不同掏槽孔角度下节理岩体隧道爆破效果研究

为探明节理岩体隧道中掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,以节理裂隙发育严重的下寮隧道为工程依托,理论分析掏槽孔角度对掏槽爆破效果的影响,并列举选用掏槽孔角度常见的两种方法,最后结合数值模拟软件对掏槽孔角度分别为60°与70°的两种隧道模型进行数值仿真计算,量化分析两种模型的损伤面积与峰值有效应力,并基于结果选用合适的掏槽孔角度。结果表明：节理裂隙的存在会改变应力波的传播方向和能量分布,影响爆破效果;在Ⅴ级围岩中,70°的掏槽孔平均峰值有效应力是60°的1.36倍,爆破损伤范围比60°大且分布连续,选用70°的掏槽孔有利于提高隧道掘进效率。     

川藏铁路巴玉隧道开挖二次应力分布特征与岩爆风险分析

川藏铁路巴玉隧道施工中岩爆灾害突出,有必要分析该隧道施工过程的岩爆风险.采用数值模拟研究巴玉隧道开挖二次应力分布和损伤特征,基于Hoek判据评估开挖过程中的岩爆风险,分析隧道平行错开掘进对岩爆风险的影响.结果表明:数值模拟的塑性区与声波测试的损伤区结果较为一致;隧道开挖后最大主应力分布于拱顶与拱肩,具有强烈岩爆风险.边...     

大断面地铁车站隧道软弱围岩渐进破坏规律模型试验研究

以贵阳市地铁2号线阳明祠车站为背景,采用室内模型试验模拟大断面地铁车站施工过程中隧道塌方破坏过程,明确施工期间大断面隧道塌方破坏过程机制,对比分析围岩和路面的变形。结果表明:通过围岩重力作用模拟隧道施工过程中塌方过程,与实际塌方过程基本吻合,弥补了常规加载破坏的不足;围岩渐进破坏过程表现为裂隙出现-裂隙发展-裂隙贯通-围岩塌方,支护渐进破坏过程表现为变形缓慢增加-变形快速增加-裂缝快速发展-支护破坏;围岩渐进破坏与支护渐进破坏相互作用,共同发展;在实际施工过程中,当支护变形大幅增加时,应增加支护强度,同时还应及时注浆、打设长锚杆,以减缓围岩裂隙发展,阻断围岩渐进破坏过程。     

逆断层错动下ECC衬砌结构非线性力学响应分析

依托穿越活动断层隧道工程,建立断层?围岩?隧道结构相互作用的力学模型,开展逆断层错动下纤维增强水泥基复合材料(ECC)衬砌和传统钢筋混凝土(RC)衬砌非线性力学响应及抗错性能分析.研究结果表明:逆断层错动下2种衬砌呈现出基本一致的变形及损伤分布规律.衬砌变形沿纵向呈"S"形分布,衬砌损伤主要位于断层及临近断层的隧道上盘,上盘范围内隧道变形及损伤受错动位移的影响明显大于下盘.衬砌破坏表现为压剪和拉剪破坏模式.断层倾角越大,ECC衬砌损伤分布范围越窄,破坏区域越集中,极限错动位移越小.ECC衬砌极限错动位移及损伤分布范围随着断层宽度的变大有所增加.相同断层参数和错动位移下,ECC衬砌损伤分布范围和损伤程度明显小于RC衬砌,呈现出优异的变形适用性和抗错性能.     

沪昆客专第一长隧创平导施工纪录

壁板坡隧道全长14756 m，是沪昆客专全线最长的隧道，也是全线3座Ⅰ级风险隧道之一。该隧道号称“地质博物馆”，地质条件极其复杂，集涌水、岩溶、滑坡、煤层瓦斯、断层、高地应力、高承压水及岩爆等不良地质于一体，最大日涌水量达32万 m3，严重影响施工安全。壁板坡隧道辅助坑导为贯通平导，全长14717 m，进口、出口独头掘进。     

