高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层，具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程，对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先，采用原位试验、现场勘察和室内试验方法，对其地质条件及破坏成因进行分析；然后，利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索（NPR锚索）材料，设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系；最后，使用该控制体系在现场进行工业性试验，通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测，分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明： 采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系，能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题，最大变形量从2 936 mm控制到240 mm以内，消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患，控制效果显著。     

监测技术在堡镇隧道极高地应力段施工的应用

根据现场监控量测结果和对围岩压力、初支应力、结构内力的测试数据,分析了堡镇隧道极高地应力段软岩大变形的规律,及时调整相应施工参数,确保了施工安全。     

悬索桥隧道锚碇与临近构筑物相互影响分析

在综合分析运用工程地质勘察资料的基础上,建立普立特大桥隧道锚碇主塔系统及山体稳定分析的工程地质概化模型。采用三维有限差分法模拟隧道锚碇、索塔基础、上方公路隧道及周围山体,对天然岩体、岩体开挖及施加设计荷载后等各阶段岩体的变形、应力释放及应力重分布、卸荷松弛区的范围、塑性区分布特点进行计算分析,并评价各构筑物围岩各阶段的变形稳定特征、相互影响情况及可能出现的变形破坏模式。     

超前导洞在高地应力小间距隧道开挖施工中作用效果分析

根据兰渝铁路新城子隧道小间距段在开挖过程中出现严重大变形的工程实例,通过对小间距段左、右线在不同开挖方法下的现场监控量测数据及该段结构受力测试数据进行研究,并结合数值模拟计算结果分析,提出高地应力小间距隧道合理的施工方法。研究结果表明:针对高地应力区小间距隧道的开挖,采用应力释放洞法较台阶法能更有效地控制围岩变形,且支护结构所受到的围岩压力及内力均较后者小很多。     

岩层产状与隧道开挖变形机理研究

地质构造对隧道施工影响很大,隧道穿越不同的地质构造单元时,开挖后的隧道围岩受地应力的影响出现变形,影响隧道的稳定性。文章对普氏理论分析隧道开挖时岩体压力拱(平衡拱)影响因素进行分析,对隧道穿越不同产状岩体的变形机理进行讨论,综合分析隧道围岩的地质情况,提出预测和预报重点,从而有针对性的对隧道进行预加固,提高隧道的稳定性。     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象,通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段,分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态,同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因,得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素,局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下,若隧道洞身围岩竖向节理发育,开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下,宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究

深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害，但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程，并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对大变形灾变机制的影响。结果表明：(1)高应力软岩隧道大变形灾变力学机理为隧道开挖卸荷导致围岩产生破裂块体的碎胀性变形；(2)围岩大变形过程中的裂隙扩展过程、应力场和位移场结果表明，在静水压力状态下，围岩主要产生共轭剪切破坏，破裂的块体沿着主剪切带发生滑移并伴随着剪胀现象和翻转运动，使得块体间产生大量空隙，这些碎裂块体向隧道空间移动造成了隧道断面的急剧缩小，以致发生米级剧烈大变形灾害；(3)随着地应力量值的增加，围岩破裂程度和隧道表面最大位移迅速增大，后者呈现明显的非线性特征，而损伤破裂区半径增长较为平缓，当垂直地应力高达约58 MPa时，剧烈位移区内的岩体难以形成主剪切裂隙带，极为破碎的岩块呈整体向隧道内挤压态势，并产生大量空隙，造成隧道断面面积的急剧缩小；(4)在静水压力状态下，正方形隧道只对裂隙起裂、剧烈位移区形状和该区域内岩体位移模式产生影响，而在剧烈位移区范...     

武当群片岩隧道围岩变形破坏机理研究

围岩的变形破坏一直是隧道研究的热点问题,弄清围岩的变形破坏机理是解决该类问题的关键。依托在建的通省隧道,在调查隧道区工程地质条件及典型围岩变形破坏特征的基础上,分析围岩的变形破坏模式,探讨围岩的变形破坏机理。研究结果表明,围岩变形破坏归纳为对称模式、非对称模式两种。对称模式下,围岩应力、位移、塑性区呈关于水平面对称的分布形式;非对称模式下,洞周环向应力的量值会增大约15%,应力、位移、塑性区的分布将会发生偏转。围岩变形破坏机理总结为,不同的片理倾角导致了不同的洞周环向应力的量值和分布,而洞周环向应力分布又与片理呈现出一定的交切关系,形成了两种变形破坏模式。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。     

深埋隧道层状岩体破坏过程特征模型试验

针对深埋隧道层状岩体围岩变形破坏的复杂性,以渝沙高速公路共和隧道工程为背景,采用自行研制的弹脆性相似材料构筑层状岩体隧道物理模型,利用应变监测技术和内窥摄影技术,研究了层状岩体在不同荷载作用下围岩应力分布及变形破坏过程特征。结果表明：深部层状岩体受层理结构面的影响,围岩具有明显偏压特征;在沿层理面方向主要受到与其一致的应力挤压从而产生剪切破坏,垂直于层理方向的破坏呈X型裂纹且沿洞壁深部发展;掉落块体呈楔型体,隧道围岩破坏范围呈明显的不均现象;模型试验结果与现场测试结果基本一致,为理论分析深部层状岩体破坏机理提供了可靠的试验结果。     

