柱状节理偏压小净距公路隧道稳定性研究

柱状节理条件下地形偏压小近距隧道施工,极易引起中夹岩柱的失稳,一直是工程界和学术界关注的问题。该文结合正在修建的石家庄市曹家庄公路隧道,采用离散元软件UDEC,模拟柱状节理特性下小净距隧道开挖,研究隧道失稳模式以及中夹岩柱的稳定性。数值分析结果表明:中夹岩柱有发生倾覆、旋转失稳的趋势,中夹岩岩柱深埋侧先发生滑移破坏,右侧出现旋转倾覆性失稳,最终岩柱呈现整体失稳贯通趋势。随着岩柱倾覆性失稳过程的发展,最终演化为整个隧道坍塌。锚杆发挥"销钉"作用,可增大层间节理剪切刚度,抑制中夹岩柱节理面,从而提高小净距隧道整体稳定性。     

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。     

小净距隧道中夹岩柱应力、应变特性及合理净距数值模拟分析

文中结合某高速公路小净距隧道工程项目,采用FLAC3D数值模拟分析不同净距下该IV级浅埋偏压小净距隧道中夹岩柱应力、应变特性,探讨小净距隧道加固处理前后合理设计净距。结果表明,加固处理前净距10 m时中夹岩柱水平和竖向应力、应变及左右隧道拱顶处竖向变形和周边收敛较净距为6,8,12,14,16 m时逐渐趋于稳定,可取净距10 m作为加固处理前最佳合理净距指导隧道的设计。加固处理后中夹岩柱承受附加应力能力得到了提升,抑制隧道的中夹岩柱变形,此时净距8 m时中夹岩柱竖向应力、应变及拱顶处竖向变形较净距6,10 m趋于稳定,可取净距8 m作为加固处理后该小净距隧道的最佳合理净距。     

藻溪隧道反压护拱施工和优化分析

为了研究反压护拱施工对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响,首先介绍了藻溪隧道反压护拱的施工过程,并以此为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件模拟了在不同厚度反压护拱下的隧道开挖过程。通过分析围岩位移、应力和塑性区的变化情况,得到了反压护拱厚度对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响规律。结果表明:随着反压护拱厚度的增加,浅埋侧左洞拱顶向上隆起值减小,周边位移减小,仰拱隆起加剧;深埋侧右洞拱顶下沉减小,周边位移增加,仰拱隆起稍有增加;反压护拱厚度增加能显著缓解隧道浅埋侧左洞和中夹岩柱的偏压程度,而对缓解深埋侧右洞的偏压不明显。根据围岩塑性区体积随反压护拱厚度的变化情况,建议在地表注浆加固后,Ⅴ级围岩宜施作5m厚的反压护拱。     

弱节理小净距隧道合理净距及围岩稳定性研究

为了研究弱节理小净距隧道的合理净距及围岩的稳定性,以大荒沟小净距隧道工程为研究背景,基于量化GSI围岩评级系统,确定了弱节理隧道围岩力学参数;基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型,采用FLAC~(3D)软件模拟得到0.9B～1.7B净距条件下隧道中夹岩柱塑性区分布,分析了中夹岩柱的稳定性,确定了弱节理小净距隧道的最小合理净距。通过理论方法计算了小净距隧道围岩压力,进行支护结构设计。通过FLAC~(3D)软件分别对支护条件下小净距隧道采用二台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法、环形开挖预留核心土法进行数值模拟,分析不同工况下围岩拱顶位移及水平位移的分布特征,选择合理的施工方法,优化隧道开挖支护方案。研究结果表明:采用FLAC~(3D)数值模拟得到不同净距条件下中夹岩柱塑性区分布情况,能够确定隧道最小合理净距;采用FLAC~(3D)数值模拟分析不同开挖工况条件下围岩的变形规律,确定了环形开挖法为理想的施工方法;通过现场监测分析可知,选择1.5B净距及环形开挖预留核心土法施工较为合理,锚喷支护与中夹岩柱长锚杆共同作用,能对约束小净距隧道双洞开挖后中夹岩柱松动圈的发展起到重要作用。     

