高地温深埋特长隧道热害综合防治关键技术研究

在高地温地区修建特长隧道存在较高的风险,给隧道施工及运营带来极大挑战。文章以我国在建的最长交通隧道——大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道为工程背景,开展特长隧道热害综合防治成套关键技术研究。通过研究确定了高地温隧道热环境控制标准及施工热害控制的合理区域,形成了热害隧道通风降温、制冷降温、地下热水治理相结合的成套降温设计方法,提出了高地温条件下的隧道衬砌结构支护体系及防开裂措施;通过室内模型试验研发了适用于高温热害环境下的成套新型建筑材料;根据传热学理论,建立三维非稳态传热模型,模拟研究了隧道运营环境温度场,并制定了隧道运营期间采用通风井分段进行纵向通风的降温对策。     

兰渝铁路三叠系板岩隧道变形机理与围岩分级预报探究

文章以兰渝线三叠系高地应力软岩隧道大变形的围岩特征为基础,结合国内其它软岩变形隧道的施工经验和研究成果,分析了变形受控的地质因素及特殊地质条件,探究了软岩变形机理;并结合超前地质预报TSP成果,初步建立了半定量化的高地应力区软岩围岩分级预报体系,为隧道大变形控制技术设计提供了科学、准确的地质依据。     

连拱隧道先行洞室支护体系施工力学性态研究

结合连拱隧道工程实践,对隧道施工中先行洞室支护体系应力进行相关监测,分析不同开挖工序下应力变化规律。研究结果表明:先行洞室上台阶及仰拱开挖引起了支护应力较大变化及重分布,为支护稳定的控制点;隧道开挖对支护应力的纵向影响距离大致为隧道跨度的2倍,约为20～25 m;开挖效应消失后,左右拱圈45°处应力的时间效应较其它位置要明显;封闭支护结构是改善结构受力的有效途径,应及时施作仰拱和形成封闭环。该研究结论可为类似条件下连拱隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

堡镇隧道高地应力软岩大变形地段施工技术要点及体会

结合宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形地段的施工实践,针对砂质粉砂质页岩、泥质页岩、炭质页岩、砂质泥岩、炭质泥岩等软岩地层在高地应力作用下的变形特征,总结出一套相对有效的高地应力软岩大变形隧道施工应对技术措施.     

木寨岭隧道软岩大变形段支护措施研究

文章结合新建兰渝线木寨岭隧道工程实践,在了解了碳质板岩地层发生大变形的原因和机理的基础上,对高地应力条件下软岩大变形的控制技术进行了分析研究,提出了处理隧道大变形应以控制为主的原则,以及确保隧道安全施工、快速通过的支护措施和变形控制对策。     

木寨岭隧道高地应力大变形施工技术

在木寨岭隧道施工中遇到了国内罕见的高地应力大变形问题,文章简要介绍高地应力、大变形特征及采取的工程治理措施.     

兰渝铁路高地应力软岩隧道挤压大变形规律及分级标准研究

软岩隧道在高地应力作用下产生挤压大变形是必然现象。为有效控制挤压大变形,文章结合兰渝铁路软岩隧道工程特性,基于均质地层圆形洞室弹塑性位移解析解和我国现行规范围岩参数,研究了软岩隧道挤压大变形的规律,并提出了大变形分级标准及相应防治措施。在Hoek提出的无支护条件下围岩挤压程度分级标准基础上,以兰渝铁路软岩隧道为工程背景,考虑支护抗力作用,提出了在设计阶段以相对变形和岩体强度应力比为分级指标,将挤压大变形分为三个等级,根据岩体强度应力比进行大变形预测;在施工阶段以变形量和变形速率为分级指标,提出了三级验证标准和变形管理基准以及设计和施工阶段相应防治措施。通过实践验证,隧道大变形得以控制。     

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。     

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。     

高地应力隧道岩爆特征及综合施工控制技术

岩爆是指围岩在高地应力作用下,储藏在岩体内的应变能突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的一种现象,它是深埋高地应力隧道主要地质灾害之一。以福建漳州至永安联络线高速公路的官田隧道部分高地应力-极高地应力围岩段为工程依托,就岩爆施工监测、超前钻孔及超前支护、钻爆设计、开挖方法及安全防护等关键技术进行探讨,提出不同阶段不同程度岩爆应采取的综合技术及安全防护措施,也为今后类似工程提供有益参考。     

白云岩力学压缩试验及声发射规律研究

在高地应力近水平岩层中开挖隧道时,由于近水平层理的构造特征,隧道极易出现拱顶离层、掉块、局部超挖、支护结构偏压、初期支护混凝土开裂等现象,甚至发生拱顶失稳坍塌事故。为研究高地应力近水平岩层的破坏特征,本文以大峡谷隧道为工程背景,通过现场钻孔取芯,对岩样进行常规压缩试验,并借助声发射系统分析了岩样压缩破坏过程。研究结果表明：岩石的破坏过程可分为裂纹压密和弹性变形阶段、塑性阶段、峰值阶段、残余阶段;岩样在低围压下主要为张拉劈裂破坏,在中围压下为张拉劈裂破坏和剪切破坏共同存在,在高围压下主要呈剪切破坏且破裂岩体的裂纹扩展更为显著。     

