昔格达层高填方路堤沉降变形特性研究

研究目的:新建的攀枝花南站车站路堤填筑高度达到36 m,出于地质、地形条件限制和经济考虑,该处的高填方路堤工程的填料拟采用路堑开挖的昔格达层土,但受其成因机制、物理力学特性、构造条件及地下水等因素的影响,昔格达土工程性质极差,易产生不同程度的地质灾害。本文以成昆线攀枝花南站昔格达层高填方路基工程为依托,利用ABAQUS软件建立三维整体有限元模型,分析昔格达层高填方路堤在分层填筑过程中的沉降变形规律,从而为实际工程建设提供参考。研究结论:(1)昔格达地层为极软岩,产状平缓,具有水稳性差、透水性弱的特性;(2)在合理控制施工质量,做好排水措施的情况下,昔格达土可作为路堤填料使用;(3)昔格达层高路堤在分层填筑过程中,最大变形位置发生在填筑体高度的1/2h～1/3h处;(4)昔格达层路堤和路基表面的最大沉降量都随填方高度的增长而增长,路基的最终工后沉降量为4.2 cm,最大沉降速率为3.99 cm/a,基本满足规范的要求;(5)本研究成果对我国西南山区类似工程地质条件下的铁路、公路等工程建设具有借鉴意义。     

昔格达地层隧道围岩灾变特征及致灾因子研究

研究目的:西南地区面积分布较为广阔的昔格达地层,因其遇水易泥化等特点严重影响着成昆铁路沿线隧道工程的建设,因此对其展开研究具有一定的现实与工程意义。本文对昔格达地层隧道围岩破坏形态进行现场调研,通过现场采样、室内试验、数值模拟、现场监测和理论分析等手段对昔格达地层隧道围岩灾变特征与致灾因子进行深入研究。研究结论:(1)隧道穿越昔格达地层出现灾变数量多,尤其出现拱顶沉降、水平收敛过大、仰拱隆起基底突泥和掌子面塌方等典型灾变模式;(2)昔格达地层隧道围岩含水率在0%~25%范围内时,拱顶沉降、水平收敛、仰拱隆起和掌子面挤出变形等位移变化趋势较为一致,开挖过程中随着含水率的逐渐增大,隧道围岩变形越来越明显,当含水率从25%渐变到30%时,各部位的位移变化急剧增大,含水率在30%时,隧道各部位的累积沉降值达到隧道灾变状态,因此可将含水率25%定为昔格达地层隧道灾变临界值,含水率30%定为昔格达地层隧道围岩灾变值;(3)通过建立灾变因子指标体系,构造判断矩阵并赋值,利用层次分析法确定各因子的权重,灾变源因子影响权重最大的为昔格达地层自身地质及岩体力学性质因子0.625 0,其次是水文地质因子0.238 5,水文地质因子主要为地下水指标影响最大;(4)本研究结论可为西南地区昔格达地层隧道安全快速施工提供指导。     

含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性影响研究

昔格达地层具有水稳性差、易崩解等特点,常常引发隧道初期支护结构开裂、围岩掉块、坍塌冒顶等灾变事故。为了研究围岩含水率对昔格达地层大断面隧道初期支护安全性的影响规律并及时预防灾变事故,以成昆铁路复线桐梓林隧道为工程依托,通过数值模拟对比分析5种典型围岩含水率下隧道初期支护结构的受力特性和变形规律,根据相关规范规定的洞周变形标准和结构强度安全系数标准界定现有支护参数所能够维持的围岩含水率阈值为29%,并为超过此围岩含水率阈值的隧道支护参数提出优化方案。通过现场监控量测数据验证数值模拟计算结果的可靠性和合理性,研究成果不仅完善了昔格达地层大断面隧道设计参数,同时为类似工程提供借鉴和参考。     

