薄基岩顶板隧道爆破围岩振动影响域分布特征

以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,运用数值模拟计算方法,分别研究基岩顶板厚度为5,4,3,2,1和0.5 m 6种工况下,隧道爆破施工引起的围岩振动特性及围岩影响域分布特征。研究结果表明:横断面上最大振速出现在距岩层界面最近的隧道轮廓上,纵向上最大振速出现在掌子面后方2 m处,但最危险断面在掌子面后方1 m处,且其位置均不受顶板厚度的影响;当顶板厚度≤4 m时,最危险横断面上影响域开始扩展至上覆软岩,随着顶板厚度进一步减小,影响域参数b和d分别稳定在17 m和5.2 m;当顶板厚度处于0~5 m范围内,可参考相应拟合公式预估影响域范围。     

爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。     

小净距隧道开挖爆破振动数值模拟研究

小净距隧道采用钻爆法施工过程中,爆破产生的地震波会对先行隧道衬砌结构产生一定的影响,甚至会危及其安全。以珠海眼浪山2号隧道为工程背景,采用FLAC3D有限差分软件,分析在不同围岩级别、不同埋深及不同隧道间距下,先行洞支护结构监测点振速的变化情况,得到了以下几点结论:(1)无论哪种工况,监测点振速随着离爆破点距离的增加而减小;(2)在相同埋深和隧道间距工况下,围岩越差,监测点振速越大;在相同埋深和围岩级别工况下,隧道间距越大,监测点振速越小;在相同围岩级别和隧道间距工况下,隧道埋深越大,监测点振速越小。     

小净距隧道爆破施工振速规律探究

为研究小净距隧道后行洞爆破施工时先行洞振动速度规律,以某一实际小净距隧道微差爆破施工现场为原型,首先利用Midas/GTS NX模拟软件建立三维爆破计算模型分析先行洞不同位置爆破振动速度的大小,然后将得到的结果应用到现场监测中验证其正确性。结果表明,小净距隧道先行洞迎爆侧振速值要明显大于背爆侧振速值;小净距隧道先行洞迎爆侧拱腰部位和先行洞迎爆侧洞口方向均出现爆破振速极大值,爆破振速衰减速度与隧道围岩的特性有显著关系。通过现场监测数据对比发现数值模拟结果和实测值相差不大。     

城市隧道下穿密集建筑区静、动力响应特征分析

以莞惠城际隧道下穿密集建筑区段为依托,利用现场监测结果、室内模型试验以及动静结合的数值模拟方法,对城市隧道穿越不同结构类型、位置和高度的既有房屋时的综合影响进行研究。研究结果表明:房屋基础埋置较浅的浅埋隧道段,砌体结构房屋变形和振速均比框架结构大,随着楼层高度增加,房屋水平位移的影响明显大于竖向位移,且低层结构更易发生受拉破坏,同时振速呈现出放大效应;隧道静力开挖时,位于掌子面前方的结构受力和位移均明显大于后方的房屋结构;随着爆心距增大,振速逐渐变小,但到达远端墙体时振速出现放大趋势,在确定监控方案时,需考虑对远方墙体的振动监控;爆心距离越小,其振速高度效应越明显,需重点监测顶层的振速;在上软下硬复合地层中,隧道开挖影响范围距掌子面约20 m,偏离隧道中心线超过20 m时,沉降速率增大,量值呈明显减小的趋势。     

上第三系土质隧道的变形特点及支护措施研究

研究目的:含水上第三系粉质黏土隧道在施工过程中常出现初期支护变形、开裂甚至整体塌方问题,一直困扰着隧道建设。本文依托晋中南铁路通道工程某隧道典型实例,结合现场调查、隧道监控量测,探讨含水上第三系粉质黏土隧道的变形特点,研究其支护措施方案,为同类围岩条件下的隧道建设设计提供理论及实践依据。研究结论:(1)上第三系粉质黏土隧道两侧边墙变形是拱顶沉降变形的1.5~2.0倍,且两侧边墙变形的稳定时间较长;(2)上第三系粉质黏土隧道的变形时空效应明显,时间上具有一定的滞后性,空间上往往发生大变形问题的位置不在掌子面,而在掌子面后方15~25 m的位置,即侧墙变形空间效应影响范围为3D~5D(D为开挖洞径);(3)隧道开挖后,采用强初期支护措施,有利于抵消含水上第三系粉质黏土围岩变形的时空效应,在未施作二次衬砌前,提供足够的抗力以抵消围岩的变形;(4)该研究结论可应用于同类土质隧道的设计和施工中。     

