跨海隧道风化槽围岩力学特性研究

厦门海底隧道工程是我国建设的第一条海底公路隧道。隧道在建设过程中穿越F1、F2、F3、F4四条断层破碎带,破碎带处洞体围岩软弱、破碎,岩体主要为风化破碎类花岗岩。该类岩体尤其是强风化花岗岩强度低,压缩性高,自稳和自承能力差,给隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择方面带来一系列特殊的问题。本文主要通过对风化破碎类花岗岩(主要包括微风化花岗岩和强风化花岗岩)试样进行一系列的室内试验,重点研究风化槽花岗岩的力学行为,建立适合风化槽围岩特点的流变力学模型。本文的研究成果为海底隧道风化槽隧道围岩注浆加固和衬砌设计提供可靠依据和技术支撑。     

土岩组合地层浅埋隧道埋深确定方法研究

为能更好地确定土岩组合地层浅埋暗挖埋深,以青岛地铁某浅埋暗挖车站为依托,采用数值模拟为研究方法,研究岩跨比、覆跨比等指标对隧道埋深的影响,并在此基础上从多指标角度出发研究其对隧道埋深的敏感性影响。研究表明:1)在强风化-微风化花岗岩地层隧道施工过程中上覆岩体和土体对围岩的稳定贡献程度不同,上覆岩体更有利于隧道的稳定;2)在青岛典型土岩组合地层中确定地铁车站埋深时,隧道的安全性对上覆岩层的厚度最为敏感,其次为覆跨比,覆盖层自重荷载影响隧道施工后的变形及受力。     

大断面公路隧道围岩变形地质因素分析

新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂.对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析,并从岩体质量、断层破碎带、不连续面空间位置、地下水、隧道埋深等方面分析它们对围岩变形的影响程度.结果显示:1)岩体质量与隧道开挖后围岩的变形成反比;2)断层破碎带区段围岩变形量大、持续时间长;3)隧道开挖与不连续面成逆倾向、大倾角时,围岩变形小;4)地下水引起围岩稳定性下降,变形增大;5)隧道埋深也是影响围岩变形的因素.     

新建川藏铁路大渡河特大桥成都岸隧道锚群洞效应分析

针对大渡河桥成都岸隧道锚具有锚洞长、倾角陡、断面大、围岩地质差、碎裂岩发育、群洞效应显著等特点,采用三维数值仿真软件对其施工过程进行模拟,分析其围岩应力、变形及支护结构受力特征,结果表明:1)围岩开挖变形较显著区域主要集中在碎裂岩分布区域,埋深越大围岩变形越大;开挖后,隧道锚锚洞围岩变形量值最大为181.1mm,出现在锚塞体靠近后锚室段部位。2)碎裂岩分布洞段围岩塑性区延伸范围相对较大,深度最大超过7m。3)围岩损伤破坏最严重的区域在临空面附近,特别是碎裂岩分布洞段的边墙和底板部位;其中,以锚塞体和后锚室段损伤程度最为严重,围岩损伤最大深度接近5m。4)大部分支护结构受力在设计要求范围内,局部支护结构的应力值较大,出现屈服现象。     

小净距隧道稳定性影响因素的数值模拟

运用ANSYS数值模拟手段,对不同埋深、净距、围岩等级的小净距隧道进行三因素四水平的正交试验,通过对不同因素组合下隧道帮部、顶底板应力及位移的综合分析,结果表明:埋深对隧道围岩的应力影响最大;围岩等级对隧道顶底板的位移影响最大;埋深对远离中夹岩柱的帮部位移影响最大,而围岩等级对靠近中夹岩柱处的帮部位移影响最大.     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

密集建筑群下城市浅埋大跨隧道设计研究

厦门市机场路一期工程梧村山隧道下穿浦南段是国内罕见的下穿密集建筑群的城市浅埋大跨连拱隧道,开挖跨度达34 m,围岩以Ⅵ级围岩为主,埋深仅10～30 m,地下水埋深2～4 m.地面房屋密集,且结构条件差.通过强大的超前支护手段和双层二次衬砌结构,采用中导洞先行、侧壁开挖的三导洞施工方法,合理组织施工步序,及时封闭支护衬砌结构等措施,成功对该工程进行了设计.     

