软岩隧道支护结构优化研究

为控制软岩变形,确保施工安全,结合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工过程中多次出现的大变形情况,提出"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"的支护方案,并与原方案及"弱化锚杆"的支护方案进行对比研究。通过数值模拟对不同支护方案下位移变形量、锚杆受力情况、塑性区的发展情况、喷射混凝土的应力以及二衬结构的受力情况进行分析;同时现场选取3组试验段,对3种不同支护方案下的围岩变形及围岩压力情况实施现场监控量测。数值模拟结果和现场监测结果表明:弱化锚杆的措施对支护体系的整体支护效果影响不大,而且能节省工序和降低工程成本;增强初期支护的刚度与强度能有效地控制围岩大变形。提出的"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"支护方案是可行的,可为沿线同类隧道支护优化提供参考。     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

地铁隧道穿越厚碎裂岩层的支护优化分析

青岛地铁3号线汇泉广场站—中山公园站区间穿越厚碎裂岩层地质,其岩体节理裂隙较为发育,导致围岩自稳能力较差,以及施工风险较大。结合现场地质条件和施工环境,提出了4种隧道支护结构加固方案;通过数值模拟分析了各加固方案的地表沉降、初期支护结构主应力及围岩塑性区发展情况;基于灰色关联定量分析了各加固方案对5项评价指标的综合支护效果。结果表明:全断面WSS超前帷幕注浆对地层沉降和围岩塑性区发展控制效果最好,超前小导管支护对抑制围岩塑性区发展较明显;碎裂岩层隧道的综合加固效果为:全断面WSS超前帷幕注浆>超前小导管支护>增大拱顶锚杆长度、增设拱肩及拱脚锚杆>提高初期支护刚度。     

深埋软岩隧洞围岩变形破坏分区规律反演分析

研究目的:榴桐寨隧道是新建成都至兰州铁路线的关键性控制工程,其围岩大变形问题十分突出,而目前对深埋隧洞围岩流变条件下的变形预测尚无成熟的计算方法。本文在总结现有围岩变形研究成果的基础上,将隧洞围岩简化为理想弹塑性介质并布设全长锚固锚杆,基于锚杆-围岩协调变形原理,分析杆体表面摩阻力及其轴力的分布规律,由静力平衡条件推导锚杆中性点处的最大轴力值,进而建立变形稳定后围岩的塑性区及松动区半径公式,从理论上确定榴桐寨隧道围岩的松动区及塑性区范围,为优化围岩支护方案及参数提供重要的技术支撑。研究结论:(1)工程实际中,围岩流变是导致深埋隧洞出现大变形的根本原因,隧洞围岩变形通常在初期锚杆支护一段时间后才趋于稳定;(2)隧洞围岩与锚杆协调变形,杆体所受正、负摩阻力的分界面即为杆体中性点,该点杆体与其周围岩体的相对位移及表面摩阻力为零,但其所受轴向拉力达到最大值;(3)通过锚杆所受最大轴力可对变形稳定后的隧洞围岩塑性区及松动区范围进行反演分析,围岩塑性区及松动区范围的大小随岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小,随隧洞半径的增加而增大,但受支护阻力的影响不大;(4)现场应用结果表明,基于锚杆轴力反分析隧洞围岩分区规律的方法是合理可行的,该研究成果对于类似隧洞工程的安全快速施工具有一定的借鉴意义。     

高速铁路隧道超前支护稳定性试验研究

为研究深埋隧道超前支护的应用效果,依托银兰高铁香山隧道工程,模拟开展隧道三台阶法开挖对比试验,通过分析不同位置土压力变化情况、掌子面变形情况和锚杆微应变峰值变化,研究锚杆支护对于掌子面和围岩稳定性的影响。研究表明：(1)锚杆支护对土体变形有很好的限制效果,并且对于竖直方向土体限制要优于水平方向。(2)锚杆支护对于掌子面前方土体的加固限制了上方围岩的变形范围,间接提高了围岩稳定性。(3)锚杆支护后,掌子面最终变形量减少0.92 mm,位移量较未支护减小近50%。(4)掌子面中部位置的锚杆支护效果最优,而上部锚杆变形较大,建议与小导管、管棚等配合使用。研究成果可为隧道施工时对于掌子面锚杆超前支护的稳定性提供理论参考。     

