围岩快速分级和松动圈测试应用研究

吉图珲客运专线小盘岭1#~3#隧道施工,遇到碳化泥质板岩地层,由于其岩质软、节理发育、岩体破碎,围岩稳定性极差,多次发生塌方、换拱等问题。为保证隧道安全快速施工,现场采用非金属声波测试技术对围岩进行施工期快速分级和松动圈厚度确定,为隧道动态设计和信息化施工提供有力保障。(1)声波测试结果分析表明,该隧道碳化泥质板岩松动圈厚度范围在4.90~6.16 m之间;左拱腰、拱顶和右拱腰位置松动圈厚度均值分别为5.91 m、5.35 m和5.19 m。(2)围岩饱和单轴抗压强度为20.6 MPa,属于软质岩;松动圈内围岩波速平均值为1.29 km/s;松动圈外围岩波速平均值为2.06 km/s。综合判定小盘岭隧道弱~强风化碳化泥质板岩围岩等级为Ⅴ级,与现场调查结果基本一致。基于测试结果对隧道支护锚杆和注浆长度进行优化,工程实践表明优化后的锚杆支护和注浆加固效果明显。     

铁路双线隧道围岩爆破松动范围测试分析

在地处典型石灰岩地层的贵广铁路牛王盖双线隧道,选择IV级围岩地段的3个断面进行围岩爆破松动影响范围的测试。每个断面钻7个直径40 mm、深4.0～4.5 m的探孔,采用超声波方法测试并分析围岩爆破松动圈的大小、形状及主要影响因素。结果表明:围岩爆破松动圈内比松动圈外的围岩声波波速小10%～20%,松动圈内岩体的破碎程度与围岩声波的波速降低相关;采用控制爆破,总装药量在180 kg和最大一段装药量在28 kg时,Ⅳ级围岩爆破松动圈的范围一般为0.9～1.5 m,当围岩附近有溶洞或破碎带时,该处的围岩爆破松动范围将成倍增加,需要采用拱架支护,以防塌方。     

利用围岩松动圈理论进行隧道支护参数评判

以围岩松动圈支护理论为指导,对围岩分类及选择合理的支护方式进行了探讨,并结合袍子岭隧道实例,利用围岩松动圈理论对其围岩支护体系进行评判。该理论不仅证实在现场可以得到广泛应用,而且还可为今后隧道施工支护参数提供可靠依据。但对于大松动圈或施工中遇到特殊情况,围岩松动圈支护理论还将有待于进一步研究。     

共和隧道Ⅲ级特殊围岩施工设计

根据共和隧道工程实例,阐述特殊围岩隧道大变形的特点,为保证隧道施工及结构安全,需采用合理的施工方法和支护形式。通过对比测试几种试验段支护形式,对施作长锚杆及型钢钢架支护的试验段与没有施作的进行围岩松动圈、应力以及位移比较。全断面开挖、长锚杆及HW 175型钢钢架支护对于整治共和隧道围岩大变形起到重要作用,为以后隧道施工设计提供经验。     

矿山法施工的近海地铁隧道围岩注浆圈参数选择

青岛地铁13号线井冈山路站至嘉年华站区间隧道敷设在近海区域。该区域围岩较为破碎,裂隙水与海水连通,隧道开挖后预测最大单位涌水量达31.2 m3/(m·d),故防水问题十分突出。借鉴类似工程,确定区间隧道初期支护单位渗水量允许值为0.3 m3/(m·d);采用隧道渗水量简化模型计算不同水头高度、围岩渗透系数、注浆圈厚度与渗透性对初期支护渗水量的影响;基于施工空间和效益对注浆圈厚度的限制,确定不同水头高度和围岩渗透性条件下的注浆圈厚度和渗透系数的合理组合;通过现场初期支护渗水量测试,验证了注浆圈参数的合理性。结果表明:Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级强风化—微风化等级岩层中,注浆圈合理厚度分别为3.75~6.00 m、3.5~6.0 m和0.75~2.75 m,合理渗透系数分别为岩层的0.5%~1.2%、1%~2%和2%。     

不同倾角层状围岩隧道开挖松动圈的范围与分布

层状围岩隧道在施工扰动下极易出现拱部严重超挖、掉块、离层、弯折、坍塌等工程问题,快速准确地确定围岩松动圈的范围和分布规律,对选择合理的支护设计参数以及消除安全隐患十分重要。以延安安塞经志丹至吴起高速公路大梁峁隧道为工程依托,采用离散元软件UDEC对岩层倾角分别为0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°的层状围岩隧道开挖过程进行数值模拟,分析围岩松动圈的范围及分布规律。结果表明:岩层倾角为0°(水平)时,围岩松动圈范围最大,且出现在隧道拱顶处,松动圈范围为1.6～2.6 m;岩层倾角为0°和90°时,围岩松动圈沿隧道轴线对称分布;岩层倾角为30°,45°,60°,75°时,围岩松动圈呈不对称分布,且存在偏压现象。     

