高应力软岩单线铁路隧道大变形控制技术研究

高地应力软岩条件下隧道开挖极易引发大变形问题,尤其单线铁路隧道由于其不利的断面形式,使变形控制更加困难。以在建的丽江—香格里拉铁路长坪隧道为工程依托,总结高地应力软岩单线铁路隧道大变形诱发因素及大变形特征,提出针对性控制措施,并开展现场试验,分析隧道变形及结构受力发展规律,验证变形控制技术的合理性。结果表明:高地应力、软弱破坏围岩、不利断面形式及不合理开挖方法等因素是造成单线铁路隧道产生大变形的主要原因;隧道变形持续时间长,变形量大,尤其边墙位置变形收敛明显,拱架及喷射混凝土破坏严重;采用优化断面形式、加长锚杆、提高支护刚度、减少开挖分部等措施,可以改善结构受力,充分发挥主动控制作用,有效控制围岩变形。     

交通/水工隧道中基于预应力锚固系统的及时主动支护理念及其技术实现

为实现新奥法充分调动围岩承载能力这一核心理念,能够实现及时主动支护的锚固体系是关键。基于此,从及时主动支护技术的内涵及作用机理分析入手,对预应力构件及早施加主动支护阻力,以增强岩体自承载能力,从而实现变形控制的作用机理进行了阐述;以滇中引水工程楚雄段柳家村隧洞为依托,对比分析了主、被动支护作用效应,验证了主动支护对于围岩位移及塑性区发展的有效控制;针对具有长期服役要求的交通/水工隧道,结合不同岩体状况,提出为实现及时主动支护,在一般岩体中建议采用端头机械锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式,在软弱破碎岩体中则建议采用端头树脂锚固+自由段水泥砂浆锚固的锚固形式。上述2种锚固形式一方面通过临时性端锚及早施加预应力以实现及时主动支护,另一方面在洞室变形基本稳定后进行后期注浆,在有效防止预应力损失的同时,使得锚固体系具有良好的耐久性,为基于预应力锚固体系的及时主动支护理念在交通/水工隧道工程中的成功应用奠定了坚实的基础。     

高地应力软岩大变形隧道关键技术研究

随着我国交通建设的快速发展,山岭隧道建设中高地应力软岩不良地质情况屡屡发生。高地应力软岩隧道变形大、处理风险高、工期时间长,有效预防和控制隧道大变形成为目前隧道建设中亟需解决的问题。对高地应力软岩隧道特点进行总结,揭示高地应力条件下隧道大变形产生机理及影响因素,研究高地应力软岩地质条件下变形控制技术,并在实际工程中得到成功应用。研究结果对高应力软岩条件下隧道施工具有重要指导和借鉴意义。     

极高地应力软岩隧道超前导洞应力释放及多层支护变形控制技术

为了解决极高地应力软岩隧道大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下主要结论:1)提出了"先放后抗,抗放结合,锚固加强"的变形控制理念;2)得出了该隧道岭脊核心段"超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)超前导洞应力释放效果明显,正洞累计变形减小幅度约为34%;4)得到了圆形多层支护结构变形规律;5)累计变形均控制在设计预留变形量内,保证了该隧道岭脊核心段大变形控制效果。     

让压预应力锚索在软岩隧道大变形控制中的作用机制研究

为解决高地压、高流变条件下软岩隧道围岩及支护结构大变形控制难题，通过理论和数值分析，研究让压预应力锚索在隧道大变形控制中的作用机制。研究内容包括2个方面，一是研究新型让压锚垫板在低预紧力及低围压下的力学性能，满足支护结构先柔让压的要求； 二是让压结束后，预应力锚索在高预紧力条件下改善支护结构受力性能，实现后刚强支的作用。结果表明： 1）预应力锚索通过施加预紧力，增大洞壁径向阻力，提高围岩稳定性； 2）预应力锚索在让压结束后对支护结构的主要作用是减跨，由此提高支护结构刚度和承载能力； 3）围岩、支护结构和让压预应力锚索变形协调，力学上相互耦合，构成“先柔后刚”的支护体系。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

德胜隧道软岩严重大变形施工控制技术

德胜隧道位于区域大断裂带内,处于极高地应力环境,在千枚岩地段施工中发生了严重的软岩大变形。文中针对大变形发生特征开展原因分析,采用圆形结构断面、增加预留变形量、长短锚杆结合、双层型钢拱架、长锁脚锚管、径向注浆等组合措施,并提出二次支护、长锚杆、二次衬砌合理施作时机,有效控制了软岩大变形。     

高速公路软岩隧道复合支护机理的FLAC解析

结合软弱围岩隧道工程地质和支护设计特点 ,应用有限差分方法 ( FLAC)模拟研究了软岩隧道受力变形特征和围岩收敛曲线 ,并分析了复合支护结构中一次支护和二次支护结构的作用机理及作用效果。研究结果表明 ,软岩隧道开挖和一次支护后围岩支护压力随拱顶位移增加而连续减小 ,预测的最大位移均发生在隧道拱顶。但是 ,在同样支护压力下 ,考虑软岩流变特征的收敛曲线的拱顶位移要大得多 ,必须及时设置二次支护。另外二次支护结构还将起到承受流变压力的作用     

