高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

CD和CRD法施工下超大断面隧道围岩变形控制数值计算研究

为研究超大断面隧道围岩变形控制机制,系统开展CD及CRD开挖工法下不同支护方式的数值计算,研究了不同支护方案随围岩强度等级变化对隧道拱顶位移、围岩塑性区应变的影响规律,明确了CRD开挖工法下不同临时支护拆除顺序对隧道围岩稳定性影响规律。通过对结果进行对比分析可知:采用CRD开挖方法比CD法、I22b型钢拱架支护比I18拱架都具有更好的围岩控制效果,且围岩等级越差,控制效果差异越大;考虑到拱顶沉降安全值,采用I18型钢拱架在经济性和施工安全性及便捷性方面具有良好的可行性;采用先临时仰拱,后临时支撑拆除顺序对整个隧道围岩稳定性效果最好。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

楼排隧道衬砌结构安全评估

排楼隧道洞口段处在V级围岩中．围岩自稳能力差,对隧道衬砌结构带来不利的影响。本文采用荷载结构法对V级围岩衬砌结构进行了静力计算,得出初期支护和二次衬砌的最大轴力、最大弯矩,以此来评价衬砌结构的稳定性。     

大跨扁平极软岩隧道大变形结构处理分析

牛头山隧道为双向6车道大跨度隧道,当开挖至绿泥石云母片岩段时发生了严重的大变形,拱顶最大下沉达1.6 m。为解决极软岩隧道大变形问题,通过对大变形围岩和初支变形特征、发生原因的分析,确定了"分台阶大预留、快开挖、双层强支护、早封闭"的大变形处理原则和方案。施工期间通过对双侧壁、单侧壁法和三台阶法施工的现场实践,证明依托工程采用短台阶开挖工法控制围岩大变形具有十分显著的效果。在确定采用三台阶开挖方法后,对拟定的应力释放层扩挖+双层H型钢初期支护和双层H型钢初期支护+108锁脚钢管两种支护方案,在左右洞进行了平行试验,结果发现采用双层H型钢支护+108锁脚钢管对于控制大变形效果良好,最终采用该方案顺利完成了绿泥石片岩段施工。     

隧道施工位移监测及分析

为了掌握隧道施工过程中隧道周边收敛以及围岩内部位移的变化规律,用SW-Ⅵ收敛计、三点位移计分别对隧道初期支护和二次衬砌阶段进行了位移监测,并对2个阶段所采集的数据进行了分析。分析结果表明各测试段位移平均速率均小于基本稳定判别标准,说明隧道支护结构工作状态良好。     

广东某隧道溶洞处治段支护结构变形及受力特征研究

以广东某新建公路长大隧道工程为例,运用三维有限元软件（FLAC3D）对该隧道溶洞处治段支护结构的变形及受力进行了分析,探讨了溶洞处治结构对隧道变形及受力的影响。研究结果表明:三车道公路隧道开挖中,隧道周边位移变形规律为:拱顶沉降 仰拱隆起 水平收敛;溶洞处治结构传导了两侧围岩作用力,维持了溶洞处围岩稳定性,对减小隧道拱顶变形意义重大,但对隧道水平收敛及仰拱隆起基本无影响;溶洞处治后,溶洞内部棱角处存在应力集中现象,易发生失稳,导致溶洞的二次坍塌,为保证隧道结构的安全,应对溶洞内部进行相应的处理。     

破碎泥质岩隧道滞后形变与衬砌刚度关系规律试验研究

为了解破碎泥质岩隧道滞后变形与衬砌刚度的关系,以云桂铁路小寨隧道工程为依托,通过室内模型试验对小寨隧道实际开挖、支护及支护完成后围岩的劣化过程进行模拟,对围岩劣化过程中二次衬砌的围岩压力、位移及内力的变化规律进行研究。研究结果表明： 衬砌刚度对于控制泥质岩隧道滞后变形有着重要的影响; 二次衬砌的刚度越大,其承受的围岩压力及内力越大,则最大弯矩越大,容易出现开裂;针对小寨隧道的实际情况,30 cm的初期支护+I25b型钢钢架+40 cm的C35钢架混凝土二次衬砌是较优的支护结构设置。     

基于爆破损伤隧道初支与掌子面合理距离研究

基于钻爆法,研究在围岩损伤条件下初期支护滞后掌子面不同距离时隧道稳定性。利用声波检测隧道爆破开挖后围岩的扰动损伤,将隧道支护时机与施工时初期支护滞后掌子面距离相结合,通过FLAC3D数值模拟分析不同初支滞后距离下围岩的位移量、应力大小,得到在该工程地质条件下,随着距离的增加,围岩位移量略有增加,围岩应力降低,并最终趋于稳定,根据其变化规律分析可得初期支护滞后掌子面12 m的情况下围岩能够自稳。实践证明,不仅取得了良好的光面爆破效果,而且有效地控制住围岩超欠挖,从而取得较大的经济效益。     

偏压隧道变形破坏机理及超前预加固研究

依托九绵高速福隆隧道工程,通过建立三维山体隧道模型对偏压隧道围岩支护体系受力变形特征进行分析,并通过数值模拟与现场监测对不同超前加固方式进行对比研究。结果表明:受偏压地形影响,隧道围岩变形、塑性区分布、二衬受力等均存在非对称现象;隧道开挖时,拉应力出现在掌子面、仰拱、回填土处,塑性区分布深入掌子面后方约3 m,且掌子面的土体有向外挤出的趋势;偏压地形下,适用性较好的超前加固方式为双层注浆小导管,在有效控制围岩变形、塑性区以及二衬等受力同时具有良好的经济性;现场测得K89+317断面的拱腰收敛与拱顶、地表变形较小且收敛较快,验证了双层小导管的适用性。     

浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

浅埋偏压软弱围岩隧道若围岩为全风化岩,土体较为松散,围岩自稳能力较差,隧道开挖后容易出现塌方、冒顶等灾害,施工中隧道预留沉降量极难把控,即使开挖完成后也容易出现初期支护变形量较大,导致二次衬砌断面不足。京福铁路闽赣五标段金岭头隧道和童游隧道洞口段地质条件为全风化云母石英片岩,呈砂土状,地下水为孔隙裂隙水,施工中合理选用六部CD法、三台阶临时仰拱法和加强临时支护、反压回填等措施,控制了围岩和初期支护变形,保证了盾构能安全地通过风险地段。     

用速率比值法探讨某地下厂房的围岩稳定性

基于李世辉提出的速率比值法,对地下厂房开挖支护中围岩稳定性的判定进行探讨。利用某地下厂房施工2年来的监测数据,分析在不同支护条件下监测断面的变形速率比值,得出:对于地下厂房中的近水平层状各向异性岩体,当比值(v/v0)达到15%～30%时,可以认为变形速率明显减小,围岩变形近于稳定;当比值达到5%～10%时,可以认为围岩变形趋于稳定;当比值达到5%以下时,可以认为围岩变形是稳定的。     

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。     

大跨度连拱隧道开挖方法对围岩稳定性影响分析

某Ⅲ级围岩场地大跨度双连拱隧道工程为依托,基于弹塑性本构关系和D-P屈服准则,采用"地层-结构"模型,应用ANSYS程序分别对工程中的四种开挖方法(即中导洞全断面开挖、中导洞半断面法、三导洞全断面法、三导洞半断面法等)进行了数值模拟。分析、评价了四种工法条件下的围岩位移场、围岩应力场、支护结构受力三个方面的变化规律,获得了一些有意义的结论,可以为大跨度连拱隧道设计和施工提供参考依据。     

横山隧道水平岩层快速施工综合技术

太中银铁路横山隧道主要以水平岩层(岩层水平夹角小于10°)为主,围岩从薄层到厚层,中风化到泥沙层均有。在前期施工中,隧道开挖后拱顶部位围岩极易出现开裂、脱落、掉块,甚至塌方等现象,初期支护施工后拱顶仍然易出现较大沉降、开裂、严重变形等现象,施工进度缓慢。为了解决上述问题,对水平岩层特性进行研究分析,并通过不断调整开挖方法、初期支护等参数,优化资源配置,加强关键工序的过程控制和现场管理等措施,形成了一套水平岩层隧道安全、快速的综合施工技术,以期为该类围岩隧道的设计和施工提供参考。     

岩层中深埋隧道穿越桩基的竖向安全距离计算

根据岩石力学中的压力拱理论,从理论上推导了岩层中深埋隧道穿越建(构)筑物桩基时隧道顶至桩基底的竖向安全距离的计算公式。该计算公式与隧道围岩级别、围岩物理力学性质、隧道直径、桩基直径、桩基距隧道中心水平距离和桩基底荷载等因素有关。通过南昌地铁1号线的工程实例用理论计算公式计算了隧道顶距桩底的安全距离,并用二维和三维数值模型进行了验证,二维数值计算值与理论计算较吻合,由于空间效应的影响,三维数值计算值约为二维计算值的85%。     

小净距地铁盾构重叠隧道施工影响的三维有限元分析

深圳地铁三号线红岭中路站—老街站—晒布路站区间盾构隧道上下完全重叠1 045 m。为了研究重叠地铁盾构隧道施工影响规律,采用ANSYS三维有限元分析软件,模拟围岩、支护结构及开挖过程进行了计算模拟分析,论证了盾构重叠隧道"先下后上"的施工顺序的可行性,其结果可供设计及施工参考。     

无尺量测技术在西秦岭隧道TBM施工中的应用及数据分析

现场量测是监视围岩稳定、判断支护衬砌设计和施工方法是否正确的重要手段,也是保证新奥法安全施工,提高经济效益的重要条件。兰渝铁路西秦岭隧道为大断面单线隧道,采用传统的围岩量测方法进行围岩变形观测难度较大,为解决围岩变形量测点位置较高、人员靠近困难的问题,在施工中采用了无尺量测技术。结合无尺量测技术在西秦岭隧道TBM施工中的应用情况,介绍利用全站仪进行无尺量测的原理及量测数据的分析。无尺量测技术解决了量测对施工的干扰,同时操作简便、工作效率高,被隧道施工广泛应用,本文介绍为类似工程施工提供借鉴和参考。     

超大断面隧道软弱破碎围岩台阶法施工过程力学效应规律研究

超大断面软弱围岩隧道施工过程中,采用台阶法施工方案容易引起大面积塌方,但是可以有效缩短施工工期,从安全性的角度出发,台阶法施工特别是作为台阶法核心问题的台阶高度选择值得进一步分析。依托兰渝铁路两水隧道,采用三维数值仿真手段,分别建立台阶高度取H/3,H/2,2H/3和最大宽度处模型,模拟了铁路隧道在极软弱围岩中采用台阶法施工选择不同台阶高度的施工过程,对比不同台阶高度下隧道的拱顶沉降、水平收敛和掌子面挤出变形,揭示了台阶法施工过程中围岩力学效应的演化规律,并最终得出最优台阶高度,为工程施工提供参考。     

锚杆支护原理的另类解释

锚杆支护的一般作用原理是提高围岩各向力的平衡程度。锚杆支护在特殊条件下的作用原理是对围岩吊挂固定。对比使用锚杆前后围岩基本力学参数变化,可以看到锚杆调整围岩应力平衡的作用,远大于吊挂固定围岩的作用,围岩应力分布状况是锚杆设计安装的依据。