高速铁路水下盾构隧道管片衬砌主体结构受力分析研究

针对我国第一条水下高速铁路盾构隧道——狮子洋隧道的主体结构特点,采用了梁一弹簧模型对于隧道在运营期正常受荷情况下的受力情况进行数值仿真分析,并将最不利拼装方式下的内力、变形结果进行比较分析,总结出在该荷载条件及结构分块方式下,狮子洋高速铁路盾构隧道管片衬砌主体结构受力的一般性规律。并且针对实际工程中出现的膨胀性围岩区段的特殊地质条件,给出了偏于安全的计算方法,为设计和施工提出指导性意见。     

水压致裂地应力测试法在茅坪隧道中的应用与研究

高地应力以及由此诱发的地质灾害(如岩爆等)是目前隧道施工中经常遇到的工程地质问题,地应力测试则是进行隧道岩爆及其他灾害预测预报的重要内容.本文通过对福建省闽北地区公路隧道-茅坪隧道钻孔XS10的水压致裂地应力测试成果的分析研究,对测试区域的地应力水平及隧道围岩稳定性做出了评价,从而为该地区隧道的地应力参数及岩爆分析评价...     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

大埋深特长山岭隧道技术挑战及对策

大埋深特长山岭隧道的建设面临各种技术挑战,如在地质勘察、建设工期、特殊地质(高地应力、高地温、高压水)、运营防灾以及未来社会发展等方面都对隧道工程提出了新要求。文章在分析大埋深特长山岭隧道技术挑战的基础上,提出了应对挑战的技术思路及未来发展方向。在勘察方面,除提高大埋深地面物探的准确性外,还应研究航空物探、水平定向钻加孔中物探的勘察技术在隧道工程勘察中的应用,以提高勘察的准确性和有效性;在设计理念方面,为提升隧道工程效益,应更加注重隧道工程的综合功能、节能减排及环境保护;在支护理论研究方面,除了进一步完善现有支护理论,还应研究颠覆性衬砌新理论,使隧道结构更耐久、更经济;在施工方面,除实现智能化隧道机械施工外,还应研究颠覆性隧道施工新技术,使隧道施工更好、更快、更经济;在隧道运营方面,智能维护技术将是未来的发展趋势。     

乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究

乌鞘岭特长隧道全长20050m,是我国目前正在修建的国内最长的单线铁路隧道.隧道施工中发生了严重的围岩大变形,主要表现为隧道中部岭脊地段F4～F7断层构成的"挤压构造带"在深埋高地应力条件下的软弱围岩大变形,拱顶最大下沉及侧壁最大水平收敛变形量均达1000mm以上,导致初期支护开裂破坏并严重侵入衬砌净空等,不得不将初期支护全部或部分拆除重做,再施作二次衬砌.文章对隧道区域工程地质环境、软弱围岩变形力学特性及初期支护破坏规律、围岩变形的影响因素等进行了分析研究,并讨论了隧道围岩加固、初期支护预留变形量与二次衬砌施作时机等问题.     

高地应力软岩隧道变形控制设计与施工技术

高地应力软岩隧道施工中常常发生大变形地质灾害,给工程的安全施工和建设管理带来极大的困难。文章依托兰渝铁路高地应力软岩隧道,进行了高地应力软岩隧道围岩分级,制定了初期支护破坏准则,同时建立了地应力合理释放与有效约束之间的平衡。在高地应力软岩隧道设计与施工中,通过采取预留变形量、合理的初期支护、可靠的开挖工法、关键部位锚注加强、动态支护补强等5项技术措施,有效地控制了大变形的发生,达到了初期支护不破坏、不拆换的目的,保证了工程的安全快速建设。     

岭脚隧道施工过程围岩及支护结构应力响应数值分析

为了得到隧道开挖过程周围围岩及支护结构的应力响应规律,文章以岑水高速公路岭脚隧道为研究对象,通过应用有限元分析软件MIDAS/GTS,对施工过程围岩与支护结构的应力响应规律进行了数值模拟,分析隧道施工中的围岩应力状况。     

关于碳质板岩隧道大变形机理及应对措施的探讨

兰渝铁路木寨岭隧道是在高地应力、碳质板岩等软弱围岩的复杂地质条件下修建的隧道,在碳质板岩段出现了明显的大变形和局部破坏。针对木寨岭隧道的大变形,文章分析了碳质板岩大变形发生的影响因素,探究了碳质板岩的塑变、板梁弯曲、剪切滑移、压杆破坏等大变形机理,提出了调整隧道围岩受力、加强支护、超前控制等施工措施。     

毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道出口段穿越薄层状碳质板岩地层,区域原岩应力较大且以水平构造应力为主,隧道开挖过程中出现严重的大变形情况。通过分析,认为高地应力、最大水平主应力与隧道轴线呈大角度相交是大变形的主要因素。隧道施工过程中,通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量,以及采用长锚杆、多重支护和超短台阶法等常规措施控制了围岩变形;基于对围岩动态演化机制的认识,提出了高地应力隧道超前导洞法应力控制释放技术,开展了大型工程试验。阶段性试验成果表明,采用超前导洞有效地降低了正洞施工时的变形速率,对上中台阶影响尤为显著。通过对应力控制释放技术研究的进一步深化,有望探索出安全、高效的高地应力软岩施工新技术。