小孔径预应力锚索合理支护参数研究

为探讨软岩隧道小孔径预应力锚索合理支护参数,以甘肃渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托,在对不同围岩条件进行分类的基础上,通过现场试验研究了小孔径预应力锚索的变形控制效果,并结合现场试验与数值模拟分析结果,建议了不同围岩条件下小孔径预应力锚索的合理支护参数。结果表明：木寨岭隧道围岩可分为以炭质千枚岩为主、以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主和以砂质板岩为主3种情况;围岩以炭质千枚岩为主时,隧道变形最大;以炭质千枚岩与砂质板岩互层为主时,隧道变形次之;以砂质板岩为主时,隧道变形最小;现有预应力锚索支护方案适用于以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主的围岩,支护参数可维持不变;围岩以炭质千枚岩为主时,锚索锚固效果往往难以达到设计要求,建议采用5 m+12 m长短锚索组合,环向间距取0.8 m,排距取0.6 m,预紧力不宜超过200 kN;围岩以砂质板岩为主时,现有支护方案偏于保守,建议锚索长度全部采用5 m,环向间距取1.2～1.6 m,排距取0.8 m,预紧力可施加至300 kN以上。成果可为类似地层隧道小孔径预应力锚索支护参数选取提供参考。     

软岩隧道大变形机理分析

围岩大变形是软岩隧道建设中的常见灾害,由此引起初支破坏、工程延期、造价增加,给施工安全带来较大威胁。以十房高速公路通省隧道大变形为背景,从岩性、岩体塑性变形、地应力等方面分析软岩隧道的变形机理,并利用FLAC3D模拟通省隧道的开挖支护和围岩变形过程,最后提出了应对大变形的控制措施,以期减少灾害、指导施工。     

大断面软岩隧道变形控制技术研究

隧道开挖后受地应力影响极易发生变形,严重的将导致坍方等安全事故,若侵入结构还需要二次扩挖处理。为保障软弱围岩隧道的施工安全,避免二次扩挖,结合国内外隧道的典型案例和经验,从分析围岩的强度应力比出发,针对不同的软岩类型,对预留变形量、预加固措施、弱爆破的基本原则,综合信息方法、支护措施、施工要点等内容进行归纳研究。研究表明:1)预留变形量选择要充分考虑隧道的最大地应力和不同软岩物理特性的影响;2)上台阶采取有效预加固措施后,可以实施大断面开挖;3)不同地应力环境,必须根据信息成果,针对变形特征优化设计支护参数后,变形完全能够有效控制。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。     

大断面软岩隧道变形特征及多层初支控制研究

以连城山大断面软岩隧道工程为依托,基于施工监测数据,对比分析了单层I22b钢拱架初期支护、单层H20b型钢拱架初期支护、双层122b工字钢拱架初期支护和双层H20b型钢拱架初期支护4种支护方案下围岩的变形规律与支护的受力特征.结果表明,单层和双层I22b钢拱架初期支护均不能控制隧道的大变形,而双层H20b型钢拱架初期支...     

软岩隧道初期支护沉降变形分析及控制方法

目前存在对软岩隧道初期支护变形的错误认识,造成施工成本的浪费、安全风险的增大、进度被严重制约等不利影响,所以非常有必要对隧道初期支护变形进行研究分析并控制。首先以“矿山法”工程实践证明软岩隧道预留变形量是不必设置的,再通过各种权威文献说明以容许变形来实现围岩自承的观念是对“新奥法”的曲解,是错误的,需要找出支护变形的真正原因并控制。通过总结分析隧道支护常见的6 种位移及其组合,得出为控制初期支护变形需要解决支护底脚地基承载力和支护结构强度2 方面问题。于是建立以“分布锚杆+钢架+喷射混凝土且系统分布锚杆模拟为具有法向和切向作用力的链杆支座的结构力学模型”,可计算出支护结构底脚应力及截面最大应力等值,由此可得出对地基承载力和支护结构强度要求的明确标准,或对改善支护底脚抗力提供数值依据。计算结果表明: 系统分布锚杆能极大地降低支护结构的弯矩、轴力内力和底脚应力,从而增强支护结构的承载力和降低基底应力,使变形和沉降得以有效控制。     

基于离散单元法的软岩隧道施工过程数值模拟与围岩变形分析

以震后重建工程S302线大马庄隧道为工程实例,采用通用离散元程序UDEC建立平面弹塑性模型,进行了隧道施工过程数值模拟,得到了某一指定横断面上各监控点的全断面开挖围岩变形量及其变化规律,并与实际现场量测数据对比,发现模型计算所得量值与实测量值能较好地吻合。同时采用UDEC程序对该断面进行了台阶法开挖模拟,模拟结果表明分部开挖可有效减小拱顶沉降量和水平位移量,抑制底拱部隆起,且围岩变形主要发生在上台阶开挖阶段,及早闭合临时仰拱可有效减少围岩变形。离散元程序可根据现场情况模拟围岩变形规律,并可结合实测数据对施工提出修改和指导意见。     

堡镇隧道软岩高地应力地层大变形控制关键技术

宜万线堡镇隧道施工中遇到高地应力软岩大变形,开挖地质情况与设计不符,初期支护变形严重等问题,为了安全顺利通过此段,施工中采用了先柔后刚、先放后抗、多重支护,提高二次衬砌刚度和超短台阶等支护措施,有效控制了围岩大变形。为了更好地控制变形,采用了变形预测程序,通过对预测值和实测值比较,证实了预测软件具有较好的可靠性。通过变形量测资料及时调整支护参数,顺利通过了高地应力软岩段。     

软岩隧道光面爆破技术

隧道开挖光面爆破在硬质围岩中取得了很好的效果,但在软岩开挖中光爆效果较差。该文针对在软岩开挖过程中推广使用新的施工技术,介绍了光爆设计方法,以达到理想的光爆效果,以便减少超、欠挖,节省投资,降低工程成本。