基于极限分析的 进尺对隧道掌子面稳定性影响

为了分析进尺对隧道掌子面的影响,基于极限分析法推导掌子面稳定安全系数的公式,并同Vermeer公式做对比分析,进行参数影响规律分析。研究结果表明:低黏聚力围岩,除了采用短进尺外,必须要采取加固措施,提高围岩强度;随着黏聚力提高,内摩擦角的增大,各进尺下稳定安全系数提高。随着开挖高度的增加,稳定安全系数降低,在较小开挖高度下,更能体现短进尺对稳定安全系数的作用。随着进尺的增加,拱效应开始发挥时的临界覆跨比C/D随着进尺的增大而增大;大进尺下,需要更大的埋深才能使得破坏不扩展至地表。各进尺下稳定安全系数随着重度的增加而降低;局部破坏下,地表超载对稳定安全系数没有影响;破坏波及到地表时,不同进尺下,稳定安全系数随着地表超载的增大而降低。     

隧道开挖对坡体稳定性的影响研究

以罗家村隧道进口段坡体为研究对象,采用有限元强度折减法对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线。分析表明,隧道开挖对坡体稳定性影响较大,且在隧道开挖进尺20～45 m区段影响最为明显,合理施工可以确保隧道结构安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。     

纯黏土地层锚杆加固隧道掌子面稳定性分析

锚杆加固技术是一种提高隧道掌子面稳定性的有效方法,但现有工程的锚杆加固设计大多基于经验,其加固机理及加固效果的定量计算均有待进一步研究。为了准确评估纯黏土地层中纤维锚杆加固下的隧道掌子面稳定性,在极限分析上限法的理论框架下,将二维均质法推广至三维。结合“锚杆—土”相互作用机理提出改进的三维均质法,再结合连续速度场概念,建立先进三维破坏模型。由于三维连续速度场中的速度计算较为复杂,将该模型三维离散化,通过三维能耗分析建立离散形式的能量方程,复杂的曲面积分被巧妙转化成相对简单的离散体求和,再采用强度折减法和二分法求解能耗方程得到掌子面稳定性安全系数。构建一系列数值模型进行对比,两者计算所得安全系数趋势一致、数值接近,验证该模型的正确性,同时体现该模型计算效率的优越性。基于验证后的模型对锚杆长度和锚杆密度2个关键参数进行敏感性分析,研究结果表明,“新意法”施工时,在纯黏土地层中仅采用锚杆加固掌子面的效果不够理想,应结合其他加固技术(管棚加固、地表注浆等)以保证掌子面稳定和有效降低地表沉降。总体而言,所提出的三维模型能够较好地评估纯黏土地层锚杆加固隧道掌子面的稳定性,可为实际工程的设计和施工提...     

砂土条件下加固隧道掌子面稳定性研究

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,结合普氏压力拱理论并参照三维旋转破坏机制,提出考虑土供效应条件下改进的三维旋转破坏模型对砂土条件下隧道掌子面稳定性进行研究.所提出的破坏模型可分为2部分:1)位于交叉层的旋转破坏部分;2)位于覆盖层的拱形破坏部分.基于本文所提出的改进破坏模型,采用岩土-锚杆模型对加固隧道掌子面稳定性进行研...     

基于强度折减法隧道开挖面的稳定性评价

从塑性极限分析机动学方法出发,利用土的强度折减系数概念,建立了隧道开挖面三维稳定性分析模型,确定了潜在破坏模式下的开挖面稳定系数。针对典型问题,通过与楔形体模型、梯形楔体模型以及离心模型试验对比分析,得出的计算结果介于楔形体模型和梯形楔体模型之间,更接近于离心模型试验结果,验证了方法的合理性。     

富水地层隧道施工管线综合保护技术

以深圳轨道交通4号线上民区间为例,介绍了在富水矿山法隧道施工中上覆管线保护相关措施,经过一系列措施实施,隧道顺利贯通,沉降车可控范围内,管线亦未发生断裂、泄露事故。该方法可为类似工程提供借鉴。     

岩溶隧道掌子面突水机制及岩墙安全厚度研究

从断裂力学角度分析高压岩溶水作用下裂隙扩展机理,认为自然营造力作用下水力劈裂多属压剪破坏模式。运用断裂力学和水力学理论分析隧道掌子面突水滞后效应和扩径效应,指出:裂纹扩展跳跃性在宏观上表现为隧道掌子面突水的滞后性;掌子面突水通道最终形成需经过多个阶段,其最终尺寸受岩溶水压力、掌子面岩体质量等因素控制。认为隧道掌子面突水是由于开挖扰动降低了水压劈裂的临界水压力造成的。据此观点,建立基于临界水压力的掌子面岩墙安全厚度计算公式。以宜万线云雾山隧道为例,计算得到岩墙最小安全厚度与施工中普遍采用预留厚度较为一致,说明此方法较为合理,可为类似工程提供参考。     

