高地温环境下隧道初期支护力学性能研究

以川藏铁路桑珠岭超高地温隧道为研究对象,采用现场实测和热-力耦合数值模拟手段,对超高地温环境下初期支护的力学特性展开研究。结果表明:隧道开挖后,初期支护混凝土应力在10 d内变化较快,18 d后基本稳定;初期支护轴力和弯矩随温度的升高而成增大趋势;随着围岩初始温度的升高,初期支护最大压应力、拉应力与无温度场时的比值逐渐增大,扩大倍数可表示为围岩初始温度的二次函数;当围岩初始温度大于50℃时,初期支护存在破坏趋势;随着围岩温度的升高,初期支护最大压应力的分布范围由边墙扩大到边墙和拱腰,最大拉应力由墙脚扩大到墙脚、拱肩和仰拱。研究结论对高地温隧道初期支护的施工有一定的指导价值。     

近水平砂岩隧道初期支护变形破坏分析及控制技术

针对蒙华铁路段家坪近水平砂岩隧道高地应力条件下初期支护变形破坏的问题,应用地应力测试技术获得隧道围岩初始地应力分布规律,对初期支护变形破坏特征进行分析,提出了高应力水平地层支护设计对策,并应用于工程实践。研究结果表明:隧道区段处于以水平构造应力为主的高地应力状态且最大水平主应力方向不利于隧道的稳定;应力释放导致隧道原有初期支护开裂变形,混凝土破坏为压剪破坏,格栅钢架主筋破坏为受压失稳;采取增强支护参数、增设缓冲层、加装阻尼器等技术措施成功解决了高地应力水平岩层隧道初期支护变形破坏问题。     

兰渝铁路两水隧道双层支护试验研究

针对兰渝线两水隧道穿越炭质软岩、设计施工难度大、初支变形不满足稳定性条件、衬砌较早施作而引起开裂等问题,开展双层支护研究工作。通过现场试验对试验段初期支护围岩变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力和混凝土应力等监测。得到初期支护隧道围岩与结构的力学及变形特性,分析其随时间的变化特点和沿隧道横断面的空间分布规律。研究结果表明：围岩压力、钢架应力和喷混凝土应力随开挖进程存在急剧变化阶段,易受施工扰动影响,敏感性随时间逐渐降低,结构应力沿隧道横断面的空间分布呈现“上下大,两侧小”的分布规律。研究结果对建立科学合理的软弱围岩隧道支护结构设计方法具有一定的指导意义。     

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。     

对玖山隧道初期支护技术研究

结合太中银铁路对玖山隧道的设计和地质情况,对Ⅲ级围岩不同的初期支护方法进行了三维数值模拟,分析了围岩与初期支护结构的应力及位移,并辅以监控量测,确定了适当的初期支护方法.     

控制观音堂隧道沉降和地表沉降施工技术

郑西高速铁路观音堂隧道下穿连（云港）霍（尔果斯）高速公路。从隧道开挖破坏原有应力平衡状态、浅埋软弱破碎围岩无法形成平衡拱、初期支护不密实等方面对隧道和地表沉降进行分析,提出设置双层超前大管棚、加密超前小导管、喷射混凝土封闭开挖面、增设双层支护、增大拱架受力面积、采用湿喷混凝土、增设锁脚锚管及设置钢架拱脚槽钢、初期支护快速封闭、高速公路交通渠化等措施,控制隧道和地表沉降。     

隧道初期支护钢拱架的应力分布规律研究

隧道开挖时,由于地质条件的不确定性和复杂性,导致支护结构受力状态发生变化,因此掌握支护结构应力分布规律对于隧道工程安全施工具有十分重大的意义。以下穿渝湘高速公路的凤咀江铁路隧道为背景,利用数值模拟和实际监测研究不同围岩和不同拱架间距下隧道初期支护钢拱架的应力分布规律,研究表明:(1)Ⅴ级偏差围岩最大拱架间距取0.8m,Ⅴ级偏好围岩最大拱架间距可增大至1.0m;(2)从应力分布角度看,钢拱架内外侧应力大部分为拉应力,且钢拱架最大拉应力出现在拱脚处,最大压应力在拱顶处;(3)当围岩质量状况变差时,钢拱架应力和应力梯度会迅速增大,钢拱架受力不均匀性也会显著增加;(4)在Ⅴ级偏差围岩条件下,当增大拱架间距时,钢拱架应力会迅速增加,因此要严格控制好拱架间距。     

关角隧道板岩大变形机制分析及防治措施

青藏铁路西宁至格尔木段增建第二线关角隧道埋深大,穿越高地应力区及软弱围岩区,所通过区域断裂构造极为发育.板岩段岩体软弱破碎,施工中发生了不同程度的大变形,变形量大、变形速率快、持续时间长、变形破坏不均匀.从围岩岩性、构造应力、地下水条件等分析,关角隧道板岩段大变形主要为围岩塑性流动变形,在有地下水出露区段表现为膨胀变形.对变形段采取封闭工作面、径向注浆、横撑加固、拆换处理等措施,对未开挖段采取加强初期支护、采用双层支护、优化初期支护曲率等措施,确保了隧道安全顺利贯通.     