极高地应力软岩隧道围岩变形时空效应分析

为探明隧道开挖时围岩变形时空效应特征，采用室内模型试验、理论分析和现场监测等方法，分析了宁缠极高地应力软岩隧道在不同开挖法下围岩的时空变形规律和时空特征曲线类型，研究了距隧道洞壁不同范围内的围岩径向变形规律。研究表明：极高地应力软岩隧道围岩变形的时空特征曲线可分为“抛物线”型和“台阶”型；“抛物线”型曲线包括急速增长和缓慢增长2个变形阶段，变形规律符合二次函数关系；“台阶”型曲线包括急速增长、缓慢增长、快速增长和基本稳定4个变形阶段，变形规律符合指数函数关系；隧道开挖引起围岩径向变形的范围大致是距洞壁0～2.5 D,距离洞壁不同范围内的围岩径向变形规律符合指数函数关系。研究结果对确定极高地应力软岩隧道的施工工序和最佳支护时机具有重要价值。     

郑万高铁向家湾隧道地应力分布特征研究

探明郑州-万州高铁向家湾隧道隧址区地应力分布特征,基于区域工程地质条件和临近沪蓉高速峡口隧道实测地应力值,综合应用Rhino 6、COMSOL等数值模拟软件对向家湾隧道隧址区地应力进行数值反算。结果表明,①向家湾隧道为高地应力区,局部段有极高地应力;②最大水平主应力与隧道轴线呈小角度相交,利于围岩稳定;③隧道轴向应力呈"中间大,两头小"的分布规律,主要受上覆岩层自重应力所制约,应力最大值集中于D2K583+560-D2K583+710里程段。     

重庆轨道交通某区间隧道与施工通道交叉段施工力学研究

为确保区间隧道与施工通道交叉段施工的安全和质量,研究了交叉段的围岩应力状态及变形机制,依托重庆轨道交通某区间隧道与施工通道形成的交叉断面特征,建立了三维有限元数值模型,分析了交叉段围岩位移、应力特征及塑性区特征,并结合现场监控量测资料,研究交叉段围岩应力分布和位移变化趋势。结果显示,在隧道交叉部位拱脚出现应力集中,拱顶处竖向位移出现突变,施工时需加强对这2个部位的支护和监控量测;隧道开挖会在左、右侧墙拱脚及左、右隧道之间的小净距区域形成塑性区,施工时需加强支护。研究成果可为隧道交叉段的设计、施工提供科学依据,对同类工程具有一定的参考价值。     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。     

通省特长隧道软岩大变形机理及处治措施

在现场调研及隧道监控量测的基础上,研究了十房高速公路通省隧道施工中出现的大变形问题,通过分析该隧道大变形破坏的特点,从围岩岩性条件、工程结构受力和施工因素等方面对该隧道的大变形机制进行了研究,结果表明通省隧道发生大变形的主导因素是隧道所处的地质环境和软弱围岩,而前期施工措施不当是产生大变形的诱因.结合研究成果提出针对大变形段的治理措施,监控量测结果表明该治理措施取得较好的效果.     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

向家湾隧道软弱围岩段全断面工法适用性研究

以郑万高铁向家湾隧道IV级围岩段为研究对象,在隧址区工程地质条件野外调查、隧道施工过程中围岩地质信息编录和岩体力学测试的基础上,采用UDEC离散元软件分析全断面开挖工况下围岩的应力分布、变形和破坏特征。结果表明,向家湾隧道试验段采用全断面开挖会造成拱顶渐进式破坏,进而塌落形成水平拱。在仅对围岩作超前小导管注浆处理的情况下,全断面开挖工法不适用于IV级和V级软岩隧道施工。     

新近系砂砾岩隧道围岩注浆加固技术研究

以两徽高速柳林2#隧道为背景,对围岩进行注浆加固分析,该隧道洞身为砂砾岩呈褐红色,泥质弱胶结,围岩稳定性差,开挖易变形坍塌,鉴于现场工程实际情况,根据经验推算及理论推导,围岩加固采用2种注浆方式,包括隧道径向全断面注浆和掌子面拱顶小导管超前预注浆,经掌子面观测、地质雷达图像、监控量测数据综合分析结果表明,围岩注浆后在衬砌背后及拱顶形成一定厚度的稳定保护圈,从而提高了围岩自承能力,避免了衬砌因围岩压力过大而发生变形破坏,为类似工程施工提供借鉴。     

新近系砂砾岩隧道围岩注浆加固技术研究

以两徽高速柳林2#隧道为背景,对围岩进行注浆加固分析,该隧道洞身为砂砾岩呈褐红色,泥质弱胶结,围岩稳定性差,开挖易变形坍塌,鉴于现场工程实际情况,根据经验推算及理论推导,围岩加固采用两种注浆方式,包括隧道径向全断面注浆和掌子面拱顶小导管超前预注浆,经掌子面观测、地质雷达图像、监控量测数据综合分析结果表明,围岩注浆后在衬砌背后及拱顶形成一定厚度的稳定保护圈,从而提高了围岩自承能力,避免了衬砌因围岩压力过大而发生变形破坏,为类似工程施工提供借鉴。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道节理围岩稳定性研究

结合重庆东水门长江大桥和千厮门嘉陵江大桥渝中区连接隧道小净距段施工,采用Hoek-Brown 强度准则估算出节理岩体的力学参数,建立基于Hoek-Brown 强度准则的有限元分析模型,对隧道施工过程中节理围岩的位移、应力和塑形区特征进行研究,获得隧道施工过程中围岩位移变形较大点以及应力集中区域,并提出监控量测和加强支护的范围。