水平层状围岩台阶法施工超欠挖控制试验研究

Ⅳ、Ⅴ级水平层状围岩台阶法施工过程中,因其层间存在软弱夹层,光面爆破效果较差,难以形成设计要求的拱形轮廓,超、欠挖现象严重。该文基于吉怀(吉首—怀化)高速公路大林隧道台阶法施工控制爆破的现场试验,针对水平层状围岩隧道钻爆法施工超欠挖存在的问题,逐步调整并最终提出不同围岩条件下炮眼布置及爆破设计参数,用以指导爆破施工。     

公路隧道软岩爆破超欠挖控制技术研究

目前公路隧道掘进普遍采用光面爆破技术,从实际运用的效果看,软岩的光爆效果不太理想,超欠挖现象普遍,隧道边墙超欠挖现象还比较严重。针对这一现象,文中通过工程实际应用,提出了根据工程地质条件合理确定参数、周边眼隔孔装药、V形复式掏槽、边墙周边眼与下一循环拱顶周边眼同时起爆等措施进行控制,并通过大量的现场对比爆破试验,优化调整爆破参数,有效地解决了隧道超欠挖问题,取得了较理想的效果;在软弱围岩光面爆破参数理论计算中,建议应考虑光爆层岩石损伤效应的影响。     

板岩隧道光面爆破现场试验及推广应用

在开展光面爆破现场试验基础上,分析了层理构造对光爆效果的影响,总结了适用于层状板岩隧道的光爆技术参数,对试验段光爆优化前后代表性隧道断面超欠挖进行跟踪量测,对比分析光面爆破效果,实现了半眼保存率平均达到85％～90％以上,平均线性超挖量小于10cm,局部最大线性超挖量18—20cm。基于光爆技术在怀通高速公路全线层状板岩隧道施工中的推广应用,总结了光面爆破实施后的技术经济效果,可为类似工程提供参考。     

公路隧道软弱围岩预留岩体控爆与铣挖联合开挖施工应用

统计众多已建公路、铁路隧道工程实例不难发现,光面爆破技术在硬质围岩施工中能获得较好的应用效果,但在软弱围岩中应用往往效果不佳,爆破扰动大,超欠挖严重。绝大部分隧道均会穿越软弱围岩段,如何解决软弱围岩段钻爆施工引起的局部塌方及超挖严重等技术难题成为了隧道施工一个值得研究的方向,本工程施工中将预留岩体控爆与铣挖联合施工工艺运用于隧道软弱围岩施工中,具有隧道围岩扰动小、超欠挖控制好,利于实现隧道轮廓的精确成型、提高洞内作业环境及施工安全,降低围岩松动圈,保护岩体原有的自承能力等优势,成功解决了隧道软弱围岩段施工难题。     

节理倾角对软岩隧道掌子面变形及失稳模式的影响

依托玉磨铁路西双版纳隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,研究不同节理倾角下掌子面变形和失稳模式。结果表明:掌子面最大挤出变形以90°为中心呈“M”型分布,倾角为60°或120°时掌子面挤出变形最大;最不利节理角度影响下,隧道开挖对掌子面前方岩体的最大影响范围约为1倍洞径;隧道穿越节理岩体且不加以控制或控制不当时,随节理倾角变化,掌子面失稳模式有圆弧型、三角型和倒三角型;随节理面倾角增大,掌子面变形从弹性变形向塑性变形发展,当倾角为30°时,掌子面岩体由弹性变形转变为塑性变形。     

软岩隧道光面爆破技术应用研究

本文针对目前公路软岩隧道钻爆开挖施工中普遍存在的超挖现象,通过腊子口隧道光面爆破技术应用的探索,对软岩隧道光面爆破方式及爆破参数的合理选择进行了研究分析,指出周边眼钻孔控制及爆破技术参数的合理选择是软岩隧道光面爆破效果的关键,对同类型隧道钻爆设计的优化以及超欠挖的有效控制提供了参考和依据。     

水平层状围岩隧道超欠挖控制技术研究

基于吉怀（吉首-怀化）高速公路羊和岩隧道水平层状红砂岩钻爆法开挖的工程实践,对超欠挖的危害、超欠挖的影响因素进行了分析,提出了水平层状围岩全断面法施工的钻爆设计参数;鉴于现场钻爆施工的方便性及可操作性,提出了从提高钻孔精度、控制装药参数、规范装药结构和加强施工管理四方面来控制水平层状红砂岩隧道超欠挖的技术措施。     