新建黄土隧道开挖及支护对既有隧道影响的数值模拟分析

新建隧道临近既有隧道时,隧道施工会引起围岩的应力重分布,从而对既有隧道产生影响。为了研究新建隧道施工对既有隧道的影响,以黄土地区某隧道工程为依托,利用有限元软件,通过数值模拟计算,分析开挖方法及支护措施对既有隧道最终位移场、应力场分布及围岩塑性区演化的影响,得出如下结论:采用台阶法时会对既有隧道产生扰动,引起既有两隧道的最大位移分别为0. 97 mm和2. 56 mm,均出现在拱顶处,总体位移较小;采用3种不同的支护措施时,最大应力均出现在距离最近既有隧道的仰拱处(不超过600kPa);塑性区主要分布在最近既有隧道的仰拱处,但不会引起塑性破坏;3种支护方案对应的整体模型最大总位移分别为80. 3 mm、77. 8 mm和89. 2 mm,管棚超前支护对变形控制效果明显。     

高速铁路隧道洞口浅埋偏压段开挖方法优选

结合观音山隧道洞口浅埋偏压段工程实际,采用数值方法动态模拟了不同开挖方法对隧道洞口浅埋偏压段周边围岩和坡体变形的影响,获得了不同开挖和支护方案下隧道围岩变形、应力、塑性区的变化规律,并在此基础上进行技术经济比较,进而确定了较优施工开挖和支护方案。同时,为了解围岩稳定性和支护结构状态,确定支护参数,通过现场监控量测获得了围岩和坡体变形数据,并将其与数值计算结果进行对比分析。结果表明,三台阶预留核心土法为经济可行的较优施工方法。     

破碎炭质板岩隧道掌子面预加固参数优化研究

云南滇西地区破碎炭质板岩隧道开挖过程中常发生大变形破坏,如何有效控制变形是研究的热点。依托大临铁路杏子山隧道破碎炭质板岩大变形段的实际情况,在不断增加初期支护强度及措施仍然无法有效控制变形的前提下,提出以玻璃纤维锚杆预加固掌子面为核心的隧道变形控制技术措施,采用数值模拟的研究方法,从掌子面挤出变形及预收敛变形等对掌子面预加固技术参数(锚杆加固长度、锚杆密度)等进行优化分析评判。研究结果表明,掌子面预加固玻璃纤维锚杆间距宜控制在0.6 m以内,每环玻璃纤维锚杆的施工长度应大于6 m,搭接长度不应小于3 m。最后通过现场实测初期支护变形数据表明,纵向长度12 m、搭接长度3 m、间距0.6 m×0.6 m梅花形布置的掌子面玻璃纤维锚杆对于掌子面挤出变形控制效果明显,有效地控制了围岩的变形。研究结论可为类似地质条件隧道掌子面预加固参数选取提供参考。     

片理化玄武岩隧道大变形影响因素分析

为研究片理化玄武岩隧道的大变形影响因素,本文依托某隧道片理化玄武岩段,通过数值模拟分别对不同埋深、支护强度和围岩级别条件下的围岩变形进行分析。研究结果表明：（1）地应力、支护强度和围岩级别是片理化玄武岩隧道大变形的主要影响因素;（2）当地应力增大时,洞周各部位围岩变形量增大,围岩塑性区范围扩大;（3）当隧道支护强度增强时,洞周各部位围岩变形量减小,围岩塑性区缩小;（4）当围岩级别增大时,洞周各部位围岩变形量增大,围岩塑性区扩大。研究成果可为片理化玄武岩隧道大变形控制研究提供借鉴。     

层状围岩隧道变形控制技术探讨与实践

根据兰渝铁路薄层板岩隧道的工程实践,在分析层状围岩大变形机理的基础上,研究采用微台阶仰拱快速施工法、单工序作业仰拱快速封闭法等控制围岩变形。分析表明,减小围岩变形总量主要有降低变形速率和快速封闭仰拱以缩短变形时间两种途径。微台阶仰拱快速施工法,下台阶与仰拱同步推进,缩短了初期支护封闭成环时间进而减小围岩变形持续发展。单工序作业仰拱快速封闭法采用边墙长锚杆降低围岩变形速率,采用铣挖机减小爆破对周边围岩和初支段的扰动,围岩变形控制效果好。     

高地应力隧道蚀变花岗岩地层围岩大变形特征及控制措施

藏噶隧道穿越高地应力节理化蚀变花岗岩地层,施工时围岩变形呈现出变形量值大、变形速率快、水平收敛大于竖向沉降、持续时间长等特征。采用数值模拟方法对施工初期提出的原支护设计方案进行分析,验证所建立模型及其参数的合理性。通过数值模拟与现场试验,提出以调整边墙曲率、长短锚杆结合、双层初期支护为主的防抗结合的围岩变形综合控制措施。数值模拟结果表明:采用综合控制措施后,围岩变形量值得到控制,围岩变形速率明显降低,拱墙围岩塑性区较小,初期支护结构安全系数满足要求,能够保证围岩和支护结构稳定。现场试验段应用综合控制措施后,围岩变形的量值、速率及持续时间均得以控制,围岩变形收敛速度较快,施工效果良好,施工效率得到较大提高。     

