系统锚杆在隧道支护体系中作用研究分析

根据实际工程试验,监测隧道IV、V级围岩条件下现场在有、无系统锚杆工况下隧道围岩变形情况,从而得出隧道支护体系中锚杆作用在Ⅴ~Ⅳ级围岩中有系统锚杆的反而隧道变形要大于无系统锚杆的隧道变形;且在软弱围岩地段,不宜设置大量的系统锚杆,而只需利用单根锚杆的抗拔力或在钢支撑的拼装连接点处施加钢花管以适当稳定初期支护,这样既保证了隧道初期支护结构安全,也减少了施工工序,使得隧道支护断面得以及早封闭,从而能更好地控制支护变形的结论以供参考。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

喷锚支护洞室受力特征研究

为研究喷锚支护作用机理及其对围岩的加固效果,采用模型试验和数值计算方法,分别对洞室围岩介质应变、洞壁位移、锚杆应变和纵向应力进行了量测和模拟,研究了喷锚支护在均质围岩中的受力特点和变形特征,分析了支护参数选择对加固效果的影响以及单独喷锚支护和喷锚联合支护在围岩加固效果上的区别.采用有限差分软件得出的结果与试验数据的吻合性较好,进一步证实了模型参数和建模的有效性和正确性.并根据试验结果,提出了较合理的锚杆参数选择及布置的建议.     

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

施工通道门型转换法进入地铁车站施工力学研究

以重庆市轨道交通10号线红土地车站为依托,采用有限元数值模拟和监控量测相结合的方法,分析门型转换爬坡法施工对施工通道和地铁车站交叉段围岩及支护结构稳定性的影响。分析结果表明:门型转换法的施工对转换段隧道围岩的位移和应力有较大影响;交叉段围岩竖向位移为8.3~10.7 mm;围岩最大主应力为7.92 MPa(压应力),最小主应力为0.64 MPa(拉应力);支护结构最大主应力为21.40 MPa(压应力),最小主应力为6.30 MPa(拉应力),最小主应力超过混凝土的抗拉强度,在施工过程中应该给予足够的重视。     

层状软岩隧道开挖稳定性及锚杆非对称支护方式研究

层状软岩地层中,隧道开挖后围岩的非对称破坏特征与支护结构的非对称受力特征显著,围岩的稳定性控制面临着较大的挑战。基于该背景,建立了层状岩体各向异性本构模型,并采用该模型分析了层理面的倾向与倾角对隧道破坏模式的影响,最终提出了围岩形变控制的锚杆非对称支护模式。研究结果表明:①当岩层倾角为0°,倾向为0°～180°或倾向为0°,倾角为0°～90°时,不同组合下围岩的塑性破坏区及形变显著区域均沿着隧道竖向轴线对称分布;倾角在0°～90°之间时,围岩的塑性区及形变显著区域呈现明显的非对称分布特征;倾角为90°,倾向为90°时,围岩塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线对称分布,其余倾向条件下,围岩的塑性区及形变显著区域沿着隧道竖向轴线非对称分布;②对于层状岩体而言,层理面特征是影响围岩破坏模式的最关键因素,而地应力场的方向是次要因素;③锚杆非对称支护方案,即首先加强围岩塑性破坏较大区域内的锚杆支护,其次加强围岩位移较大区域内的锚杆支护,可以有效的控制围岩的大变形与塑性区的发展。     

隧道洞口超前锚杆预支护三维有限元模拟分析

为保证施工安全,对复杂地质条件下隧道洞口段的围岩进行预支护。采用超前锚杆预支护措施,并进行三维有限元数值模拟分析。计算结果表明,隧道拱顶位移50 mm,边墙位移45 mm,初期支护的最终安全系数约为5.0,因此用超前锚杆预支护可以保证隧道洞口段支护结构的安全。同时,超前锚杆的最大轴力略13k N,并呈阶梯形分布,最大轴力位于锚杆的中间,并向两端逐渐减小,且拱顶位置的锚杆轴力较两边大。     

基于数值分析与现场试验的破碎带支护参数优化

为了控制围岩的变形,确保施工的安全,结合船顶隘隧道在穿越断层破碎带时出现的变形过大,局部出现塌方的现象,提出了减小钢拱架间距增加初支强度的支护方案,并选取了两组方案进行对比分析研究。先通过数值模拟对钢拱架和锚杆分别进行了计算,然后在现场监测试验中,选取了两组试验段,对两种不同的支护参数下的围岩变形、喷射混凝土压力、钢拱架应力以及初支围岩压力进行现场监控量测,验证了支护优化的可行性。研究表明:在断层破碎带初支参数优化中,锚杆支护效果不理想,而钢拱架的作用明显,对围岩大变形起到了良好的控制作用。由此可知通过加密钢拱架来增加初支强度,适当弱化锚杆来减少工序,降低成本的支护优化措施在隧道穿越断层破碎带中是可行的。     