浅埋偏压小净距隧道荷载特征试验研究

基于相似理论,构建典型偏压条件下隧道开挖模拟试验系统,对浅埋偏压小净距隧道破坏过程与荷载模式进行具体研究。结果表明:(1)浅埋偏压小净距隧道围岩破坏发展过程包括隧道开挖引起结构与地层变形,在隧道周边围岩中形成微破裂面,并逐步加密和向深层岩体延伸发展,随后深埋侧浅部张拉开裂,深层岩体产生剪切滑移,浅埋侧亦随之快速变形、滑移,直至整体坍塌等阶段。其关键阶段为隧道周边位置微破裂面的产生与发展以及深埋侧浅部地层张拉开裂;(2)竖向荷载总值随偏压角度增大而增大,与既有方法相比,实测偏压效应更为显著,实际应用过程中应在既有方法计算结果的基础上,对浅埋偏压小净距隧道的荷载值进行适当修正。     

浅埋偏压隧道施工工法研究与非对称设计优化

为探究偏压隧道的适宜工法并针对偏压特性对支护结构进行非对称优化,基于九绵高速福隆隧道,通过现场监测深浅埋侧非对称周边收敛与地表变形,建立三维山体隧道模型,进行不同工法围岩、支护结构受力变形比选分析以及初期支护厚度、锚杆长度与倾角的非对称优化设计。相关研究表明:1)现场监测发现,地表沉降与周边收敛非对称特性明显,随着离隧道正中距离的增大,深埋侧地表沉降较浅埋侧数值减小较慢。深埋侧上拱腰收敛数值最大且波动较大,浅埋侧下拱腰收敛增速较慢。2)偏压隧道较适宜工法为CD法,能有效控制围岩支护结构变形、锚杆应力、初期支护压应力以及塑性区分布。3)初期支护非对称优化结果为将浅埋侧初期支护厚度减小2cm,深埋侧增大2cm,能将二次衬砌拉应力控制在较小数值。4)锚杆长度非对称优化结果为将浅埋侧锚杆长度减小0.5m,深埋侧增大0.5m,使锚杆受力更为均匀并减小右上拱肩与左下拱脚的塑性区。初期支护应力在右上拱肩与左下拱脚处存在显著偏压,通过将右上拱肩处锚杆朝深埋侧倾斜能一定程度减小初期支护受力不均匀。     

软岩偏压隧道中夹岩施工扰动效应及控制技术研究

依托某实际工程,采用Abaqus建立三维数值分析模型,研究不同净距和坡度对软弱围岩偏压小净距隧道中夹岩围岩塑性区发展规律的影响,并研究中空注浆锚杆长度变化对中夹岩及隧道稳定性的影响,得到合理加固参数。结果表明:随着坡度和净距的变化,中夹岩柱塑性区的表现形式可分为塑性区中心贯通、塑性区边缘贯通和塑性区分离3种类型;塑性区中心贯通产生的围岩塑性变形要比塑性区边缘贯通和塑性区分离的围岩塑性变形严重得多;当净距小于10 m时,中夹岩柱处于塑性区贯通破坏状态,需要对中夹岩柱进行加固;基于锚杆长度变化对锚杆轴力及隧道位移的影响,锚杆长度取4 m较为合理,对于偏压小净距隧道,浅埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较小值,深埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较大值。     

城市渐变小间距隧道施工关键技术探讨

城市小净距隧道在爆破施工过程中,中夹岩柱多次受到扰动,使得其力学行为十分复杂,易发生破坏和失稳。以厦门大学小间距隧道为依托,着重从保护小净距隧道中夹岩柱的原则出发,从爆破施工参数、中夹岩柱加固角度对城市渐变小间距隧道施工技术进行了阐述。     

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...     

深埋小净距隧道围岩压力计算方法研究

根据普氏理论经验公式对深埋小净距隧道的围岩压力计算公式进行了推导,并针对沪蓉国道湖北省宜昌～恩施高速公路某分岔隧道的四车道小净距段,运用本公式进行计算分析,得出结论如下:当中夹岩柱厚度增大到一定程度时,围岩压力与分离式隧道相同,在Ⅴ级围岩条件下,当中夹岩柱厚度小于3 m时,围岩压力与连拱隧道基本相同,在Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,围岩压力比连拱隧道的大;在Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,左右洞室之间无影响的净距分别为55 m、20 m、10 m、7 m;中夹岩柱的承载能力对小净距隧道围岩压力有较大影响,选择合理的中墙加固方法对小净距隧道的稳定及结构受力十分关键.本文可以为深埋小净距隧道的结构设计提供参考.     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