昔格达地层大断面隧道下穿既有建筑施工技术研究

昔格达地层是分布于我国攀西地区的一种特殊半成岩,具有孔隙比大、粘结力差、水稳性差等特点。本文以米攀铁路攀枝花段冉家湾隧道为工程依托,以严格控制地层及地面建筑物的沉降和变形为目的,对昔格达地层隧道下穿既有建筑物施工技术展开研究。结果表明,昔格达地层大断面铁路隧道采用大管棚超前支护和三台阶七步开挖法可安全下穿既有建筑物,沉降最大值为84.19 mm;增大锁脚锚杆支护参数、保证注浆质量,可以更好地控制地表建筑物沉降。     

软岩大变形发生的边界条件及对策探讨

研究目的:软岩大变形是长期困扰隧道施工的难题。以往研究多以强度应力比作为大变形预判和潜势分级的依据,但存在相当大的局限性和误判、漏判的可能性。本文从地壳运动出发,以区域地质条件中的地应力场、地层岩性、地质构造为主要支撑点,通过对大量典型隧道大变形地质条件的分析,定性地提出大变形发生的边界条件,并论证了通过试验段确定大变形支护参数的思想。研究结论:(1)大变形是人为改变内营力,导致地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动;(2)大变形发生的边界条件主要有:最大主应力近于水平,薄层极软岩(R 5 MPa)占比较大,以及适宜的构造条件;(3)大变形隧道的支护参数应在施工中考虑地质条件、工艺工法及施工组织等因素,通过开展试验段确定;(4)本研究成果适用于软岩隧道大变形的预判和工程处理。     

西宁至成都铁路特殊地质问题及选线研究

研究目的:西宁至成都铁路位于青藏高原东北缘,地质条件复杂,不良地质极其发育,并首次面临高压气藏以及红层砂岩水稳性、大范围软岩大变形等特殊地质问题的挑战,需开展针对性的研究工作,优化线路方案,降低工程风险。研究结论:(1)高压气藏为基底大理岩受热分解产生的CO2,受鼻状隆起构造控制,因此线路方案应绕避查明的隆起构造;(2)基于岩性、水文条件的水稳性评价结果表明,白垩系民和组、第三系贵德组等红层砂岩水稳性差,线路应进行绕避或以最小距离通过;(3)基于初始地应力、岩石特征、地下水与隧道轴向等,对潜在大变形风险进行了分析并优化线路方案,最终推荐方案以轻微～中等大变形为主;(4)本研究对存在类似地质问题的铁路、公路等工程的勘察、设计及选线具有借鉴意义。     

高压气体及弱成岩地层山区铁路综合选线

研究目的:近年来,我国在西部铁路建设过程中的复杂地质问题逐渐显现,西部地区广泛分布的三叠系板岩、新近系砂岩地层极大地增加了隧道建设难度。本文依托新建西宁至成都铁路穿越拉脊山隧道工程,针对高压气体、弱成岩地层等复杂地形地质条件和山区铁路施工运营特点,对复杂地层中长隧道选线及工程问题开展研究。通过对拉脊山地质特征及设置长大隧道工程适应性分析,提出艰险山区铁路选线原则和方法。研究结论:(1)结合工程地质条件和类似工程经验,确定线路方案选择原则,从施工难度与风险、辅助坑道设置、隧道设置和工程投资等方面对比分析了不同方案适应性,结果表明绕避高压气体、最短通过弱成岩地层设隧方案最优;(2)结合工程建设难点,对隧道修建、施工方案、高压气体以及弱成岩地层隧道结构设计等关键问题分别研究,并给出了对应工程措施;(3)本文结论可为后续类似工程建设提供参考。     