枫叶岭隧道初期支护施工技术

枫叶岭隧道中Ⅱ类围岩初期支护采用锚杆挂钢筋网，模注混凝土，喷射混凝土相结合的施工方法，Ⅲ类浅埋围岩采用锚杆挂钢筋网，钢格栅，喷射混凝土相结合，Ⅲ类深埋围妆期支护采用锚杆挂钢筋网，喷射混凝土支护施工方法，Ⅳ和V类围岩采用全断面光面爆破施工，初期支护采用锚杆，喷射混凝土支护施工方法，文中提出了具体的施工方法。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

锚杆支护在整治高地应力软岩隧道大变形的效应分析

根据乌鞘岭隧道工程实例阐述了高地应力软岩隧道大变形的特点,及其整治措施,通过模型计算对施作锚杆隧道与没有施作锚杆隧道的应力以及位移进行了比较,并论述了锚杆支护对于整治大变形的重要作用。     

高地应力隧道施工对围岩应力与变形的影响研究

依据围岩稳定性理论,通过数值模拟方法,针对参数变化较大的几类围岩及参数在小范围变化的同一类围岩在高地应力圆形隧道施工过程中围岩应力与变形的表现形式,建立大量数值模型进行分析。结果表明：围岩较好的隧道主要应解决高地应力集中问题,围岩较软弱的隧道主要应解决变形问题;围岩参数小范围变化时,对围岩应力影响由大到小的参数依次为内摩擦角、粘聚力、泊松比、弹性模量,对围岩变形影响由大到小的参数依次为弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。     

基于不同应力释放作用下小线间距隧道开挖地表沉降规律的研究

隧道开挖常常伴随着开挖面周围岩体应力的释放,而应力释放的大小与开挖面的大小、岩体的性质、地下水的埋深等多个因素密切相关。因此,在进行隧道开挖数值模拟计算时,初步估计开挖面岩体应力释放大小显得尤为重要。基于此,并结合工程实例,研究了不同应力释放下小线间距隧道开挖地表沉降规律,并与实测沉降数据相结合加以分析。结果表明,开挖面应力释放为60%时,数值模拟结果与实测结果较为接近,更能合理反映工程实际。     

浅埋偏压、软弱围岩双线客运专线隧道施工综合技术研究

以武广客运专线狮公岩二号隧道为工程背景,针对该隧道埋深浅、偏压显著、围岩软弱破碎、受降雨影响大、隧道断面大、施工变形大且控制困难等特点,基于浅埋偏压显著段隧道大变形原因分析,提出了地表网喷加固、洞内加长锚杆、增设水平横撑的应急措施,在隧道变形初步控制后,进一步采取地表坡顶减负、坡脚反压增阻,以及局部锚固桩等措施,有效控制了隧道变形,保证了隧道施工安全,并成功保护了地表构筑物。     

黄土隧道围岩应力释放对初期支护受力的影响分析

以山西省岢临高速公路某黄土隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分析了台阶法开挖方式下不同围岩应力释放率对初期支护结构的受力影响。分析结果能较为合理地反映支护结构的实际受力状况,可为黄土隧道初期支护参数的合理选取提供相关参考。     

层状岩体不同倾角对高地应力隧道稳定性影响分析

以层状岩体高地应力隧道为工程背景,采用数值模拟的方法,分析层状岩体的不同倾角对高地应力隧道稳定性的影响。研究结果表明：高地应力隧道相对于普通地应力隧道,其支护结构承受的荷载更大,隧道的稳定性问题更加突出;在25°～65°范围内,锚杆轴力随岩层倾角增大而增大的趋势明显。结合分析结果,通过将锚杆与岩层大角度相交,使多层岩体串联,从而增大了岩体层间阻力,减小了层间剪切错动的可能性,使锚杆充分发挥销钉的作用,减小了支护结构受力,增强了隧道围岩的稳定性。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

中天山隧道地应力测量及岩爆预测研究

在勘察设计阶段研究越岭隧道区域内的现代地应力特征,可以为越岭隧道选线设计、隧道断面设计及隧道二次衬砌设计提供依据,并揭示出施工中可能发生岩爆的具体段落.介绍了应用钻孔内水压致裂法进行地应力测试,确定出隧道通过区岩体的原地应力大小和方向.根据原地应力测量成果,综合分析钻孔附近地层地应力的基本特征,结合隧道通过区各类型地层...     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.