基于数值模拟的隧道超挖围岩力学响应分析

以曼木树隧道为工程背景,采用数值模拟及现场监测的方法,对围岩等级为Ⅳ级,在不同埋深、不同超挖深度工况下,隧道超挖围岩的力学响应进行了分析。分析结果表明:在同样超挖,不同埋深的工况下,洞壁围岩应力随着埋深的增大基本呈线性增长,洞壁围岩的组合变形量在左拱腰、拱顶、右拱腰等区域均大于左拱脚、右拱脚区域;在同样埋深,不同超挖的工况下,随着超挖的增大,各洞壁围岩的组合变形量在左拱腰、拱顶、右拱腰等区域均大于左拱脚、右拱脚区域;在不同超挖,不同埋深的工况下,超挖40cm时,各个应力问题与埋深无关,超挖60cm、80cm时,水平应力与等效应力问题发生位置与埋深有关,其余应力问题发生位置与埋深无关。     

穿越花岗岩蚀变带隧道的工程地质特征及突涌机理分析

埋深175 m的灯火寨隧道发生多次大规模的突泥、涌水事故。区域地质调查发现灯火寨隧道的突涌灾害发生在晶洞花岗岩与凝灰岩的接触带,在接触带附近两者均发生大规模蚀变。岩相学的试验揭示逐渐靠近接触带晶洞花岗岩依次发育钠长石化、绢云母化和高岭土化蚀变;凝灰岩依次发育硅化和蒙脱石化蚀变。孔隙度、饱和含水量和单轴抗压强度等试验揭示蚀变导致岩体的物理力学性能显著劣化(硅化凝灰岩除外)。尤其是接触带中心发育的带状高岭土化粘土和蒙脱石化粘土。水理试验揭示蚀变粘土的呈现高膨胀性、易崩解、易泥化等不良工程性质。正是由于深埋、带状蚀变粘土的存在,隧道的开挖扰动、应力重分布和地下水排泄等耦合作用才触发多次大规模泥石流状的突涌和通达地表的坍陷。     

深埋特长公路隧道围岩变形分析

深埋特长隧道地形、地质条件复杂、隧道埋深大,设计制约因素多,常伴有断裂带、破碎带、岩爆、突泥、涌水等地质灾害,给设计和施工带来了很大的盲目性。文章以深埋特长隧道财神梁隧道为研究对象,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录以及分析掌子面围岩等级,分析监控量测所得实际围岩变形案例,对不同级别不同地质条件下的围岩稳定性进行分析比较,总结分析深埋特长隧道围岩稳定性的特点及其影响因素,为设计和施工安全提供参考。     

高速公路潜埋偏压隧道力学计算分析

为了计算和分析浅埋隧ig-衬结构内力，建立了隧道支护和开挖过程数值计算模型，并提出了一种位移反演围岩参数识别的方法，得到了界牌坳隧道破碎带围岩的4个基本综合参数（E、μ、c、Ф）。最后，将反演计算所得破碎带围岩参数输入界牌坳隧道二衬内力数值计算模型，计算各施工步隧道右洞二衬的内力变化情况，并对计算结果进行了分析，得到了几个结论，对现场施工具有一定的指导作用。     

