应用三维激光扫描技术判定围岩稳定性试验研究

为验证采用隧道断面面积变形率判定围岩稳定性方法的工程可行性,依托某在建隧道工程进行三维激光扫描和常规监控量测的现场测试,获取监测断面的面积变形和特征点收敛数据,并对数据进行分析。研究结果表明:三维激光扫描的隧道断面变化率趋势能较好地反映隧道围岩稳定性状态;对比两种方法所得到的监测断面特征点部位的收敛曲线,可知其趋势一致、数量级接近。研究结果验证了三维激光扫描用于隧道监控量测及围岩稳定性判识的可行性,并且三维激光扫描所得到的隧道断面变化趋势信息更为丰富。     

单边扩帮特大跨公路隧道开挖稳定性分析

通过现场试验、理论分析及数值模拟计算,对深圳横龙山北隧道右线喇叭口扩帮段的围岩力学参数和动态施工力学进行研究,对扩挖修帮段进行深部位移监测得到反挖修帮造成的拱顶下沉和洞周水平收敛的实测数据,并基于神经网络BP模型反演隧道围岩力学参数.采用有限元软件对横龙山北隧道右线喇叭口扩帮段建立三维有限元模型,分析隧道各开挖阶段对地表沉降的影响以及研究隧道各开挖阶段对隧道拱顶、拱脚和竖墙脚各点应力的影响.     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

软弱围岩隧道CRD法施工围岩稳定性评价指标研究

通过对新建铁路巴准线上十几座软弱围岩隧道CRD法施工过程中的现场监控量测,获取隧道围岩拱顶沉降和周边收敛数据,运用Matlab对监测数据进行统计分析,发现隧道施工过程中围岩变形特性,得到围岩变形稳定时拱顶沉降值和周边收敛值,以此确定软弱围岩隧道CRD法施工阶段围岩稳定性评价指标,可为同类隧道施工围岩稳定性评价提供参考。     

黄土隧道拱顶沉降高分辨率数据分析

选取黄土隧道初期支护完成后一段时间,通过远程采集拱顶动态下沉数据和环境温度变化数据,对隧道沉降数据予以分析表明:拱顶沉降总趋势符合同类围岩隧道拱顶沉降特征,收敛变形趋于稳定。该类隧道沉降基本稳定后,微小的变形数据显示出和温度存在一定的相关性:一方面,由于静力水准仪液面受温度的影响所致;另一方面,隧道围岩受温度的影响,也产生极微小的变形,但均与热胀冷缩的物理过程有关。     

蒙华铁路黄土隧道围岩分级研究

隧道围岩分级是选择支护形式和施工方法的重要依据,科学、准确的围岩分级是控制变形、节约成本、指导施工的重要基础。由于黄土的特殊性,黄土隧道与一般岩体的隧道不同,因此用于围岩分级的指标也大不相同。本文选取含水率、黏聚力、内摩擦角、弹性模量和泊松比5个分类指标,对现场测量的数据进行整理简化,得出Ⅳ_a、Ⅳ_b、Ⅴ_a、Ⅴ_b、Ⅵ五个分类等级对蒙华铁路蒙陕段黄土隧道的各测设段进行围岩稳定性划分,结果显示,五个围岩划分等级与实际设计围岩等级基本一致,可以用于黄土隧道围岩分级。     

层厚比对互层地层隧道围岩稳定性的影响探究

研究目的:互层围岩开挖易出现台阶溜垮、涌水涌砂等现象,为安全施工,本文以蒙华铁路阳城隧道第四系土砂互层地层隧道围岩为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,探究层厚比对围岩稳定性的影响规律。研究结论:(1)土砂互层地层隧道围岩,黏聚力和内摩擦角随层厚比变化趋势相反;(2)两层土砂互层地层围岩随着土层所占比例的增加,隧道拱顶沉降呈现先减小后增大的规律,两层、三层土砂互层地层围岩土砂比为1∶1或1∶1∶1均匀分布时,拱顶沉降和周边收敛最小,初期支护结构主应力差最小,围岩稳定性最好;(3)不同层厚比土砂互层地层隧道,拱脚水平位移比拱肩水平位移更大,波动范围更广,隧道施工中应尤其加强对拱脚位置处的支护;(4)本研究结果可为土砂互层地层隧道围岩稳定性的进一步研究提供参考,为互层地层隧道的设计和施工提供借鉴。     