能量守恒原理在Ⅴ级围岩隧道衬砌设计中的应用研究

在围岩-衬砌这个封闭系统中,隧道的开挖和支护过程伴随着能量的传递和转化,不考虑热能散失并将围岩视为弹性体,则围岩势能的释放即为衬砌结构弹性应变能的增加。刘红燕等[1-2]利用该能量守恒原理对Ⅲ级围岩单线铁路隧道进行了衬砌厚度的计算,在此研究成果的基础上进一步研究了能量守恒原理对于Ⅴ级围岩衬砌设计的适用情况。针对Ⅴ级围岩建立FLAC3D模型动态模拟隧道的开挖过程,利用matlab语言编写弹性应变能密度函数从而得到实体模型各单元的弹性应变能,最后得到特定范围内围岩势能随掘进深度的变化曲线。由此围岩势能变化曲线可得出隧道开挖后围岩的势能释放值。此外,通过进行钢纤维混凝土(SFRC)构件的韧性试验,确定SFRC三分梁破坏与SFRC衬砌破坏时的能量消耗关系。据此建立能量方程并可得出SFRC衬砌的理论厚度,经检算,设计厚度满足安全性要求。结果表明,能量守恒原理的隧道衬砌设计方法不再受Ⅱ、Ⅲ级围岩小断面情形的限制,它同样适用于V级围岩大断面隧道的衬砌设计。     

云南大丽铁路三元隧道开挖与支护施工技术

在铁路隧道施工过程中，隧道的开挖与支护是保证施工质量及安全控制的关键环节。此文初步探讨了Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级围岩隧道开挖与支护的施工技术，对长短台阶法、全断面法、CRD法及CD法4种施工方式做了简要介绍。     

中老铁路沙嫩山隧道大变形区段松动圈发展规律及控制技术

通过现场测试隧道围岩变形分析中老铁路沙嫩山隧道大变形特征及围岩松动圈范围。结果表明：隧道大变形以水平收敛为主,存在拱架弯折、喷射混凝土剥落、掌子面溜塌等变形破坏现象,变形主要位于拱顶及拱腰;单线段、双线段隧道围岩松动圈范围分别在6.0～6.5、8.0～9.0 m,均达到隧道设计跨度的58%以上。根据测试分析结果,从主动控制隧道变形出发,考虑注浆对围岩力学性能的改善作用,提出单线段隧道采用双层小导管或管棚对掌子面进行超前支护,锚杆打设深度不小于6.0 m,注浆范围不小于2.5 m;双线段隧道采取双层纵向连接筋搭接钢拱架、增设4根锁脚锚管、加设临时水平横撑或三角横撑等措施进行支护,锚杆打设深度不小于8 m,注浆范围不小于4 m。采用综合措施后,隧道4个测试断面最大水平收敛和最大拱顶沉降的平均值均减小53%以上。     

地铁隧道过海段复合衬砌参数的敏感性分析

以青岛地铁1号线胶州湾过海隧道为研究背景，选取了影响复合式衬砌外围水压力的9个主要影响因素，在利用Midas有限元数值分析软件的基础上，采用正交试验设计法分析了2种测试水平下这9个因素对水压力折减系数的显著性影响水平。结果表明：影响二次衬砌外围水压力大小的显著性因素为二次衬砌外围半径和围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值；影响初期支护外围水压力大小的显著性因素为围岩渗透系数与注浆圈渗透系数的比值、注浆圈厚度、围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值及隧道半径。其中，围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值对二次衬砌、初期支护的外围水压力均有显著性影响。因此，在海底隧道设计和施工过程中，应重点关注衬砌的渗透性能，注意支护结构的参数设计和选取，以保障海底隧道的顺利开挖及运营安全。     

大断面软弱围岩偏压隧道施工技术

通过黑松驿隧道进口段浅埋段V级围岩施工的工程实例,论述了大断面软弱围岩偏压隧道施工方法、施工工艺,总结隧道开挖支护、防排水、围岩量测等施工技术.     

考塘隧道初期支护的设计与施工

结合铁路考塘隧道中的Ⅳ级围岩地段初期支护中的锚杆数量与喷层厚度控制,分析了新奥法初期支护的作用原理以及此类支护在软弱围岩中的应用。     

基于收敛约束原理的复杂地质隧道监控量测综合分析

隧道开挖工程中围岩与支护结构之间的"相互作用"和"动态作用"对隧道开挖施工的安全性和结构的稳定性具有关键作用。收敛约束原理是分析隧道围岩特征和支护结构特征的一种重要方式。文章通过理论分析、数值计算、现场监测综合分析方法,结合攀大高速宝鼎隧道,对复杂地质条件下大断面隧道的围岩支护稳定性进行分析。通过数值计算建立了围岩特征曲线,理论分析了复合结构支护特征方程,建立了复合支护结构并联模型;通过现场监控量测与理论分析相结合的方法综合分析隧道围岩支护结构的稳定性。结果显示现场实测与理论分析误差较小,对于采用现场监控量测指导支护施工具有理论指导意义,同时对于类似复杂地质条件下的大断面隧道支护提供借鉴和参考。     