保康隧道穿越断层破碎带施工控制技术

隧道掘进穿越断层和节理裂隙破碎带施工过程中易发生塌方、涌水突泥等灾害事故。为保证隧道穿越多裂隙带的施工安全,降低施工灾害发生的概率,施工前有必要选择合适的施工方法。保康隧道在穿越断层破碎带选择了CRD法施工技术,并且通过优化爆破参数,减弱隧道爆破振动对断层破碎带的扰动,使其安全通过多条破碎带,其控制技术可供类似工程借鉴。     

黄土隧道围岩压力拱效应分析

以兰渝铁路大断面黄土隧道工程为背景,采用数值计算和模型试验对黄土围岩压力拱效应进行分析,可得结论:(1)由于荷载传递路线发生偏转,拱部围岩切向应力因承担径向传来的荷载而增加,且离隧道边界越近应力增幅越大,压力拱边界向围岩深部扩展。(2)靠近隧道洞周,边墙处应力路径切向应力、径向应力低于原岩应力,切向应力表现出较强的应力集中,径向应力只有小幅增加。(3)相对于黏性土,黄土抗剪强度较小,需要更大范围的土体参与承受围岩压力,致使压力拱外边界远离隧道断面;黄土围岩压力拱边墙处最大,拱顶处次之,拱底处最小。(4)黄土围岩破坏过程表现为局部裂隙产生、局部裂隙扩展、裂隙急剧贯通、残余强度等4个阶段;拱顶松动塌落出现在边墙剪切滑移破坏基础上。(5)数值分析与模型试验所得黄土围岩压力拱的范围基本相符,验证了压力拱的客观存在;压力拱承担着自重与外部土体荷载,自洞周向围岩深部依次为松动区、压力拱、原岩应力区。     

齐岳山隧道穿越高压富水宽张裂隙注浆堵水施工技术

齐岳山隧道是我国在建的宜昌至万州铁路线的关键性控制工程之一,隧道的主要工程地质问题有暗河、断层、宽张裂隙及伴随的高压涌(突)水、岩溶涌(突)水、高应力及煤层瓦斯等,所以隧道在修建过程中需采用多种辅助工法穿越众多的不良地质段。主要介绍和探讨该隧道穿越富含高压水的宽张裂隙时所采用的超前帷幕注浆堵水施工技术,为今后在类似工程中施工提供借鉴。     

正断层错动圆形隧道结构影响因素及损伤分析研究

穿越活动断裂隧道在断层错动作用下破坏严重。为对隧道破坏的影响因素及破坏机理进行研究,首先,采用有限元模拟对断层位移、土-隧道摩擦系数及隧道埋深进行参数分析,重点研究各参数对结构响应增长率变化趋势的影响;其次,采用混凝土塑性损伤模型对隧道结构的变形与破坏进行定量分析。研究结果表明：随着断层位移增加,结构响应基本呈线性增长;随着土-隧道摩擦系数增加,结构响应呈对数增长;随着隧道埋深增加,结构响应呈指数增长。圆形隧道在正断层错动作用下纵向变为S形,横向变为椭圆形。采用混凝土损伤模型可定量表达隧道结构变形、拉裂及剪切破坏。依据受拉损伤因子将混凝土开裂划分为无破坏、轻微破坏、中等破坏及严重破坏4个等级。     

多孔微差爆破下岩石损伤演化规律研究

目前山岭隧道开挖中大多数采用钻爆法,但爆破施工时难免会出现超欠挖、围岩损伤破坏严重等现象,直接影响施工安全。通过建立本构模型和有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,对不同节理裂隙角度下的爆生裂纹规律以及逐孔起爆、间隔起爆两种起爆顺序和不同微差间隔时间下岩石损伤演化规律进行研究,得出当节理裂隙与炮孔中心连线成60°～90°夹角时岩体破碎效果较差,当节理裂隙与炮孔中心连线成45°时岩体破碎效果最好;间隔起爆下中间孔先起爆的爆生裂纹扩展长度分布较为均匀,可将其应用于辅助眼处,以便于岩石破碎以及减少大块率,为实际隧道工程提供了技术参考。     

