炭质板岩大变形隧道施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道围岩主要以炭质板岩为主,开挖后初期支护出现较大变形,且变形持续时间长。通过分析,高地应力和软岩是造成大变形的主要原因。施工过程中通过提高初期支护强度、加设长锚杆注浆、预留合理变形量和采用双层初期支护来控制变形。并采用超前小导洞应力释放法和预留空间释放法,以减缓变形速率。对高地应力软岩隧道变形控制技术进行探索,为此类隧道施工提供技术参考。     

软岩隧道施工地质灾害形成机理研究

软岩隧道在施工过程中极易产生支护结构开裂、大变形、渗漏水、掉块、塌方等地质灾害,严重威胁施工人员和机械安全,造成巨大的经济损失。为深入研究软岩隧道施工地质灾害的形成机理,结合依托工程的实际情况,总结分析了其地质灾害的基本特性,并利用围岩单轴抗压性能试验分析了软岩隧道在地下水影响作用下的变化情况,同时利用数值模拟手段研究了软岩隧道围岩在初始状态及浸水状态下的竖向位移及塑性区分布情况,从而全面揭示了软岩隧道地质灾害的形成机理。研究成果为类似工程提供了理论指导。     

重塑黄土的湿化变形规律及细观结构演化特性

为了研究填土在三轴浸水过程中的湿化变形规律及其细观结构演化特性,用改进的非饱和土CT-三轴仪对延安新区的重塑Q₂黄土做了3组共17个偏压固结浸水试验. 在三轴浸水过程中对试样的两个断面进行了多次CT扫描,得到了固结和湿化过程中土样的宏观变形以及土样内部细观结构演化的CT图像和相应的CT数据,基于CT数定义了土的结构性参数和结构演化变量. 研究结果表明:干密度、净围压、基质吸力和偏应力均对试样的湿化变形特性有显著影响;提高干密度可有效减小湿化变形量和降低湿剪破坏的风险（干密度1.52、1.69 g/cm3的试样浸水过程中体应变分别为–0.58%～4.66%、–0.58%～2.43%,干密度1.79 g/cm3的试样体应变为0.019%）;湿化过程中试样越来越密实,试样的CT数均增大;浸水初期,试样原有结构发生破坏,CT数变化较剧烈,均能达到总变化量的60%;同时干密度、净围压、基质吸力、偏应力及含水率对土的结构性参数和结构演化变量有显著影响. 研究成果对填土工程的设计具有重要参考价值,为建立非饱和重塑黄土的结构损伤演化方程与结构性模型提供了科学依据.      

高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究

为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析. 在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系. 研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.      

湘西膨胀土膨胀变形及膨胀力特性试验研究

为研究湘西弱膨胀土的膨胀变形及膨胀力特性,开展了不同含水率下湘西膨胀土的无荷及有荷膨胀试验。结果表明：相同含水率下,无荷膨胀试验的膨胀速率和最终膨胀率远高于有荷膨胀试验。上覆应力越大,试样膨胀变形越小。当上覆应力超过膨胀力时,试样开始产生压缩变形,且应力越大,压缩变形越大。含水率越高,同一上覆应力下试样膨胀变形就越小,试样的膨胀力也越小。不同含水率下湘西弱膨胀土的膨胀变形与上覆应力可用双参数对数模型拟合,模型参数含义分别为试样的无荷膨胀率和膨胀率随应力增加的衰减速率。试样膨胀力可通过对数模型的参数表征,并与含水率呈负指数形式。     

关角隧道大变形处理技术

关角隧道全长32.645 km,为目前国内在建的最长的单线铁路隧道。隧道通过区岩性极其复杂,沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩类均有出露,断裂构造极为发育,通过大小不等断层共17条,其中二郎洞断层束长达2 355 m,且具有一定的高地应力。受复杂地质的影响,关角隧道施工中发生了不同程度的大变形,最大变形达到了505 mm,现场对发生变形段采取了横撑、长锚杆、径向注浆、二次支护等措施进行加强,对未开段采取了加强初期支护、双层初期支护、调整初期支护曲率等措施来抑制变形并取得了成功。     

铁路路基膨胀土工程特性指标试验研究

为改善路基原状土的工程特性,以西安至南京铁路试验段为工程背景,进行了膨胀土填料工程特性的系统试验研究.采用室内土工物性基本试验、直剪试验以及动静三轴试验,对膨胀土的物理力学参数进行测定,针对工程改良土实际特性提出用掺石灰的方法改良原状土,分析对比了改良前后的颗粒分布、物理性质、水理性质、强度和膨胀性指标.结果表明:弱膨胀土及中等膨胀土经石灰改良处理后,土的颗粒组成、物理性质、胀缩特性均有明显改善,力学强度和水稳特性大大提高; 根据物理与力学性质、胀缩性、水稳性等试验结果,推荐采用的最佳掺灰比为5%.      