路堑边坡滑坡成因机制浅析及防治对策

研究目的:针对云桂铁路大菠萝黑路堑边坡滑坡,在现场地质调绘、钻探、物探及工程测试等综合勘探的基础上,从工程地质环境、采空区影响、降水及施工影响等几方面对该滑坡的成因机制进行分析研究,并提出防治对策,为类似工程提供借鉴。研究结论:(1)路堑工程边坡滑坡的产生主要受地层岩性及采空区的影响,特殊沉积环境下形成的砂岩、泥岩等膨胀岩,成岩作用差,力学强度低,受人为洞采影响形成扰动圈进一步降低了该区域地层的力学强度;(2)现场岩土体力学参数较施工图指标降低较多,岩体下滑力大于抗滑桩的抗滑力,造成第一排桩倾覆变形,第一级边坡滑动后,使第二排桩锚固段减小,致使第二排桩倾斜变形,最终形成工程边坡滑坡;(3)该工程边坡滑坡的破坏形式,下部表现为推移式破坏,而上部呈现为拉裂式破坏;(4)对该工程滑坡的整治,应在滑坡体上部清方减载的基础上根据力学指标合理布设抗滑桩,并辅以地表水及地下水的疏排措施的综合方案;(5)本研究结论对类似地质条件下的铁路及公路工程深路堑地段的勘察和施工具有借鉴意义。     

襄渝铁路新建二线马鞍山隧道进口滑坡分析

研究目的:提出软质岩、极软岩地段勘察、选线时应注意的工程地质问题,指出隧道洞口选线时应避免的位置。研究方法:通过分析滑坡形成的原因及滑坡性质,提出治理措施。研究结果:提出软质岩、极软岩地段铁路选线应注意的工程地质问题。研究结论:存在顺层或不利结构面时,工程施工应自上而下分段进行,严禁对坡体下部进行大面积坡脚开挖,必要时应进行稳定性检算和分析论证,并尽量避开雨季施工;对于路堑两侧基岩性质相差较大或路堑、隧道段存在极软岩的情况,开挖时应进行必要支挡工程并进行边坡监测;路堑两侧土层较厚时,应先进行支挡工程,并加强对两侧边坡的监测;铁路选线时应避开两侧边坡有较厚土层或两侧岩性相差较大的沟槽;隧道洞口尽量远离沟槽,并选择基岩出露良好、无不良地质处;对于路堑边坡,在勘察阶段应调查至两侧的坡顶及坡底,必要时应翻过山顶。对于路堑边坡应布置足够钻孔,必要时可离线路较远。对于两侧岩性差别较大,存在顺层地段、尤其是沟槽的情况,在设计时应引起注意。     

顺层偏压隧道极软岩综合施工技术研究

以勐远隧道极软岩施工为研究对象,针对雨季施工过程中,软岩受地下水影响,初支变形量大,变形持续时间长等现象,通过超前地质预报及监控量测等手段,及时调整工法,加强超前支护、系统支护,以及特殊情况下加强二衬配筋等措施来应对软岩变形及隧道偏压影响,保证隧道施工及运营安全。     

昔格达地层隧道围岩稳定性及系统锚杆功效研究

昔格达地层隧道围岩水敏感性强,遇水易泥化,易造成围岩大变形、支护结构破坏和掌子面塌方等灾害。冉家湾隧道穿越昔格达地层,本文采用强度折减法对该隧道围岩稳定性进行数值模拟分析。结果表明:当含水率在20%以下时隧道具有一定的自稳能力,当含水率超过20%时隧道开挖需要采取超前支护措施;埋深小于45 m时埋深对昔格达地层隧道围岩稳定性影响显著,埋深大于45 m时,隧道围岩稳定性对埋深的敏感性降低;喷射混凝土对隧道安全系数的提升率大于设置系统锚杆;对于昔格达地层在天然含水率下,浅埋隧道破坏从拱部开始延伸至边墙,深埋隧道破坏从边墙开始蔓延至拱部。     

兰渝铁路高地应力软岩隧道变形机理和施工控制

研究目的:兰渝铁路二叠系高地应力软岩隧道挤压变形是施工中的突出难题,在施工过程中过对软岩隧道的地质特征、地应力特征、变形特征、支护压力及支护破坏特征等进行监测分析,以便及时掌握高地应力软岩变形机理,确保施工的顺利进行。研究结论:通过研究表明:(1)随着埋深和地应力的增加,初期支护强度、支护结构刚度也应相应增加,否则容易出现坍塌,施工中采用套拱的方法能有效控制变形;(2)对兰渝铁路二叠系软岩大变形不应套用现行分级标准来划分,应结合施工实际确定与之相适应的支护结构及措施;(3)极高地应力对岩体稳定性的影响程度应结合工程实践进行具体分析,边墙及拱腰是施工大变形关键部位,需要及时调整施工参数和加强支护措施来确保施工的顺利进行;(4)本研究成果可应用于指导二叠系软岩隧道结构的设计和施工。     