FLAC 3D在越岭隧道涌水分析中的应用

研究目的:以往的隧道涌水分析中,通常未考虑隧道开挖对应力分布再平衡的影响,而应力集中段落往往节理裂隙发育,也是地下水运移的主要通道,易发生隧道涌水现象。本文采用数值分析方法对隧道开挖后的应力变化进行模拟,确定新的应力集中位置,判断开挖后可能涌水位置,为隧道涌水分析及工程措施选用提供设计依据。研究结论:(1)在采用物探方法确定隧道涌水高危段落的基础上,利用FLAC 3D软件对隧道开挖后应力重新分布情况进行数值模拟,结果发现:断层破碎带和褶皱背斜部分对隧道围岩应力分布和位移变化有很大影响;(2)通过隧道围岩应力分布和位移变化分析,确定了DK 121+070和DK 121+300段附近为隧道开挖后应力集中位置,可能发生突水、涌水灾害,数值模拟涌水位置与实际开挖后涌水位置吻合;(3)本研究成果为隧道涌水高危段落的划分提供了一种新思路,为隧道涌水量分析及工作措施选用提供了设计依据。     

逆断层错动下隧道衬砌的力学响应北大核心

以穿越新疆大旱沟西岸逆断层的拟建隧道为工程依托,采用大比例尺活断层错动加载系统开展室内模型试验,探明在逆断层错动作用下隧道分段衬砌力学响应特征及裂缝形态分布规律。通过建立三维地层-结构模型,模拟分析逆断层错动下不同衬砌分段长度时衬砌的变形特性及力学特征。结果表明:在逆断层错动下,上盘竖向位移随错动距离增大而增大,由逆断层错动导致的衬砌裂缝以纵向裂缝为主,裂缝主要位于边墙、墙脚以及仰拱中心;断层错动后衬砌相邻节段变形不连续,变形缝有利于提高隧道结构的抗错动性能;跨断层中心竖向截面处衬砌第一主应力随断层错动距离增加而近似呈线性增大,且衬砌分段长度越大则衬砌内力越大。     

高速铁路深埋隧道石煤层瓦斯勘察测试与评价

为了查明湖杭铁路紫荆隧道掘进过程中瓦斯突出等问题,在勘察设计阶段采用工程地质调查、深孔钻探、孔内测试、取样试验等多种勘察手段,并对石煤岩芯进行现场瓦斯解析试验、煤质化学工业成分分析试验、钻孔内瓦斯压力测试、瓦斯浓度测试、瓦斯气体成分分析试验。研究表明,该处石煤属高灰、低碳、高硫、低热值劣质煤。钻孔石煤现场气体解吸量为0,钻孔内瓦斯浓度、瓦斯压力为0,钻孔内气体成分主要为CO、CO₂。综合评价认为,由于经历长久地质构造活动,湖杭铁路紫荆隧道隧址区石煤已不具备大量赋存瓦斯的地质条件,隧道掘进过程中无煤与瓦斯突出危险性,石煤层不具有爆炸性;石煤层在开挖后堆积于隧道内和弃渣场时,自燃可能性低。     

深埋隧道围岩破坏特征及支护措施探讨

硬质、脆性岩体的大埋深隧道中,由于地应力水平较高,洞室开挖过程中可能造成围岩的损伤破坏。围岩的破坏涉及应力的释放程度、释放周期以及部分洞段应力的滞后释放或者二次释放,破坏模式的多样性、多变性及不可预测性成为现代深埋隧道支护的难题。结合西南某深埋、大洞径隧道,在支护规范的基础上提出适合本工程的支护形式：根据具体情况,支护措施应分为常规围岩段和应力破坏、岩爆段。常规段的支护主要包括喷射混凝土、钢筋网片和系统锚杆;应力破坏及岩爆段则应加强支护。     

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明：逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断...     