隧道穿越红黏土接触带初期支护优化研究

研究目的:不同岩性接触带地质条件复杂,围岩软硬不均,隧道变形与常规地层隧道有所不同。本文以贾塬隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带地段为依托,建立相应数值模拟分析模型,对初支厚度、拱架间距、锚杆长度和间距在控制围岩变形和初支应力方面的效果进行分析。研究结论:(1)隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,开挖扰动引起的洞周变形占总变形量较大;(2)初期支护厚度和钢拱架间距两个参数对隧道变形和初支应力控制效果明显;(3)边墙锚杆的长度和间距对隧道变形影响不明显;(4)该成果可为隧道穿越不同岩性接触带时的支护参数优化提供参考。     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征研究

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道围岩压力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,本文以西安地铁二号线为研究对象,选取2组不同围岩条件的测试断面,开展现场测试工作。对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行研究。结果表明:隧道墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这二者承受大部分垂直压力;初期支护所受围岩压力随着土体强度降低而增大,且分布形式更趋于静水压力作用特点;二次衬砌作为主要支护结构承担大部分荷载,初期支护与二次衬砌接触压力随围岩土体强度降低而显著增大,二次衬砌在支护体系中作用也随土体强度降低而凸显;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

隧道穿越第三系粉质黏土支护结构受力研究

研究目的:第三系粉质黏土在不同含水量状态下的力学特性发生较大的变化,如何有效地运用数值模拟、现场监控量测相结合的方法,使得工程中采取合适的措施、合理的支护时机来确保顺利通过该类地层是本文研究的主要目的。研究结论:(1)通过数值模拟分析,隧道开挖后围岩应力发生重分布,渗水导致土体强度大大降低,变形加大,初期支护能有效地控制围岩的变形,因此在隧道施工中应合理安排工序,及时地施作初期支护;(2)通过试验分析,随着围岩含水量的增加,围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角都逐渐变小,支护结构变形增大,因此应根据不同的含水量采取相应的支护措施,并及时封闭掌子面以保证施工安全;(3)施工中应根据监控量测数据进行动态设计,合理确定衬砌施作时机,总体上20 d后围岩受力及变形趋于稳定,施作二次衬砌较为适宜;(4)该研究成果可为隧道穿越同类地层的工程设计与实践提供借鉴和参考。     

基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究

研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设计并具有明确安全系数的荷载结构法。研究结论:(1)本文所建立的初期支护荷载结构模型,可以得出初期支护的具体安全系数;(2)在锚杆长度满足模型三所需安全系数的前提下,喷锚组合支护的安全系数由喷层和锚杆各自的安全系数相加而成;(3)初期支护的最小安全系数取值需要根据计算模型的计算精度、初期支护的设计作用以及隧道工程的特点等因素综合确定,建议初期支护作为承载主体时为1.8～2.1,作为临时支护时为1.3～1.5;(4)现行时速350 km高速铁路双线隧道深埋Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数的安全性计算结果表明,当初期支护作为承载主体时,Ⅲ级围岩支护参数具有一定的优化余地,Ⅳ级围岩支护参数能适应400 m以内埋深;当初期支护仅作为临时承载结构时,Ⅳ级围岩支护参数能适应1 000 m以内埋深;(5)隧道埋深对围岩压力影响较大,建议按照不同埋深进行初期支护设计,以提高经济性;(6)本研究结果可为隧道初期支护设计提供思路和方法。     

超大跨度隧道衬砌结构受力特征分析

为研究超大跨度隧道衬砌结构受力特征,以厦门某双洞八车道隧道为依托,建立三维数值分析模型,并结合现场实测数据,研究衬砌结构受力特征以及二次衬砌荷载分担比。结果表明：(1)围岩压力作用在初期支护上的应力小于围岩初始地应力,围岩自稳能力承受了部分围岩荷载;拆除临时隔墙在二次衬砌自重作用下,初期支护内力发生重新分布。(2)初期支护分担了约90%的围岩荷载,仰拱脚部位置的分担比率在85.7%～94%之间。(3)对于地质条件较好的地层,可以对二次衬砌支护强度进行优化设计,以节约工程成本。     