基于粗糙集与AHP的深埋隧道软岩大变形研究

研究目的:软岩大变形是铁路深埋隧道修建过程中遇到的主要工程地质问题。本文根据兰渝铁路的施工数据,分析控制软岩大变形级别的主要影响因素,确定其主客观权重,建立软岩大变形预测模型并对其进行计算验证。研究结论:(1)岩性、岩体完整程度、层厚、地应力状态、岩层走向与隧道关系、地下水、岩层倾角7个指标为影响软岩大变形的主要因素;(2)粗糙集和层次分析法(AHP)主客观分析中,岩体完整程度、岩层层厚、地应力状态的权重均显著更高,而岩层走向与隧道夹角、地下水、岩层倾角、岩性等相对影响较小;(3)计算结果显示,本次建立的AHP结构模型在兰渝铁路哈达铺隧道中匹配度极高;(4)本文研究可为类似铁路地质选线、风险评估和工程设计提供支撑,同时给隧道围岩大变形的分级和预测提供新的思路。     

西康铁路软岩和极软岩对隧道和路基工程的影响

本文介绍了西康铁路秦岭南段软岩和极软岩的工种地质特征及设计指导原则，具体分析了它们对隧道和路基施工的影响，对该类地层铁路隧道和路基的勘测设计、施工，提出几点建议，作为今后工作的借鉴。     

既有成渝铁路线地质灾害特性及防治对策分析

研究目的:既有成渝铁路线为新中国成立后修建的西南地区第一条铁路线,至今通车运营已60多年,鉴于当时国家的经济和技术力量不强等影响,铁路修建技术标准较低,且工程支防护措施极弱。受地层岩性、地质构造、强降水及人类活动等因素影响,沿线重力不良地质、水毁及隧道病害等地质灾害发育,影响行车安全及营运。本文在现场调绘的基础上,分析既有成渝铁路线沿线地质灾害特性及其成因机制,并探讨其防治对策,以期为工程服务。研究结论:(1)铁路沿线主要地质灾害有风化剥落、溜坍(滑坡)、危岩落石(崩落)及滚石等重力不良地质,基底软化、翻浆冒泥、排水沟及涵洞堵塞等水毁,以及渗水、拱顶及边坡剥落、开裂等隧道病害;(2)灾害产生和发展的成因机制可归纳为低建设技术标准、软弱的地层岩性、复杂的地质构造、丰沛的降水、活跃的地下水活动及人类活动等多因素的相互作用;(3)既有铁路地质灾害的整治应考虑对行车及安全的影响,工程防护措施应力求高效、简单实用;(4)本研究结论对既有成渝铁路线地质灾害的整治具有指导意义。     

强震区成兰铁路某隧道小净距段大变形特性分析

针对处于"汶川5.12"强震区龙门山断裂带之前山活动断裂及中央活动断裂之间的在建成兰铁路柿子园隧道4号横洞工区隧道小净距D3K87+500~+350段大变形破坏现象,在现场调绘、岩石试验、地应力测试及监控量测数据等资料分析的基础上,从地质构造、围岩条件、地震作用、地应力场、地下水及工程结构形式和施工影响等方面对隧道小净距段的大变形特性进行分析,并探讨其成因机制。主要结论有:(1)小净距段呈现仰拱左右剪切错动、边墙侵陷、拱顶沉降为特征的纵向张裂变形特性;(2)大变形成因机制可归纳为软弱破碎的围岩条件、复杂活跃的地质构造条件、高应力场条件、地形偏压作用、地下水软化作用等客观地质环境因素及小净距隧道结构形式、施工影响及较弱的支护措施等主观因素的综合影响;(3)小净距结构形式的设置位置应综合考虑地层岩性、地质构造、地应力场及地震震裂作用等客观地质环境因素的影响;(4)研究结论对强震区类似工程地质条件下川藏、滇藏铁路破碎围岩隧道的设计和施工具有借鉴意义。     