高地应力断层破碎带衬砌力学特性对比与分析

以高地应力区某穿越断层破碎带隧道为工程依托,通过三维数值模拟来分析随着掌子面推进过程中的围岩空间应力场的状态及其变化趋势。首先,根据弹性衬砌模型计算结果判断衬砌结构是否还处于弹性状态;其次,按照弹塑性衬砌模型进行某穿越高地应力断层破碎带隧道三维数值模拟。计算结果表明:高地应力区穿越断层破碎带隧道三维数值模拟应该采用弹塑性衬砌结构;弹性计算模型与摩尔—伦计算模型分别计算所得衬砌结构关键点位移量差别较大,弹性衬砌模型计算得到关键点位移均小于摩尔—库伦衬砌模型所得到的量值,且约为摩尔—库伦模型计算所得量值的50%;拱顶和拱腰主应力波动范围在掌子面通过z=-50 m平面前0.5B(B为隧道宽度)和通过后1.5B范围,墙脚主应力波动范围在掌子面通过前1B和通过后0.5B范围;弹塑性衬砌计算的主应力较弹性衬砌计算的主应力大;揭示了某穿越高地应力断层破碎带隧道衬砌的破坏形式与潜在破坏面。     

软弱相间水平层状岩体隧道围岩变形特征分析

为研究软弱相间水平层状岩体隧道围岩变形破坏机理并正确指导设计施工,采用现场隧道围岩松动圈测试并结合三维离散元数值模拟方法对不同工况下隧道塑性区分布、收敛位移进行比较分析验证。结果表明:隧道墙脚容易产生塑性变形,造成底部岩体支撑方式发生变化,由于岩体软弱相间且层间连接弱,在拱顶沉降与两侧围岩水平收敛产生的水平力作用下,导致底部岩体发生向上的变形破坏。针对其变形破坏机理,对其支护措施进行研究,发现对底部岩体进行锚杆加固,增大了层间岩体连接,减小了各向异性,提高了岩体的整体强度,有效降低隧道底部岩体向上变形程度,防止隧道底部隆起,保证施工和运营安全。     

软弱结构面岩体剪切蠕变试验研究

铁路隧道建设不可避免会遇到断层、破碎带、泥化夹层、节理和裂隙等软弱结构面.软弱结构面的蠕变力学特性直接关系到隧道工程的长期稳定性.采集无扰动的天然软弱结构面立方体试样,开展不同正应力条件下的室内蠕变力学试验,以探究天然软弱结构面岩体的剪切蠕变特性,并讨论软弱结构面的长期强度的确定方法.研究结果表明:剪切蠕变过程分为瞬时阶段,瞬态蠕变阶段,稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段;瞬时变形和蠕变变形受正应力和剪切应力的影响;稳态蠕变速率与剪应力的关系可采用指数函数或幂函数表示.软弱结构面长期强度与稳定应变率有关的确定方法操作简单,具有一定的参考意义和价值;与人工预制水泥砂浆材料的结构面岩体相比,天然软弱结构面的剪切蠕变机理更复杂,在低正应力作用下,填充的土石混合物会显著影响剪切蠕变变形.     

正断层错动下乌鲁木齐地铁1号线隧道结构受迫影响研究

以乌鲁木齐地铁隧道穿越九家湾活动正断层工程为例,建立穿越活动正断层隧道结构的三维弹塑性有限元模型,模拟分析在正断层错动作用下隧道二次衬砌应力、塑性区分布规律及裂缝分布特征;通过大比例尺跨活动正断层隧道剪切错动室内模型试验,明确隧道结构在断层剪切错动下的破坏范围及破坏形态。结果表明:数值模拟结果与模型试验结果的规律一致性较好;断层面处隧道衬砌承受压—剪—扭的组合作用,衬砌破坏最严重;二次衬砌开裂主要以纵向裂缝为主,集中在仰拱内侧、墙脚外侧及拱顶内侧;剪裂缝集中在断层迹线处的隧道拱脚,环向裂缝多出现在拱腰位置;上盘二次衬砌开裂范围均大于下盘;设防时应加强环向主筋及箍筋,使隧道整体结构形成环—纵向骨架,从而减少纵向和斜向开裂,并防止纵向裂缝的贯穿。     

双洞单圆盾构隧道与横通道结合修建地铁车站施工过程的结构力学分析

为避免车站和区间盾构隧道施工在时空中产生矛盾,充分发挥盾构机的使用效率,达到盾构机掘进经济里程,采用双洞单圆盾构平行掘进过站,先行贯通全线大部分区间隧道,继而在盾构隧道基础上通过横通道扩挖构筑地铁车站。FLAC3D仿真结果表明:施工过程中地层位移和管片应力与应变合理,工程风险可控,可达到缩短工期,节约建设成本的目的。