各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析

在高地应力条件下具有层理构造的软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的蠕变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。本文采用有限元方法分析了兰渝铁路木寨岭隧道深埋软岩段双层和三层衬砌支护的效果。结果表明:在初期支护和二次衬砌之间增设轻质混凝土缓冲层有利于隧道围岩应力和变形的调整,可有效降低支护结构受力,从而充分发挥二层衬砌与锚杆的长期支护作用,更适用于高地应力条件下长期流变特征明显的软岩段隧道支护。     

黄河高阶地复杂地质条件大断面隧道施工监控量测与分析

兰新第二双线兰州枢纽引入工程孔家营和东坪村等隧道穿越黄河Ⅲ级阶地,地质条件较为复杂,涉及黄土隧道、圆砾土隧道、泥岩夹砂岩隧道、二元(三元)地层组合隧道。结合阶地地质条件的特点,选择孔家营隧道不同软岩地层断面对施工进行全面、系统监控量测,以对比分析不同地质条件围岩在开挖过程中的结构和应力状态的变化和支护结构的稳定状态。评价和修改隧道的初期支护参数,进行力学分析以及为二次衬砌施作时间提供信息依据,同时深化工法的适用性,并对其进行优化,提出适用于该类地质条件隧道施工的工法参数。     

京沪高铁西渴马隧道初期支护受力特征分析

结合京沪高铁西渴马隧道工程,建立三维数值计算模型,根据相关勘察设计资料选取隧道围岩、注浆锚杆和初期支护力学参数。从隧道围岩最大主应力、最小主应力和塑性区等方面分析围岩的受力特征;从喷射混凝土受力和锚杆受力方面分析隧道支护结构应力特征。通过对现场典型断面实测,计算得到支护结构弯矩最大值处的最大压应力2.41 MPa,表明现行支护参数满足安全性要求。     

兰渝铁路木寨岭隧道长期变形监测研究

针对高地应力软岩隧道初期支护变形破坏、钢架扭曲、侵限拆换等问题,基于兰渝铁路木寨岭隧道工程,试验研究了炭质板岩的流变性质.采用人工监测和自动化监测的综合手段对木寨岭隧道支护应力进行了长期监测,提出可将监测应力分为四个等级,当监测应力在支护极限强度的2/3以下时,围岩应力可控.根据监测结果,木寨岭隧道岭脊段软岩的流变效应...     

复合式衬砌隧道的总安全系数设计方法探讨

研究目的:铁路、公路等交通隧道常采用复合式衬砌,其中初期支护一般采用地层-结构法或工程类比法进行设计,二次衬砌采用荷载-结构法进行设计,由于二者采用的分析方法不同,难以统一评价整体结构的安全性。现有隧道设计规范仅提出了二次衬砌的安全系数要求,但复合式衬砌并非单一结构,有必要研究初期支护和二次衬砌的总安全系数。同时为建立总安全系数设计法,有必要研究初期支护的荷载-结构模型。研究结论:(1)对于采用喷锚支护的复合式衬砌隧道结构,围岩压力随埋深的增加而增加,隧道支护参数应根据埋深进行相应调整;(2)采用荷载-结构模型可以建立复合式衬砌初期支护和二次衬砌的统一设计方法;(3)复合式衬砌隧道的总安全系数应包含初期支护和二次衬砌各自的贡献,当二次衬砌为钢筋混凝土时,总安全系数建议不低于3.0,否则不低于3.6;(4)不同设计方法所建议的初期支护和二次衬砌的安全系数分配可按表2采用;(5)采用本文设计方法对现有高速铁路隧道结构安全性进行再分析,结果表明,在埋深为300 m左右时,Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数有进一步优化的空间;(6)本研究结果可为复合式衬砌隧道结构设计提供思路和方法。     

高应力软弱围岩的支护方式的分析及其应用

明垭子隧道是十堰至天水高速公路的控制性工程之一,在隧道穿越高地应力软弱围岩时,初期支护结构发生了严重变形。通过现场监控量测的方法对明垭子隧道采用的套拱法和双拱法两种支护形式的变形情况进行了分析,结果表明穿越高地应力软弱围岩地层采用双拱支护结构形式可有效地控制隧道的变形,为类似工程提供借鉴。