震后千枚岩与板岩互层隧道开挖变形控制技术

研究目的:汶川至马尔康高速公路鹧鸪山特长隧道洞身通过千枚岩与板岩交互围岩,软硬不均地质频繁突变形成交互地层,受"5·12"强震及不定余震影响,岩体褶皱曲折,层间地下水渗透软化千枚岩,而板岩节理面光滑,千枚岩软化层极易出现似"流体状态"的滑流,造成变形坍塌。为解决鹧鸪山隧道施工的变形坍塌难题,本文通过优化开挖方法和支护参数展开研究。研究结论:(1)类似地层施工应遵循"先柔后刚、先放后抗、及时封闭、径向注浆加固、控制变形"的原则;(2)千枚岩遇水极易软化流失溜坍导致较大变形,提出类似水文地质隧道开挖预留变形值宜控制在20～35 cm;(3)宜采用三台阶预留核心土法开挖,台阶长度控制在3～5 m,台阶总长控制在25 m内,仰拱初支应及时封闭成环,其与掌子面距离宜控制在25 m内;(4)超前支护宜采用自进式中空注浆锚杆加固围岩;(5)富水地段应在初支背后加密埋设环向排水管,将初支背后散水归位,同时应充分考虑隧道突涌水量和营运排水需求,确定适宜的排水沟断面尺寸;(6)本研究成果可为川藏地区类似隧道工程的设计与施工提供参考和借鉴。     

成兰铁路云屯堡隧道软岩大变形特征及地质成因分析

成都—兰州铁路云屯堡隧道已施工洞段出现多处软岩大变形,严重影响了施工安全及进度。从地层岩性、岩体结构、地应力、地下水等方面对云屯堡隧道软岩大变形特征及地质成因进行了分析。结果表明:该隧道软岩大变形具有总变形量大、变形持续时间长、空间分布不均匀的特征;隧道围岩完整性差、强度低是发生大变形的根本原因,较高地应力和发育的地下水造成强度应力比进一步降低,千枚岩、炭质千枚岩地段易发生轻微~中等大变形。     

软岩隧道初期支护技术措施探讨

软岩隧道的设计施工,由于围岩自身强度及外界因素(遇水软化,风化剥蚀)影响,隧道施工难度及施工风险较大。结合呼准线托克托至周家湾段增建第二线线下工程薛家湾隧道,介绍软岩隧道滑坡段施工采用初期支护应用的基本原理,在设计和施工时除遵循新奥法,还应加强支护,控制围岩松动变形,采用超前支护、初期加强、及时封闭、地质预报、紧跟二衬等措施,保证施工安全,达到了设计要求。     

云母片岩隧道围岩大变形分析研究

随着铁路建设的快速发展,隧道工程的比重不断加大,云母片岩隧道围岩大变形已严重影响了隧道施工安全和进度,本文为解决这些问题,通过对宝兰高铁杨家庄隧道云母片岩结构特性、矿物成分、抗压强度和水理特性等工程特性的介绍,对云母片岩隧道围岩大变形特征及变形因素进行分析研究。(1)变形特征:沉降收敛变形量大,变形速率快,变形持续时间长,变形差异大,洞身纵向变形分布不均及破坏形式多样性;隧道围岩变形与隧道围岩压力有着密切相关性,且早期变形严重,半个月后逐渐趋于稳定。(2)变形因素:地形地貌、岩性特征、岩体结构、地下水及围岩压力是云母片岩隧道围岩大变形的主要因素;单斜地层和地形产生偏压、开挖卸荷后围岩受地下水渗流软化沿变质片理面及泥质夹层产生塑性蠕变,使围岩压力分布不均等因素是导致杨家庄隧道围岩大变形的根本原因。