某超小净距隧道施工过程分析及研究

该文通过模拟某超小净距隧道在V级围岩条件下的施工过程,针对主洞拱顶处、中夹岩处围岩变形值及支护内力值对拉锚杆内力值随开挖过程的变化趋势,提出了小净距隧道初期支护、中夹岩的设计思路及施工中的监测重点。此外,利用承载拱理论推导出小净距隧道中夹岩及二次衬砌的受力模型。共成果可为今后类似研究提供一定的借鉴。     

五车道大跨分岔隧道小净距段中夹岩柱支护效果研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道匝道2车道的小净距段,不设置连拱段,最大开挖跨度30. 46 m,最大开挖面积450. 41 m2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段,交界处中夹岩柱最小厚度仅为1. 2 m,中夹岩柱的稳定性是小净距隧道设计与施工的重点与难点。基于以上背景,首先通过三轴压缩试验确定岩石力学指标,并基于Hoek-Brown估算方法得到岩体参数,进一步运用数值计算方法对小净距隧道中夹岩柱的支护效果进行研究。结果表明:①花岗岩试样属于弹脆性岩石,其弹性模量与围压呈正相关;②由于围岩强度较高,预应力对拉锚杆相比较于普通锚杆可以缓解中夹岩柱的应力集中,施工中建议采用低预应力对拉锚杆;③主洞隧道初期支护的左、右拱脚的安全系数最小,说明左右拱脚应力集中较为明显,施工时应加强左右拱脚处支护;④岩石的强度和稳定性与围压关系较大,施工时建议采取主动支护的手段,及时地对隧道以及中夹岩柱进行封闭支护,使得围岩尽快的处于3向受力状态。     

变质软岩区小净距隧道合理净距的探讨

以某小净距隧道工程为例,针对变质软岩强度低、可塑性强、围岩受力状态复杂且易出现较大塑性圈等特点,引入基于Mohr-Coulomb剪切屈服和拉伸屈服准则的屈服接近度函数,选取该隧道V级围岩隧道埋深30m条件下,对不同隧道净距的围岩应力、屈服接近度、收敛变形进行了数值模拟计算。结果表明,净距越小,中夹岩柱表现越敏感,且围岩应力、屈服接近度、收敛变形值与隧道净距呈非线性关系,并在某个净距值时发生突变后,随着净距增大,各项指标值均趋于缓和。最后提出各项指标值发生突变时的净距作为小净距隧道的合理净距。     

小净距公路隧道中岩柱对地表沉降变形规律研究

为研究中岩柱对围岩稳定性与整个隧道的影响,依托重庆市九龙坡区新九路隧道为工程背景,通过MADIS-GTS模拟中岩柱在不同加固形态及不同加固高度下隧道地表沉降的变化规律,与实际施工监测数据进行对比分析。结果表明:1)小净距隧道地表沉降曲线受隧道埋深影响较大,当埋深较小时,双洞开挖后地表沉降曲线整体上呈不对称的"W"形,中岩柱在先行洞和后行洞之间起到杠杆支点的作用效应明显;当埋深较大时,整个沉降曲线大致呈对称的"U"形,在两隧洞上方一定高度形成共同压力拱,中岩柱被包围在压力拱内,从而导致地表沉降曲线中中岩柱支点效应被弱化,土拱效应明显。2)在小净距隧道施工过程中,浅埋隧道最优加固方案为中岩柱加固至地表且与拱顶为界;深埋隧道最优加固方案为以侧墙为界加固至拱顶。     

软弱围岩浅埋小净距隧道合理净距影响因素探讨

考虑不同跨度、埋深、高度和初始地应力等条件对软弱围岩浅埋小净距隧道进行数值模拟,以中间岩柱塑性区是否贯通为判别标准,对小净距隧道合理净距影响因素进行分析。结果表明:小净距隧道合理净距随着隧道埋深加大而逐步增大,随围岩侧压力系数减小而增大,相同埋深、相同跨度的小净距隧道,其合理净距随隧道高度增大而增大,而偏压对合理净距的影响不明显,此外不同条件下的围岩初始应力场和重分布应力场的差异导致围岩破裂角改变,设计计算围岩压力也会随之改变,进行小净距隧道设计优化或变更时应当考虑这些因素的影响。     

将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

采用改进的有限元强度折减法计算了某浅埋偏压小净距隧道的2种开挖方式在各个施工阶段的安全系数大小。通过比较这些安全系数,找到了2种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步,得到了浅埋偏压小净距隧道先开挖深埋侧能避免出现较危险的施工状态这一结论。