地铁隧道施工对既有城市道路的影响研究

为了探究地铁隧道下穿施工时,施工方法和隧道埋深对既有城市道路的影响,以某正交下穿既有城市道路的地铁隧道为例,利用FLAC~(3D)有限差分软件建立了三维数值计算模型,就新建隧道的埋深和三种不同的施工方法对既有城市道路的影响进行了数值模拟研究,得到主要结论如下:采用三台阶六步法时,新建隧道施工引起的围岩变形和路面沉降最小,三台阶法次之,全断面开挖引起的围岩变形和路面沉降最大;隧道埋深越大,既有路面受新建隧道的影响越小,当埋深为50 m (8倍新建隧道洞径)时,新建隧道引起的既有路面沉降值仅为3. 7 mm;同时,新建隧道施工对周边环境影响最为严重的是新建隧道2倍洞径范围内,距离新建隧道越远的地方,受到的影响则越小。     

大相岭深埋特长隧道地质构造综合勘察研究

大相岭隧道为深埋(最大埋深1660m)特长隧道(左线长9946m,右线长10007m),地质构造极其复杂、前人研究程度浅,隧道所遇见的关键地质问题多,综合评价难度大。在对隧道地质构造勘察中,综合运用了工程物探、地面地质调绘、地质钻探及综合测井,以及各项试验测试等勘察手段,并结合区域地质背景进行了地质构造综合分析和评价,使各种手段所获取资料得到相互验证、互为补充,给隧道的围岩分级,不良地质评价等奠定了坚实的基础。     

导水夹泥断裂破碎岩内在结构与渗透性

造成深长隧道开挖过程中涌突水危害的主要灾害源为导水夹泥构造。研究断裂破碎岩体内在结构特征与不同构造单元渗透特性可以在一定程度上规避工程施工过程中事故的发生。以甘肃典型导水夹泥断裂带为背景,针对典型断裂破碎岩样进行XRD矿物分析、SEM岩体裂隙内在结构表征、不同构造单元原位压水试验及室内典型破碎岩体渗透试验,分析导水夹泥断裂破碎岩矿物成分、内在结构及渗透系数。研究结果表明:岩样裂隙内的充填物随次生矿物比升高,渗透系数增大;断层核部渗透系数较破碎带与完整花岗岩体大,断层核部粒径浅部比深部大,岩体浅部变质程度比深部破碎,有效孔隙度核部深部比浅部大,比表面积值核部也比影响损伤带及母岩大;横向上,断层核部裂隙密集带具有较高渗透性,随着裂隙密度的降低渗透系数明显降低,且距断层核部越远,渗透系数越低;纵向上,断层带不同构造单元的岩体,其渗透系数由小到大的分布规律为断层泥(10~(-9) m·s~(-1))、碎砾、角砾岩(10~(-5)～10~(-7) m·s~(-1))、碎裂岩(10~(-4)～10~(-7) m·s~(-1)),完整围岩部分(10~(-9) m·s~(-1))渗透系数又变小。研究结果可为隧道涌突水防治提供理论与工程指导。     

小净距公路隧道中岩柱对地表沉降变形规律研究

为研究中岩柱对围岩稳定性与整个隧道的影响,依托重庆市九龙坡区新九路隧道为工程背景,通过MADIS-GTS模拟中岩柱在不同加固形态及不同加固高度下隧道地表沉降的变化规律,与实际施工监测数据进行对比分析。结果表明:1)小净距隧道地表沉降曲线受隧道埋深影响较大,当埋深较小时,双洞开挖后地表沉降曲线整体上呈不对称的"W"形,中岩柱在先行洞和后行洞之间起到杠杆支点的作用效应明显;当埋深较大时,整个沉降曲线大致呈对称的"U"形,在两隧洞上方一定高度形成共同压力拱,中岩柱被包围在压力拱内,从而导致地表沉降曲线中中岩柱支点效应被弱化,土拱效应明显。2)在小净距隧道施工过程中,浅埋隧道最优加固方案为中岩柱加固至地表且与拱顶为界;深埋隧道最优加固方案为以侧墙为界加固至拱顶。     

