用TSP预报数据划分铁路隧道围岩级别

研究目的:在铁路隧道施工过程中,当隧道围岩地质情况与设计不符时,经常会对隧道围岩分级进行变更。实践中,应用地震纵波速度对隧道围岩进行分级存在许多问题。目前隧道围岩分级仍然以定性为主。由于隧道围岩分级涉及隧道施工参建各方的切身经济利益,以及隧道施工进度和安全,因此参建各方都高度关注隧道围岩分级变更。当前,使用地震波反射法进行隧道超前地质预报(TSP)已是标配方法,TSP预报数据包含隧道围岩的各项物理力学参数及其空间变化。通过分析总结,本文据此对隧道围岩进行定量分级,可以解决由定性围岩分级造成的矛盾。研究结论:(1)使用TSP预报数据,以岩性、动态杨氏模量为隧道围岩基本分级指标,以泊松比及其变化为隧道围岩分级修正指标,结合反射界面密集程度,通过本文的表1及其使用说明,可以定量划分铁路隧道围岩分级;(2)理论上,这一分级与铁路隧道围岩分级体系是一致的;(3)本文提出的铁路隧道围岩分级定量指标还需在实践中不断统计修正。     

基于统计分析的隧道围岩压力分布规律研究

围岩压力和支护荷载的确定是隧道支护结构设计的关键问题。利用调研和统计分析等方法,通过对54座已建隧道的174个监测断面的围岩压力实测数据进行统计分析,探明了深埋隧道围岩压力的总体分布特征,给出了深埋隧道围岩压力与围岩级别和跨度的关系,修正了铁路隧规深埋荷载宽度影响系数计算公式,并修正了《铁路隧道设计规范》深埋隧道荷载计算公式。研究结果对分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法提供一定的参考价值。     

软弱围岩隧道CRD法施工围岩稳定性评价指标研究

通过对新建铁路巴准线上十几座软弱围岩隧道CRD法施工过程中的现场监控量测,获取隧道围岩拱顶沉降和周边收敛数据,运用Matlab对监测数据进行统计分析,发现隧道施工过程中围岩变形特性,得到围岩变形稳定时拱顶沉降值和周边收敛值,以此确定软弱围岩隧道CRD法施工阶段围岩稳定性评价指标,可为同类隧道施工围岩稳定性评价提供参考。     

隧道围岩变形特征及其影响因素的数值模拟

运用数值模拟手段,对宜万铁路堡镇隧道围岩在高地应力条件下的变形特征及其影响因素进行了模拟分析。模拟结果表明:隧道开挖后,在隧道的周边出现应力集中,洞壁最易发生破坏,隧道围岩位移的模拟值与实际测量值较为接近,且隧道围岩的变形量与隧道洞径、围岩的侧压系数、隧道埋深和围岩的力学参数密切相关。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

破碎围岩中连拱隧道荷载计算理论解

针对连拱隧道围岩、结构整体受力和受力敏感分析不明确的问题,提出按岩体结构观点对连拱隧道围岩进行分类,即分成连续介质围岩、碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩。将碎裂介质围岩、块裂介质围岩和板裂介质围岩称为破碎围岩。建立破碎围岩的力学模型,求破碎围岩中连拱隧道荷载的理论解。     

隧道开挖面接近地质界面时围岩位移特征及其影响因素分析

用FLAC3D分析隧道开挖面接近地质界面时隧道围岩变形行为以及侧向应力、纵向应力、洞室形状、地质界面倾角对隧道围岩位移的影响规律.结果表明:当隧道由硬岩向软岩掘进时,随着开挖面逐渐接近前方地质界面,隧道拱顶和边墙位置围岩的位移均有明显的增加;当隧道由软岩向硬岩掘进时,开挖面以及开挖面前方的拱顶和边墙位置围岩的位移均有明显的减小;隧道掘进至硬岩与软岩的地质界面,隧道边墙位置围岩径向位移随侧向应力的增加而增加,拱顶和边墙位置围岩的纵向位移随纵向应力的增加而增加;矩形隧道时围岩的位移最大,马蹄形隧道时次之,圆形隧道时最小;地质界面倾斜时围岩的位移均比地质界面垂直时大.     

基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法

针对隧道洞口浅埋段多位于覆盖层、坡积层或风化严重的软弱破碎岩体中,极易发生失稳破坏的现实问题,以某隧道为工程背景,提出1种基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法。根据隧道围岩失稳情况,建立隧道洞口浅埋段围岩力学模型,采用Weibull分布函数,描述隧道上覆软弱地层的本构关系;根据总势能原理建立围岩失稳破坏的尖点突变模型,导出围岩失稳的力学判据;将地表沉降监测数据和尖点突变模型进行有效融合,建立隧道围岩稳定性预测模型,导出围岩稳定性判别式;以隧道5处典型断面为例,选取出现明显失稳征兆之前的7 d监测数据进行验证。结果表明:隧道洞口浅埋段围岩失稳与上覆地层的应变软化程度、刚度比及含水率相关;隧道围岩失稳力学判据和稳定性判别式的判别结果与现场实际围岩情况一致;利用地表沉降数据建立的围岩稳定性判别式来预测围岩的稳定性是合理可行的。     

考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级方法研究

研究目的:以现行《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)围岩分级方法为基础,将概率分析原理引入铁路隧道围岩分级工作中,并对分级指标相关性进行研究,建立考虑围岩分级指标相关性的、定量分析铁路隧道围岩等级的概率模型,为铁路隧道勘察、设计及施工提供参考。研究结论:通过采用考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级模型对石太客运专线南梁隧道、太行山隧道部分里程的围岩进行分级计算,并将计算结果与围岩实际开挖情况对比;结果表明,考虑相关性的铁路隧道围岩概率分级方法预测结果与实际开挖情况吻合,比较客观地反映了隧道围岩实际情况,是铁路隧道围岩分级的一种有效方法。     

挤压性围岩隧道变形分级与控制对策

挤压性围岩隧道变形分级和控制对策一直是困扰隧道界的主要技术难题。本文系统地总结和分析了挤压性围岩隧道变形分级的国内外研究现状,建立了挤压性围岩隧道设计阶段变形潜势分级、施工阶段变形验证的分级标准体系,并据此对以往典型的挤压性围岩隧道变形进行了等级划分;通过对以往典型隧道工程变形控制对策的系统总结,提出了对应于变形分级的挤压性围岩隧道变形控制对策。