单线铁路隧道高地应力软岩破碎带大变形控制措施研究

为解决高地应力隧道软岩破碎带大变形的控制问题,以兰渝铁路某隧道为例,分析了软岩破碎带的变形特征,结合前期变形控制的经验,确定软岩破碎带的变形等级,采取保护围岩的施工理念,选择合理的支护参数,加强锁脚锚杆,施作锁固锚杆,使支护结构均匀受力,预留合理变形量并确定工序化注浆和横撑支护加强的时机,短台阶开挖、快速封闭和适时施作衬砌,建立大变形控制流程,有效控制了隧道软岩破碎带大变形.     

浅埋膨胀岩隧道洞口变形处理方法研究——玉蒙铁路新寨隧道案例

膨胀岩隧道洞口段施工中变形问题较为多见,整治有一定难度。阐述玉蒙铁路新寨隧道进口段施工过程中隧道洞口的变形情况、变形处理方案、支护措施及效果监测。研究能够为浅埋膨胀岩隧道洞口段的变形处理提供案例借鉴。     

硬质岩地层隧道注浆堵水材料配比及注浆工艺研究

硬质岩地层隧道由于赋水空间联通性好,常规的注浆材料效果不理想。通过对硬质岩地层隧道渗漏水特点的分析,在注浆材料中掺加外加剂以改善材料性能,并结合金台铁路南庄岭隧道进行现场注浆试验,总结出合理的注浆工艺,最终确定注浆材料为1∶1水泥浆,抗分散剂采用阴离子聚丙烯酰胺,掺量为0.5%,注浆堵水效果大大提高。     

高地应力软岩隧道支护时机及预留变形量研究

隧道的合理支护时机与预留变形量是制约施工工期和工程造价的重要因素。以湖北省宜巴高速公路峡口隧道为例,采用数值模拟方法,对隧道围岩的时空变形规律进行分析,研究高地应力软岩隧道的合理支护时机与预留变形量。结果表明:高地应力软岩隧道开挖过程中,围岩变形以与时间相关的蠕变变形为主,拱顶下沉蠕变变形量占总变形量的78%,水平收敛蠕变变形量占总变形量的71%。拱顶下沉量在15 d 后即可达到其总变形量的90%,水平收敛量在12 d 后达到其总变形量的90%。按照极限位移准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖15 d 后;按照变形速率准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖25 d 后;合理的支护时机应在隧道开挖后15 ~25 d。基于研究结果,峡口隧道设置的预留变形量设计为35 cm,通过对二次衬砌进行长期稳定性分析,验证了该预留变形量是合理的。     

膨胀性泥岩膨胀性试验研究

结合隧道工程探讨膨胀性泥岩的膨胀特性,试验材料取自隧道施工现场的白垩系泥岩和第三系泥岩。通过对取芯机进行改造采用干法取样,采用通高压风代替通水的方法进行冷却,避免岩土含水率变化和卡钻等问题,测试泥岩在不同情况下的膨胀率及膨胀压力。研究表明：白垩系泥岩和第三系泥岩的矿物成分基本一致;白垩系泥岩和第三系泥岩泥岩的膨胀率为1.5%～3.0%、1.0%～2.0%,白垩系泥岩较第三系泥岩的吸水性高,整体来讲两种岩石膨胀性较低,吸水性较弱;白垩系泥岩和第三系泥岩两种泥岩膨胀力在浸水前期快速增长,最终膨胀力平均值达231.6 kPa、250.8 kPa。为膨胀性泥岩隧道变形破坏机理和控制技术研究提供基础。     

软弱地层环境下地铁盾构下穿铁路框架桥影响分析及应对措施

以杭州地铁 9 号线一期工程下穿沪杭铁路框架桥为背景, 建立盾构下穿施工三维数值模型, 分析软弱地层环境下地铁盾构隧道下穿施工对铁路框架桥的影响, 提出多种确保铁路安全运营应对措施, 并在施工过程中进行现场监测。 数值分析表明, 盾构隧道下穿施工中铁路框架桥最大沉降量为 6. 72mm, 进行洞内注浆加固后, 最大沉降量降为 4. 76mm, 说明在软弱地层环境下及时进行洞内注浆对抑制铁路框架桥的沉降变形具有显著效果; 监测结果表明, 盾构右线施工对框架桥沉降变形的影响大于左线, 铁路框架桥最大沉降达到 6. 9mm, 采取应对措施及时进行洞内二次注浆, 可有效控制框架桥的持续沉降变形, 铁路框架桥处于安全可控状态。     

