结合。随着斜井埋深的增加、地应力的增加,初期支护强度、刚度应相应增加,否则容易出现坍塌;二层支护（套拱）的方法能有效控制变形;超前小导洞,超长水平大钻孔高地应力释放技术的应用,有一定效果。     

高地应力软岩隧道台阶参数对变形的影响分析

以某铁路隧道台阶法施工为例,通过建立数值分析模型,分析高地应力软岩环境下铁路单线隧道台阶法开挖时台阶高度和长度变化对变形的影响,并结合现场变形监测数据进行了验证。分析结果表明:台阶参数对控制隧道变形有重要作用;台阶高度均应控制在3~4 m,且在满足施工机械作业空间要求的情况下,应尽量减小上台阶开挖高度;开挖台阶长度为4~6 m较为合适。     

高地应力状态下软岩公路隧道的大变形机理与规律研究

高地应力区软岩隧道地质条件复杂,使软岩隧道变形控制难度加大。以某一工程实例为对象,运用MIDAS/GTS软件建立了软岩公路隧道模型,分析了不同侧压力系数下对高地应力软岩隧道开挖变形的影响作用。研究结果表明:随着侧压力系数的增大,隧道围岩水平位移由向隧道外挤压变形转化为向隧道内收敛变形,K值在0.5~0.75时,存在一个水平位移零点,最终水平变形量为0;对于隧道竖向位移变形,当侧压力系数小于1时,隧道最大竖向位移出现在拱顶处。当侧压力系数大于1时,上拱变形加强,但整体依然表现沉降变形,隧道最大竖向位移出现由拱腰转移到拱间处。K值在1附近时,隧道水平变形和拱顶变形所形成的最终变形量相等,可根据现场对水平位移和拱顶位移间的位移关系来判定隧道围岩侧压系数的大致取值范围。     

高应力软岩单线铁路隧道大变形控制技术研究

高地应力软岩条件下隧道开挖极易引发大变形问题,尤其单线铁路隧道由于其不利的断面形式,使变形控制更加困难。以在建的丽江—香格里拉铁路长坪隧道为工程依托,总结高地应力软岩单线铁路隧道大变形诱发因素及大变形特征,提出针对性控制措施,并开展现场试验,分析隧道变形及结构受力发展规律,验证变形控制技术的合理性。结果表明:高地应力、软弱破坏围岩、不利断面形式及不合理开挖方法等因素是造成单线铁路隧道产生大变形的主要原因;隧道变形持续时间长,变形量大,尤其边墙位置变形收敛明显,拱架及喷射混凝土破坏严重;采用优化断面形式、加长锚杆、提高支护刚度、减少开挖分部等措施,可以改善结构受力,充分发挥主动控制作用,有效控制围岩变形。     

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形（高跨比0.80）、类圆形（高跨比0.90）、圆形（高跨比1.00）3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明： 1）对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象; 2）适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好; 3）适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。     

活动断裂影响区隧道高地应力软岩大变形特征分析及支护体系研究

为解决活动断裂影响区隧道建设过程中支护变形、开裂、破坏等问题,依托华丽高速东马场1号隧道进行研究。该隧道穿越程海—宾川活动断裂,施工过程中初期支护表现出变形量大、初期变形速率大且不易收敛、变形持续时间长、变形破坏不均匀等特点。受程海大断裂影响,隧址区地质构造应力水平高且以水平构造应力为主,断裂影响范围超过2 km。通过监测数据与试验结果分析,结合已开挖段隧道支护变形、开裂、破坏等情况,提出“长短结合、主动控制、分层支护、及时成环、预留内空”的综合支护体系。现场监测数据分析发现： 1）优化方案实施后,累计沉降平均值增加了12.46%,累计收敛平均值增加了26.57%,这是由于工序增加、工序消耗时间长引起的。2）实施优化方案后围岩变形主要集中在第1层初期支护阶段,该部位本身开挖产生的变形值占总变形值的70%,其余部位开挖产生的变形值占总变形值的30%;第2层初期支护及仰拱施作后,变形速率明显降低,二次衬砌浇筑前变形速率可控制在0.8~1 mm/d。     

堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工技术

堡镇隧道的主要工程地质特点是在高地应力、顺层偏压、软岩地质条件下隧道发生大变形。在对国内外高地应力软岩隧道施工技术研究现状基础上,分别对顺层偏压地层和高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为分析,制定了“超前支护、初支加强、合理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的快速施工原则和总体方案。通过对开挖方法、通风方式、机械设备配套技术及管理技术等方面的综合攻关,实现了同类工程安全无事故条件下的快速施工。     

软岩隧道大变形机理分析

围岩大变形是软岩隧道建设中的常见灾害,由此引起初支破坏、工程延期、造价增加,给施工安全带来较大威胁。以十房高速公路通省隧道大变形为背景,从岩性、岩体塑性变形、地应力等方面分析软岩隧道的变形机理,并利用FLAC3D模拟通省隧道的开挖支护和围岩变形过程,最后提出了应对大变形的控制措施,以期减少灾害、指导施工。     

高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机研究

依托宜巴高速公路峡口隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,分析高地应力软岩公路隧道衬砌最佳支护时机。研究结果表明:按开挖空间效应分析,二次衬砌的支护时间为开挖后15天;按开挖时间效应分析,二次衬砌的支护时间为开挖后25天;综合考虑,应在开挖后15～25天支护。隧道拱顶下沉为33.3 cm,水平收敛为19.7 cm,预留变形量为35.0 cm。     

基于主动支护的高预紧力锚索处理高地应力软岩大变形隧道效果分析

深埋高地应力薄层软岩隧道施工采用传统的隧道支护手段易出现初支开裂、大变形以及隧道塌方等病害。木寨岭隧道洞身处于典型的高地应力深埋薄层软岩中,隧道在常规加强支护作用下,隧道最大拱顶沉降240～513mm,最大累计水平收敛值637～1 224mm,隧道衬砌出现了大范围的剥落与开裂现象,不得不进行换拱,隧道初支的开裂大多是压力过大导致的,因此常规支护强度对于深埋高地应力薄层软岩隧道是不够的;通过隧道斜井井底恒阻NPR锚索大变形控制试验段总结,提出基于主动支护的高预紧力锚索+W钢带+钢拱架+喷射混凝土的初支体系,采用数值模拟与现场实测结合的方法,对隧道在施工过程中的隧道变形与衬砌应力进行了分析。高预紧锚索加固作用下,隧道最大拱顶沉降120～180mm,最大累计水平收敛值150～430mm,隧道累计最大拱顶沉降减小69.4%,隧道累计最大水平收敛减小71.7%,拱顶沉降与水平收敛最后已经处于稳定状态,最终达到较好的施工效果。     

超前大钻孔应力释放方法在高地应力软岩隧道中的应用效果分析

新建兰渝铁路木寨岭隧道为双洞单线分离式特长隧道,全长19 km,施工过程中在高地应力和软弱围岩的共同作用下出现了难以控制的大变形问题,对施工安全和顺利进展都造成较大影响。为解决这一问题,通过现场试验的方式,采用超前大钻孔对地层高地应力进行预释放,以减小作用于支护结构上的压力,使支护系统受力处于安全范围内,达到控制变形的目的。对大钻孔施工及施工效果进行分析,试验表明超前钻孔对后期的变形发展有所遏制,但对隧道施工也会产生一定影响,其现场的应力释放效果及施工组织等方面还需进一步研究和完善。