浅谈永龙隧道光面爆破

永龙隧道应用光面爆破技术,有效控制隧道的超欠挖,减少了爆破对围岩的扰动,加快了掘进速度,控制施工成本,取得较理想的爆破效果。介绍永龙隧道光爆参数的选定及施工要求。     

超大跨度公路隧道爆破方案效果研究

超大跨度隧道断面尺寸大,掌子面开挖时结构稳定性差,对爆破技术要求较高。为使超大跨度隧道爆破施工更加规范和安全,以老虎山超大跨度公路隧道为依托,分别对Ⅲ级围岩和Ⅳ围岩爆破方案和效果进行分析和研究。结果表明:1)Ⅲ级围岩采用上下台阶法钻孔爆破方案,Ⅳ围岩采用上台阶CD法钻孔爆破方案,可有效减少爆破造成的超挖、欠挖,可加快施工进度;2)二级复式楔形掏槽是增大爆破效果和减小爆破震动的有效控制手段,且能加快在超大跨度公路隧道爆破段中的施工进度,保证工期。     

软弱夹层条件下隧道爆破过程数值模拟

为研究岩体中软弱夹层对炸药爆炸能量传递过程的影响,运用ANSYS／LS—DYNA对含有不同厚度的软弱夹层岩体在爆破过程中应力波的传播及衰减规律进行数值模拟研究,分析比较了软弱夹层的存在与否以及夹层的不同厚度对确定位置的应力波的影响;并结合现场对含有软弱夹层岩体在爆破过程中出现的超欠挖现象进行了分析,指出隧道周边炮孔布置必须充分考虑软弱夹层的影响,为爆破参数的选取提供了理论依据。     

尺寸效应对节理化岩体硐室开挖稳定性的影响分析

为了研究不同开挖尺寸和围岩节理组倾角对隧道开挖变形稳定的影响,应用UDEC程序,通过一些假设,设定计算域内包含有水平垂直节理组(0°-90°)和倾斜节理组(45°-135°)2种计算情况,对硐室不同开挖尺寸下围岩的变形稳定情况进行数值模拟。结果表明:1)水平垂直节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后呈指数形式急剧增加且失稳,围岩失稳表现为贯穿地表的拱部上方岩体整体塌落;2)倾斜节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后急剧增大且失稳,围岩失稳表现为拱部围岩局部塌落;3)倾斜节理组岩体中硐室开挖后变形比相应水平垂直节理组的要大。     

构造应力场中层状围岩隧道动力响应数值分析

层状岩层的横观各向同性使得振动波在岩层中沿着不同方向传播时,质点的振动特性有着一定的差异。以我国西南地区某高海拔山区单向公路隧道的全断面爆破掘进为研究背景,利用FLAC 3D软件对构造应力场中均质围岩及倾角不同的层状围岩在隧道爆破开挖过程中的变形、振动速度进行研究。研究结果表明,隧道开挖爆破后,洞周岩体变形不对称式分布,左、右拱腰部位变形最大,均质围岩洞周各部位变形在5种模型中相对较小;爆源距相同时,层状围岩左、右测点的x向振动速度均大于上、下测点的z向振动速度;断层破碎带、层理结构面对于振动波的传播既有消振又有聚振的作用,与断层破碎带和层理结构面的产状、空间关系及振动波相对结构面入射角度有关。     

胡麻岭隧道不同产状裂隙岩体稳定性及支护力学特性

依托“兰渝客专”胡麻岭隧道工程,研究不同岩层产状（倾角）围岩稳定性,以及支护结构力学响应。结果表明:节理面极大降低隧道围岩稳定性,节理面物理力学性质是隧道围岩失稳的控制性因素;竖向节理隧道失稳以冒顶、坍方为主;当岩层为水平时,其支护结构受力分布合理;倾斜产状节理岩体支护结构受力呈现明显偏压现象;隧道边墙相对稳定,围岩锚杆加固有效长度3 m,拱顶要提高设计参数,有效促进“拱效应”形成,确保隧道稳定性。     