公路工程中膨胀土路基的施工工艺

膨胀土的定义具有较大的吸水后显著膨胀、失水后显著收缩特性的高液限粘土。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,为一种高塑性粘土,一般承载力较高,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性,性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形,造成位移、开裂、倾斜甚至破坏,且往往成群出现,     

风化泥岩作为路基填料的试验研究

南京绕越高速公路方山区域广泛分布风化泥岩,文章对该风化泥岩作为高速公路路基填料的问题进行研究。室内试验成果表明：泥岩开挖料具有遇水膨胀崩解和泥化特征,水稳定性差,但如采用橡皮膜包裹,则岩块试样浸水后完整性较好。     

基于响应曲面法的玄武岩纤维-岩沥青混合料路用性能研究

为提升沥青混合料路面的路用性能,有效化解岩沥青对混合料低温抗裂性的不利影响,采用响应曲面法,并基于汉堡车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验和四点弯曲疲劳试验,对不同玄武岩纤维和岩沥青掺量下的混合料进行路用性能及抗疲劳特性评价。结果表明,玄武岩纤维和岩沥青的复合增强作用,可显著提升沥青混合料的高温性能、水稳定性和抗疲劳特性;通过响应曲面法设计预测,获得玄武岩纤维和岩沥青的最佳掺比分别为0.495%和7.6%,且经试验验证,预测值与实测值之间的计算准确度均>98%,此最佳掺比下,沥青混合料表现出优良的路用性能。     

地表注浆在亚粘土隧道开挖中的应用

结合某高速公路隧道在开挖后地表出现开裂,初期支护出现变形的实际情况,为提高围岩自稳能力,降低透水性能,加强基底承载力,以保证工程质量和安全的目的,采用地表注浆处治措施。通过现场试验和计算,选定技术参数。注浆处理后,围岩强度明显提高,经监测处于稳定状态。     

云台山公路隧道浅埋偏压段施工技术

针对云台山隧道洞口段浅埋偏压破碎围岩的实际情况,为提高围岩强度,保证其稳定性,改善隧道成拱的作用,提出了采用偏压挡土墙、地表小导管预注浆等技术处理措施。综合分析表明:注浆处理后,围岩完整程度和强度明显提高,采用偏压挡土墙后,保证了洞顶覆盖体稳定性,洞内围岩变形量较小,初期支护及二衬整体受力特征得到了很大改善,小导管预注浆等处理措施效果显著。     

软岩小净距公路隧道设计优化及稳定性研究

小净距隧道施工一直是工程建设中的难题,尤其是不良地质条件下的隧道开挖,施工灾害问题尤为突出。为确保软岩隧道的施工安全,以某小净距公路隧道为工程背景,通过计算模拟,基于现场试验,提出地表沉降控制技术,建立优化支护结构方案。现场监测数据分析结果表明：地表沉降变形的发展表现为变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形平稳阶段,隧道开挖对近地表围岩变形的影响范围约为2.5倍洞径。深仰拱和锁脚锚杆技术在现场实施后,测得围岩拱顶沉降和水平收敛分别控制在97.33 mm和44.23 mm,约束围岩变形效果明显,最终结构受力也较为均匀。设计优化的成功实施可为类似隧道工程提供借鉴和参考。     

膨胀剂对CA砂浆依时变形特性的影响

为保持板式轨道关键弹性垫层CA（cement asphalt）砂浆的体积稳定性,研究了膨胀剂种类、掺量和养护湿度对CA砂浆依时变形特性的影响．结果表明,铝粉作膨胀剂时,CA砂浆在0—12h内膨胀,16h后收缩,铝粉掺量对其硬化后变形基本无影响．U型膨胀剂对CA砂浆12h内的收缩补偿作用较小,20h后体积产生明显膨胀,7d时膨胀率最大,后收缩,且其收缩率随膨胀剂掺量增加而降低．复掺铝粉和U型膨胀剂的CA砂浆7d时膨胀率达到最大,后收缩,收缩率随养护湿度增大而减小,介于0．035％0～0．100％o之间．M型膨胀剂能明显地降低CA砂浆的后期收缩,180d龄期收缩率降低0．16％o以上．