等代层法在隧道开挖计算分析中的应用

针对释放系数法在平面应变有限元中模拟隧道开挖过程的不足,提出了等代层法。与应力释放法相似,等代层法可以通过调整等代层弹性模量来模拟隧道开挖过程中围岩应力释放情况。结合重庆凤咀江隧道开挖断面的实测拱顶沉降对三维有限元模型中等代层弹性模量进行反演,根据反演参数对隧道开挖过程进行正分析,分析结果与实测结果具有较高的吻合度,证明了这种方法的可行性。     

沪昆客专姚家隧道施工监测中拱顶下沉量的时间序列分析及预测

沪昆客运专线姚家隧道采用新奥法施工,施工位移监测对于评价围岩稳定性和支护结构合理性起着重要作用,但监测数据具有离散性,测量误差具有随机性.将隧道拱顶下沉数据序列视为随机过程,应用时间序列分析方法,建立自回归模型,对姚家隧道拱顶下沉监测数据进行拟合分析,利用 Matlab 软件中有关时间序列函数编制计算程序,运用有理函数判断围岩的稳定性.应用所建立的模型对拱顶下沉量进行10 d的预报,预测数据与实测数据符合较好.通过对观测沉降数据序列动态建模,并依据预测数据和围岩支护变形管理规定动态指导隧道施工和防护,有利于提高隧道施工安全.     

第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究

研究目的:富水条件下砂岩地层隧道开挖极易产生大变形。本文以蒙华铁路阳城隧道第四系富水红砂岩地层围岩大变形段为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,对围岩变形特征进行研究,从而提出围岩大变形的整治措施。研究结论:(1)对地层围岩认识有限、支护与降水措施不到位,导致围岩背后脱空溜砂,是产生大变形的主要原因;(2)工法变更辅以加密降水能有效控制围岩变形,拱顶沉降、水平收敛降低60%～65%,掌子面挤出降低50%;(3)现场试验监测结果显示,大变形整治措施、工法变更辅以加密降水行之有效,围岩变形量皆在规范允许范围内,后续施工段拱顶沉降监测值与数值模拟值相差18%,拟合较好,数值模拟有一定可靠度;(4)本文提出的围岩大变形相关整治措施,可为类似地层隧道围岩大变形整治、控制围岩变形及隧道安全施工提供借鉴。     

深埋大断面隧道土石复合地层塌方机制及处置措施评价

针对黄陵—韩城—侯马铁路如意隧道施工通过土石复合地层时隧道围岩塌方事故,分析塌方的影响因素及机制,提出"管棚+小导管注浆"加固围岩以及增大初期支护和二衬的施工参数等处置措施;通过现场监测和三维数值模拟方法评价处置措施的效果。结果表明:复杂地层、围岩软弱、地下水是引发塌方的主要因素;由于土石复合地层和地下水的影响,使隧道拱部产生了较大的附加荷载,导致拱顶岩体鼓起破坏,进一步发展为掌子面拱部大范围的失稳破坏;对塌方地段隧道处置后,实测的拱顶沉降和水平收敛位移分别为26和30mm,拱顶初期支护与围岩之间的压力为128kPa,数值模拟的拱顶沉降从662mm下降到47mm,洞周的塑性区减小到原设计方案的63%,表明采用该处置措施有效地控制了围岩的压力和变形,降低了施工风险;在隧道施工中应注重掌子面的超前加固。     