赣深高铁龙南隧道大型富水断层破碎带施工技术

为解决富水铁路隧道断层破碎带极易突水涌泥的难题，依托赣深高铁龙南隧道F8断层施工，采用地表抽水试验获取F8断层破碎带岩土体渗透系数、抽水影响半径等水文地质参数，提出“地质雷达+TSP+超前钻孔”综合预测手段超前探测断层影响区，并采用“分水降压+内堵外固+安全监测”等综合处理措施。结果表明： 1）通过地表抽水试验计算得出，渗透系数为0.309 7～2.803 2 m/d，抽水影响半径为247.59～763.31 m，验明隧道断层水具有承压性，为降排水提供依据； 2）运用综合地质预报精准探测隧道掌子面DK99+435已提前进入F8断层核心区； 3）采用综合处理措施，断层水可控排放，注浆后取芯率为85%，涌水量为0.83 L/(m·min)，注浆加固效果良好。     

软岩隧道埋深及施工进尺对围岩稳定性影响分析

该文以中国西部某隧道为研究对象,采用三维有限元数值模拟手段对埋深及施工循环进尺对隧道围岩的稳定性进行了分析,针对不同埋深状况下围岩应力、围岩位移、塑性区及其初支应力的状况,以及不同循环进尺对围岩应力、围岩位移等的影响进行了探讨。研究结果表明:隧道埋深越深,对围岩和支护体系均存在不利影响,需在埋深较大的地段,加强监控量测,必要时需施加钢支撑,以增加初期支护的抗压能力;大进尺施工对围岩应力的最大拉应力和洞周位移影响较大,建议施工时循环进尺选择1.5~2m为宜。     

基于有限元的无支护圆形隧道拱顶下沉分析

隧道拱顶下沉是反映隧道在开挖后围岩自稳能力的一个重要指标,根据G.Kirsch公式分析出隧道拱顶下沉量与隧道埋深成正比、与隧道开挖跨度成正比及与围岩级别成负相关关系。应用有限元软件ANSYS,分别通过隧道埋深、围岩级别和开挖直径的变化建立无支护圆形断面隧道的弹塑性分析模型,得到不同条件下的隧道开挖拱顶沉降值。研究结果表明:对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,拱顶沉降与埋深呈线性关系,与开挖直径呈线性关系;对于Ⅴ级围岩,拱顶沉降与埋深基本呈指数关系,与开挖跨度近似为指数关系;对于Ⅰ～Ⅳ级围岩,当埋深不大于100m时且开挖直径不大于10m时,可以用G.Kirsch公式近似计算拱顶下沉值,其误差不超过30%。     

富水断层带隧道突水临界安全厚度预测公式研究

为预防富水断层带隧道突涌灾害,需要确定隧道突水临界安全厚度。采用数值模拟和工程验证的方法,建立考虑围岩力学和渗流参数、隧道参数和断层带参数的数值模型,并在标准工况基础上进行各因素的多水平数值试验,分析各因素对临界安全厚度的影响规律,基于多元线性回归分析建立多因素预测公式,通过6个工程实例对公式进行验证。研究结果表明:断层带围岩参数(泊松比、渗透系数和孔隙比)及普通围岩泊松比对临界安全厚度影响较小,水压、埋深、断层带厚度、隧道洞径、断层带围岩弹性模量、普通围岩参数(弹性模量和孔隙比)与临界安全厚度正相关,断层带走向及倾角、普通围岩参数(重度、内摩擦角、黏聚力和孔隙比)和断层带围岩参数(重度、内摩擦角和黏聚力)与临界安全厚度负相关;预测公式与数值模拟结果相差较小,预测公式计算结果与工程实际较符合,具有一定的工程参考价值。     

陕西西汉高速公路铁炉沟隧道贯通

位于西(安)汉(中)高速公路的洋(县)勉(县)地段上的铁炉沟隧道，系双洞两车道，每洞各长1415m，已于2002年9月开工。由于隧道从冲沟中的山坡下穿过，遇到偏压、浅埋、石质破碎，围岩类别低等特殊工程地质问题。