基于GIS的岩溶隧道富水程度评价技术研究

研究目的:突涌水是岩溶地区隧道施工过程中最常见的工程地质问题,具有隐蔽性、突发性和破坏性强的特点,已成为当前隧道建设面临的主要难题之一。为有效防范突涌水灾害风险,本文采用GIS空间分析技术和层次分析方法,构建了多尺度、多因素量化融合的岩溶隧道富水评价模型,以系统反映各类因素对隧道富水的控制作用,有效提高岩溶隧道富水程度预测的准确性。研究结论:(1)由于岩溶隧道富水问题的复杂性,本文综合考虑岩性、地形、构造和水源等影响因素,建立了7个主要影响因子的量化分级标准,通过层次分析法构建了岩溶隧道富水评价模型;(2)采用评价模型对吕梁山隧道富水程度进行分析和预测,结果显示极强富水区占隧道长度的43.7%,强富水区占25.3%,中等富水区占12.8%,弱富水区占18.2%,与施工开挖后涌水量对比,预测准确率为84.3%;(3)本研究成果大幅提高了隧道富水评价的准确性,可为岩溶隧道富水程度和涌水风险预测提供实践参考。     

富水黄土围岩含水量变化对隧道稳定性影响的数值模拟分析

在富水黄土地区进行隧道建设,若采用排水法施工将涉及施工阶段和运营阶段的降水.由于地下水位降低,黄土围岩含水量将发生变化,进而对隧道变形及稳定性产生影响.文章以ZX客运专线ZM富水黄土隧道DK225 650断面为典型断面,借助于PLAXIS岩土工程有限元软件,开展了富水黄土隧道围岩含水量的变化对隧道稳定性的影响;降水引起的地表沉降及沉降槽宽度影响的数值模拟研究.     

南京富水松软地层新建盾构隧道穿越引起的既有隧道工程安全等级划分

为定量评估既有地铁盾构隧道受穿越施工扰动后的结构安全状态与服役性能,采用MIDAS软件建立了新建盾构隧道穿越既有盾构隧道的三维数值模型。通过调整隧道间的竖向净距,对南京地区以富水砂层、软土层为主的松软地层条件下的盾构隧道穿越施工引起的既有隧道的竖向位移响应进行了定量研究,并根据隧道的力学衰减特性分析了既有隧道的安全等级。结果表明：盾构隧道下穿、上跨施工引起沿既有隧道纵向土体的沉降曲线分别呈“W”型、“M”型,相同地层条件下上跨施工引起的既有隧道变形的绝对值比下穿施工小;南京富水砂层、软土层新建隧道穿越引起既有隧道沉降半槽范围分别约为3.5倍与5.0倍隧道外径;结合既有隧道力学性能衰退特征,以隧道纵向差异变形量作为指标将盾构隧道穿越工程划分为微弱影响、一般影响、显著影响、强烈影响等四类;根据数值模拟和历史变形数据,预测了南京地区3个典型的盾构隧道穿越工程施工完成后既有盾构隧道的竖向差异变形量,据此计算了相应的影响等级及其同等级下的竖向变形余量。     

富水软弱地层隧道复合加固机理及参数研究

水平旋喷技术因具备加固地层和止水的双重功能,成为富水软弱地层隧道预支护的较好选择,然而,受地质条件、材料特性及施工工艺限制,预支护体本身存在着不可避免的缺陷,若与掌子面加固复合应用可较好克服缺陷,针对两者复合机理进行分析,同时依托具体工程进行参数讨论。研究结果表明:水平旋喷桩径及刚度增至一定量时,对地表沉降控制效果不再明显;掌子面加固对掌子面挤出变形控制也有一个较优范围,超过该范围控制效果不明显。说明水平旋喷预支护与掌子面加固不能一味强调加固范围及刚度,应根据具体工程选择最佳值。     

隧道工程突水机制及对策

为防治隧道工程水害,运用系统分析方法、岩体结构控制理论和岩土优势面理论,研究隧道工程突水机制及其对策。结果表明,充足的水源、顺畅的和足够大的通道是突水必须具备的2个基本条件。水源包括含水层、江河、溶洞和采空区积水、洪水倒灌水、富水优势断裂;通道主要是断裂,断裂包括原生断裂、活化断裂和后生断裂。断裂的富水性、导水性受断裂的时间性、断裂的规模及空间结构、断裂力学性质、断裂两盘的岩性、施工对断裂的扰动程度等因素的综合影响。建立断裂的时间、断裂力学性质、断裂规模、断裂两盘岩性4种优势指标及其量化评价体系。根据优势指标确定某具体隧道工程中断裂的突水等级,对不同等级的突水优势断裂采用不同的工程对策,但对非突水优势断裂必须考虑施工扰动后的活化问题。     