软弱围岩隧道CD法和台阶法施工力学行为分析

为分析软弱围岩隧道在不同开挖方法过程中稳定性以及拱顶沉降变化规律,以某隧道工程实例为背景,借助有限差分软件FLAC~(3D)数值模拟并和实际监测数据对比分析,研究软弱围岩隧道在CD法和台阶法两种不同开挖方法施工过程中围岩变形、应力变化和围岩塑性区分布规律。实际监测数据和模拟计算结果均表明,采用CD法开挖断面关键点位移和应力明显小于台阶法,随开挖步影响范围也比台阶法要小。总之CD法较台阶法能更好控制围岩变形和应力发展,塑性区分布范围也明显小于台阶法。     

浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明：原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力（100 kN）使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2～0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。     

顶部系统锚杆在不同跨度隧道中的作用效果研究

系统锚杆在隧道中能够发挥作用,而能发挥多大作用已成为隧道研究者们所争论的焦点。为研究隧道顶部系统锚杆的作用,文章采用数值模拟的技术手段,研究隧道在不同跨度条件下顶部系统锚杆的支护效果,通过分析各种工况下隧道拱顶沉降、初支应力大小以及围岩的塑性区发展,得到如下结论:顶部系统锚杆对隧道拱顶沉降、初支应力大小及围岩塑性区均有一定的控制效果,且在一定范围内,随着隧道跨度的增加,对拱顶沉降及围岩塑性区控制效果越明显。因此,在软弱围岩隧道开挖中,并不能统一取消顶部系统锚杆,同时也应通过隧道的断面形式进行合理地优化。     

软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法台阶高度优化研究

为进一步提高软弱围岩条件下隧道开挖的安全性及稳定性,本文依靠玉磨铁路新平隧道工程,利用有限差分数值模拟软件flac3 D,对软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法的台阶高度进行优化研究,主要对比了5种不同台阶高度开挖方案的初期支护位移及内力.结果表明:(1)采用工况4(上台阶高度4 m、中台阶高度3．2 m、下台阶高...     

老东山隧道软弱围岩变形开裂控制技术研究

老东山隧道地处区域性断层夹持的构造挤压带中,隧道在施工过程中多次出现初期支护变形开裂现象。通过对现场地质状况的调查,从围岩岩性、地质构造、地下水等方面,探讨了隧道产生大变形的原因和机制;结合围岩变形实测数据的分析,得到不同施工工序以及工序间隔时间和间距对隧道围岩变形量产生的影响,进一步通过五种不同支护参数的现场对比试验,获得了不同支护方案的不同抗变形能力,确定了老东山隧道不同围岩条件下控制围岩变形的具体支护参数和施工控制措施,确保了隧道变形开裂得到有效控制。     

浅埋大跨隧道合理施工方法研究

以昆明铁路枢纽东南环线呈贡隧道为工程背景,采用三台阶临时仰拱法、三台阶环形开挖留核心土法、三台阶法对隧道施工过程进行数值模拟,通过对不同施工方法下围岩变形、塑性区分布、支护结构应力和内力的比较分析,认为三台阶环形开挖留核心土法既能保证工作面的稳定性又能在一定程度上控制围岩变形,是浅埋大跨隧道比较合理的施工方法。     

白石头隧道软岩大变形影响因素及控制措施研究

软岩大变形控制一直是隧道施工中一个难题,处理不当将严重影响隧道修建成本和工期。本文以大临铁路白石头隧道为依托,对现场软岩大变形规律进行了分析,包括变形表现形式、变形量、变形与支护结构之间的关系等。在此基础上对软岩大变形主要影响因素进行了分析,现场软岩大变形主要和地层岩性、地应力、围岩产状、地下水等有关。根据现场软岩大变形特征和影响因素,提出了相应的控制措施,包括超前地质预报、三台阶微台阶开挖、工字钢与预应力树脂锚杆组合支护等,把周边围岩最大变形量控制在300 mm以内,解决了现场软岩大变形问题,为今后类似工程施工提供参考。     

软弱围岩隧道变形特性及控制措施

为研究隧道软弱围岩变形特性及控制方法,基于FLAC 3D有限差分方法,采用基于HoekBrown屈服准则的应变软化模型,分析银瓶山隧道掌子面预加固及超前支护对软岩隧道大变形的影响。研究结果表明:采用Hoek-Brown应变软化模型计算所得的围岩变形量大于采用理想弹塑性模型计算结果;针对隧道软弱围岩的大变形特性,提出掌子面预加固与超前锚杆相结合的支护方案。经实施和现场监测,该支护方案不仅能控制掌子面挤出位移,而且能有效控制软弱围岩的纵向位移。