半无限平面双孔平行隧道渗流场解析研究

以镜像法和渗流力学理论为基础,推导了半无限平面双孔近距平行隧道稳定渗流场的解析解,并与数值解进行了对比验证。对2个平行隧道间距,注浆圈和初期支护的渗透系数、厚度等参数对隧道涌水量和初期支护后水压力的影响进行了分析。研究结果表明:随着2个隧道水平间距的增大,隧道的涌水量和衬砌后水压力逐渐增大;当隧道中心水平间距大于隧道半径的20倍时,水平间距的影响几乎可以忽略不计;随着其中一个隧道埋深的逐渐增大,该隧道涌水量和初期支护后水压力逐渐减小,而邻近隧道涌水量和初期支护后水压力先减小后增大;随着隧道注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大,隧道涌水量和初期支护后水压力均逐渐减小;随着隧道初期支护渗透系数的减小和初期支护厚度的增大,隧道涌水量逐渐减小,初期支护后水压力却逐渐增大。     

浅谈新奥法初期支护-喷锚支护在软弱围岩的应用

结合赣龙铁路考塘隧道中的Ⅲ级围岩地段初期支护中的锚杆数量与喷层厚度控制，介绍了新奥法初期支护的作用原理以及此类支妒在软弱围岩中的应用。     

基于流固耦合的水底隧道全断面注浆力学分析

全断面帷幕注浆加固围岩是水底隧道穿越断层破碎带、海底风化槽等高渗透性岩体常采用的辅助工法。帷幕注浆的主要目的是加固围岩,改善围岩的物理力学性质,降低围岩渗透系数。本文在对注浆加固机理及注浆参数选取研究的基础上,采用三维有限差分FLAC3D数值模拟手段,基于流固耦合的力学模型研究注浆加固圈厚度及渗透系数对围岩稳定性、渗流规律、支护结构受力的影响。研究结果表明:水底隧道洞室开挖对初始渗流场的改变程度及范围与注浆圈渗透系数有直接关系,通过有效注浆不但起到限排堵水的作用,还起到降低地下水渗透体积力、约束位移的作用。     

邻近水库富水断层破碎带隧道注浆圈参数研究

隧道穿越富水断层破碎带施工风险较大,常采取超前全断面预注浆进行处理.本文依托皖南一工点通过建立渗流数值模型分析了注浆圈不同厚度、渗透系数下隧道周边地下水渗流规律.结果表明:未支护条件下开挖,渗流达到稳定状态后地下水压力呈漏斗状分布;隧道涌水量随着注浆圈厚度增加而减小,注浆圈厚度宜控制在5～8m;减小注浆圈的渗透系数可有...     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

松动圈理论在冬瓜山采矿巷道支护设计中的应用

基于深部巷道工程由于其复杂的赋存条件和应力环境使得浅部工程的支护技术和方法不能满足深部巷道工程的需要,采用松动圈理论对冬瓜山采矿巷道进行支护设计。通过对松动圈支护理论及松动圈测试进行研究,将不同地方围岩破坏情况(松动圈值)分为松动圈基准值(Lp1)和关键点松动圈值(Lp2),作为支护参数设计的量化指标,对巷道不同地方采取有区别的支护。将其运用于深部采矿巷道支护工程实践,通过现场位移监测验证了松动圈支护技术在深部工程应用中的合理性。     

隧道富水断层段全断面注浆时的缓冲层厚度研究

基于水力学和弹塑性理论,构建含缓冲层的隧道注浆计算模型,计算隧道支护结构及注浆圈外缘承担的渗水压力及隧道涌水量;研究支护结构、注浆圈及围岩的位移与应力解,利用数值模拟对构建模型的合理性进行验证;以穿越富水断层破碎带的某在建隧道为例,计算并确定其缓冲层厚度。结果表明:增设缓冲层后,支护结构外缘径向应力理论值与模拟值最大误差来自隧道拱顶,为7.3%;涌水量模拟值与理论值较为接近,理论值仅比模拟值小1.4%;随缓冲层厚度增加,支护结构外缘径向应力急剧下降,涌水量缓慢增加,当缓冲层厚度与隧道支护结构外径比值为0.10和0.30时,与无缓冲层时相比,支护结构外缘径向应力分别降低39.63%和118.88%,涌水量分别增加4.70%和14.10%;综合考虑受力与涌水因素,在建隧道缓冲层厚度与支护结构外径比值宜采用0.14。