富水隧道基于温度比拟法的合理注浆参数研究

以南大梁(南充-大竹-梁平)高速华蓥山隧道为工程背景,针对其在断层富水区段使用的“以堵为主,限量排放”的防排水原则,采用温度比拟法对不同注浆参数下衬砌的外水压力、内力、安全系数以及隧道排水量进行研究。研究结果表明:注浆圈在一定施作范围内可有效降低隧道洞内排水量、衬砌结构外水压及其内力,从而增大衬砌结构安全系数,提高其安全储备能力,但总体而言,注浆参数存在一个相对经济合理的范围。据此,以隧道设计排水量和二次衬砌结构安全性为评判标准,结合隧区生态环境等要求,提出华蓥山隧道注浆参数的设计建议值。     

强富水裂隙岩体隧道衬砌水压力特征及稳定性研究

为控制隧道穿越强富水裂隙岩体围岩稳定性,以天河山隧道为例,采用三维相似模拟试验研究了衬砌水压力特征,得出相较于传统的无环向盲管而言,有环向盲管的配置使得衬砌背后水压力轻微减小;在衬砌结构的关键交接点上的衬砌背后水压力的数值相对于非交叉位置衬砌背后水压力值较小;围岩底部排水系统和衬砌环向与纵向盲管排水系统之间相互配合,此种设置能够降低高水压富水裂隙岩体隧道衬砌背后的水压力。同时提出了“反压土石回填+型钢支撑+小导管注浆+超前管棚注浆”控制措施。现场监测结果表明：隧道钢拱架最大受力位置为拱顶,受拉值为45.3 MPa,最大围岩压力出现在左侧拱墙,为0.129 5 MPa,且二者在仰拱施作完成后围岩压力趋于稳定,说明整体结构处于安全状态。     

富水蚀变岩隧道开挖大变形特征分析

在充分研究花岗岩蚀变带工程地质及蚀变特性的基础上,运用隧道工程理论和围岩监测技术与方法,对隧道施工方法及支护结构与参数进行了分析.发现尽管花岗岩本身强度较高,但由于其蚀变特性和地下水等因素的作用,大幅度降低隧道围岩强度导致围岩出现较大变形.根据花岗蚀变岩隧道开挖过程围岩变形特点,提出了“加大预留变形量并采取衬砌紧跟”的措施.施工实践表明,该法可以满足围岩稳定要求和结构安全.     

基于GIS及AHP-熵权法的长大深埋隧道富水评价

研究目的:隧道涌水灾害是山区铁路建设的主要地质问题之一,隧道富水程度研究对于灾害预测和治理具有重要意义.为完善隧道富水评价理论,提高预测准确率,本文提出隧道富水影响因子量化标准,将GIS与AHP-熵权法相结合,建立隧道富水评价体系,并通过工程实例验证该体系的可靠性.研究结论:(1)提出了GIS与AHP-熵权法相结合的评...     

中梁山隧道高压富水区帷幕注浆技术

依托中梁山隧道下穿余家湾水库段高压富水区工程,详细介绍超前全断面帷幕注浆的施工方案;综合采用红外探水法、超前探孔法、检查孔法等,对注浆效果进行检验 开挖揭露后证明,岩溶裂隙和管道可以得到有效封堵,且注浆效果良好.     

基于机器视觉三维重建技术的隧道掌子面岩体结构数字识别方法及应用

提出采用数字图像结合机器视觉方法获取隧道掌子面岩体表观信息。通过采集隧道开挖面的序列图像,生成开挖面岩体表面的三维点云模型,利用投影算法获得隧道掌子面及硐壁岩体结构的平面模型高清影像;基于影像表面结构迹线素描结果进行岩体节理特征的量化描述。将该方法应用于东天山公路隧道开挖面岩体节理分布、节理倾角间距等特征参数的获取。研究结果表明:该方法可快速生成开挖面三维点云模型,实现隧道地质信息编录与围岩级别辨识,具有快速、准确的优点,可为施工提供参考。     

富水砂层地下水位变化对盾构隧道衬砌结构的影响分析

利用Plaxis软件建立有限元模型,分析富水砂层地下水位升降速率对区间盾构隧道衬砌内力的影响.结合南昌地下水位升降规律拟定若干工况,通过将模拟结果与监测数据进行对比分析,验证了模型的正确性,并对各工况下隧道衬砌结构内力进行对比分析.研究结果表明:地下水位上升则衬砌弯矩减小,地下水位下降则衬砌弯矩增大;地下水位升降速率不...     

超浅埋富水全风化花岗岩大断面隧道施工技术

新建沪昆客专湖南段磨把公隧道出口段近800 m为连续浅埋全风化花岗岩,施工采用常规的短台阶工法,超浅埋和强富水地段采用袖阀管注浆和井点降水预加固,加强开挖支护参数等措施,有效控制了变形沉降和坍塌事故发生。在此基础上,研究总结了全风化花岗岩变形规律,提出了预防与控制措施,可为同类工程施工提供参考。