地铁咽喉区小间距隧道施工围岩分析

深圳地铁8号线望基湖停车场咽喉区段,与之相连的有出场线和入场线2条单洞单线隧道,2条隧道以2.59 m的小间距并行施工,具有较大的施工难度和风险。通过建立三维数值模型,模拟现场施工作业,并将计算结果与现场监测结果进行对比,分析围岩的变形情况。研究结果表明:从位移方面看,拱顶沉降和水平收敛与监测结果相比相差不大,小间距隧道中间岩柱稳定性较好。小间距隧道围岩变形值都处于正常范围内,施工现场安全性较高,现场施工作业继续按目前的施工工序进行,便可在规范要求下完成施工。围岩变形的控制,在于合适的隧道开挖方式以及开挖后较强的早期支护和必要的辅助支护措施。     

某重载铁路隧道地应力测试与反演分析

浩吉铁路如意隧道在施工期间部分段落出现拱顶开裂,初支混凝土剥落、掉块等破坏现象,初步认为与隧道所处地应力环境关系密切.为了准确掌握如意隧道围岩的初始应力状态和工程区地应力分布特征,在隧道内进行水压致裂地应力测试的基础上,采用有限单元法开展隧道三维地应力场回归反演分析.研究结果表明:(1)回归反演计算值与实测值之间的相对...     

隧道围岩变形的时空特性研究

隧道围岩变形时空特性是支护结构动态设计的基础依据,针对速度350 km/h高速铁路客运专线双线隧道,采用数值模拟方法研究隧道围岩变形的空间分布特点和演化规律,提出反映围岩变形时空效应的拱顶纵向变形曲线拟合公式。在自重应力场下,隧道拱底位移值最大,施工中应尽早施作仰拱结构;道床底面以上拱顶位置位移最大,与坍塌、冒顶事故密切相关,应作为工程现场监测的重点。掌子面对前方未开挖围岩约束效应显著,围岩变形空间分布较为均匀,非圆效应对掌子面后方围岩变形影响显著,各阶段围岩变形随时间的演化规律具有明显的自相似特征。通过拟合分析提出高速铁路隧道拱顶纵向变形曲线的计算公式,基于任意3种新工况与Vlachopoulos公式进行对比分析,证明了新提出的计算公式应用效果良好。     

三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用

对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用进行了初步研究。实验使用Leica Scan Station P40三维激光扫描仪对常州地铁1号线隧道进行扫描,将处理后的点云数据通过徕卡隧道形变监测系统进行隧道断面净空计算。将利用三维激光扫描技术得到的隧道断面成果与利用传统全站仪测量得到的隧道断面成果进行对比,讨论并分析三维激光扫描技术在隧道形变监测中的技术优势和存在的问题,对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用具有指导意义。     

超小净距大断面隧道原位扩挖CD工法应力变形特性研究

如何确保隧道原位扩挖安全是隧道施工中面临的新课题。结合大帽山隧道的工程实践,通过围岩内部周边收敛、拱顶沉降、初衬与二衬间应力、钢支撑应力、围岩压应力的现场监控量测工作,研究复杂地质条件下原位扩挖CD工法施工形成大断面小净距隧道时围岩及支护的应力变形特性;阐明CD工法开挖时围岩内部周边收敛的变化趋势、特点及位移场,相邻导洞施工时的相互影响,围岩与支护间的相互调整变形机制。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工、监测和进一步的研究提供参考和借鉴。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。     

亚黏土地层隧道台阶七步开挖施工现场测试研究

湖南省衡炎高速公路云阳山隧道进口段为亚黏土地层,由于该地层含水量高、可塑性强、自稳能力差,承载力低,给隧道施工造成困难。根据云阳山隧道亚黏土地层台阶七步开挖法实际施工情况,选取典型断面,进行了拱顶位移、钢支撑受力的量测,研究台阶七步开挖法各施工步骤对隧道围岩和支护结构稳定性的影响,同时进行了地表沉降和位移的监测,特别是对沿隧道纵向地表沉降进行了监测,获得了亚黏土地层条件下采用台阶七步开挖法施工围岩变形以及结构受力的特征,对于台阶七步开挖法的推广应用具有参考作用。