基于尺寸效应的节理岩体隧道开挖稳定性分析

节理岩体的开挖力学响应具有显著的尺寸效应,这对于研究隧道稳定性非常重要。运用离散单元法,模拟了相同隧道尺度条件下不同节理间距的4组情况。研究结果表明:①随着岩体节理间距减小,围岩结构类型由整体块状逐步转化为碎裂状,随之出现岩块松动脱落;②围岩塑性区、应力松动区以及节理张开区具有相似的分布规律,均随着节理间距减小而增大,但发生岩块松动脱落之前的尺寸效应不明显;③节理剪切滑移破坏区比张开区和岩体塑性区更大,且具有更加明显的尺寸效应,适合作为节理岩体隧道稳定性的判别指标。     

地下厂房高应力区节理岩体爆破开挖松动特性研究

为研究地下厂房高应力区岩体在爆破卸荷过程中的松动特征,采用动力松弛与显示计算法分析不同扰动荷载、侧向约束以 及地应力水平等参数对块体位移的影响。 结果表明: 1)在无侧向约束条件下,高应力区节理岩体爆破开挖产生的松动位移主要由 爆破作用产生的能量提供;随着卸荷方向地应力水平的增加,地应力卸荷产生的松动位移与岩体初始储存的弹性应变能成正比。 2)耦合荷载作用下岩块产生的位移为爆破冲击与地应力直接卸荷的非线性叠加,且随着地应力水平的增加,耦合荷载作用对岩块 松动位移有增大效应。 3)在侧向地应力条件下,高应力区岩体爆破开挖松动受侧向母岩的摩擦与吸收爆炸能量作用的影响,其松 动位移显著减小; 随着侧向应力水平的增加,节理松动位移主要由初始地应力储存的能量提供,即原岩应力卸荷产生的松动位移 大于爆破冲击引起的松动位移。     

铁路立体交叉隧道施工爆破震动响应研究

通过建立不同交叉角度、净距和围岩条件的实验工况,对交叉段新建隧道施工爆破地震波引起的既有隧道衬砌的峰值速度进行分析,探讨了不同因素作用下立体交叉隧道施工爆破的动力响应.研究结果表明：处于迎爆侧的拱底和墙脚之间区域影响最为显著;除净距是上下交叉隧道最显著的影响因素外,随着交叉角度的增加,拱底速度峰值呈增大趋势,并且增长率逐渐加快;岩体坚硬完整,爆破振动波传播衰减越慢,爆破地震波在传到既有隧道之前,出现峰值回升.     

岭角隧道节理裂隙岩层稳定性离散元分析

为了研究不同埋深的破碎岩层对隧道稳定性的影响,以及节理裂隙较软岩层下隧道塌方过程的形态规律,依托岭角隧道工程,分别建立不同埋深破碎岩层下隧道开挖、支护的简化模型,应用离散单元法对岩层张开节理、塑性区及支护结构内力进行分析。结果表明:当破碎岩层分布于隧道拱肩及拱顶位置时,隧道稳定性最差,此时其支护结构上的内力值相对最大;节理裂隙较软岩层下隧道塌方一般经历断面收缩变形、大面积岩体塌落、塌方完成三个形态阶段。     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

板岩隧道顺层塌方分析及预防失稳措施研究

为避免板岩隧道围岩楔形体掉块和顺层塌方的发生,针对板岩的力学性质和变形特性,从隧道施工方面对板岩隧道围岩的工程特性和易形成塌方的地质构造类型进行总结,并以半山隧道初期支护长段落顺层塌方为例进行深入的分析和研究。结果认为:当顺层构造岩层和节理产状与隧道走向夹角较小、多组节理相互切割与岩层面形成不利结构面组合长段落斜穿隧道时,受施工开挖爆破震动、地下水浸润、重力作用以及大断面开挖形成临空面的影响,围岩及支护结构局部薄弱处出现失稳破坏,由于牵引作用不断扩大并持续发展造成较长段落的坍塌。最后,提出了顺层构造、节理密集带和隧道开挖后不利结构面组合对围岩稳定性的影响分析方法,针对板岩地质隧道施工提出了预防围岩失稳的措施和支护结构的优化措施。