大断面软弱围岩隧道合理开挖方法研究

贵广铁路天平山隧道开挖面积远远超出了常规普速铁路双线隧道,且需穿越高地应力软弱围岩地层,施工中遇到了掌子面不稳定,易坍塌,初期支护变形侵限严重,隧道施工进度极慢等突出问题。本文基于大断面软弱围岩隧道施工常用工法(包括台阶法、双侧壁法、CD法和CRD法)基本特征的系统总结和分析,评价了各种工法的优缺点,并利用数值程序再现了大断面软弱围岩隧道的施工过程,开展了工法比选的数值模拟分析,提出了以三台阶七步开挖为核心,通过一系列加强掌子面稳定性和洞周围岩稳定性控制的技术措施。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

软弱地层隧道大变形整治技术

蒙华(蒙西—华中)铁路阳城隧道一段落位于软弱地层中,其右侧是砂夹块石土,左侧为富水全风化砂岩,施工过程中产生了大变形。本文基于大变形段掌子面围岩的基本物理力学性能试验结果,从隧址区地质条件、围岩工程特性、隧道施工的影响等方面分析了大变形机理,采取反压回填、增设临时仰拱、增加扇形支撑、加密降水和注浆加固措施完成了大变形整治,效果良好。     

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。     

立体交叉隧道爆破动力响应和安全范围研究

研究目的:目前矿山法在隧道施工中非常普遍,在交叉隧道施工中,隧道爆破施工对既有隧道的影响是近些年人们非常关注的问题。因此,研究常规爆破方式爆破对立体交叉隧道动力响应规律,确定安全振速标准及不同影响程度的安全范围。研究结论:(1)新建下穿隧道施工至交叉位置时,既有隧道拱底和拱脚峰值振速较断面环向其他位置大,对爆破振动相对敏感,为薄弱环节,需重点关注;(2)爆破作用下位移对既有隧道的运营安全和结构安全都不会产生影响;(3)以振速作为评判标准,对新建隧道爆破施工下穿既有隧道全过程中既有隧道受到的结构破坏、影响运营和关注围岩等三种不同程度的影响范围进行了定量划分,并确定了相应程度的安全范围;(4)本研究成果可为立体交叉隧道爆破荷载作用下的抗震设计提供指导。     

黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。     

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P_1、掌子面锚杆支护力P_2、管棚支护下围岩压力折减系数α_1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α_2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。     

泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究

泥石流堆积体隧道围岩松散破碎,黏聚力差,掌子面及洞周极易坍塌,初支拱脚沉降变量大,初支结构整体失稳风险高,施工安全难以保证。为此,结合红桥关隧道穿越泥石流堆积体段工程,开展泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究。实践表明：采用管棚与玻璃纤维锚杆相结合的掌子面超前支护措施,可增强掌子面稳定性,掌子面向隧道净空变形破坏得到控制;采用“先固后钉法”的围岩加固技术(即地表竖向、洞内纵向群桩注浆加固和土钉加固围岩),改善了围岩物理力学特性及抗变形破坏能力;采用锚桩与横担梁相联合的初支拱架沉降控制技术,解决了隧道初支拱架锁脚部位沉降问题,使拱架结构稳定性大幅提高,保证了隧道安全高效施工。     

基于支持向量机的大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法

为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法。依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌子面围岩分级样本库;分别构建基于支持向量机(SVM)和2种神经网络的大断面岩质隧道掌子面围岩分级模型,采用同样的数据对比3种模型性能;依托SVM分级模型,利用炮孔名义分级和名义分区分级名词描述掌子面围岩非均一性判识方法,并针对5条试验隧道进行判识计算,提出大断面岩质隧道支护结构的局部优化建议。结果表明:相比于2种神经网络分级模型,SVM分级模型在样本数量较少条件下的分级准确度更高,平均准确度为87.9%;更换样本后,SVM分级模型准确度依然如此,且泛化性更强;本文方法判识得到2次爆破过程中的围岩显著非均一性特征,判识结果与爆破终点掌子面实际情况基本一致,可为支护参数局部优化提供依据。     

小净距三洞并行公铁隧道近接施工及爆破振动影响研究

依托甬舟公路孙家湾1号隧道与甬舟铁路牛皮岭下隧道并行段，通过数值计算，对三洞并行隧道中间铁路隧道先行情况下，公路隧道施工顺序、二衬施作时机及工法步距开展研究，并探究了公路隧道爆破对中间铁路隧道二衬的影响，对孙家湾1号隧道的安全净距及在不同工况下的振速进行研究。主要研究结论为：(1)塑性区集中在开挖范围中下部及公路右线与铁路隧道中夹岩处，中间铁路隧道受公路隧道开挖扰动影响左右拱腰产生较大水平变形；(2)小净距三洞并行隧道中间铁路隧道先行，宜采用公路左线-公路右线的开挖顺序，铁路隧道二衬施作完后再施工公路隧道，采用CD法施工，并设置公路左右线步距为50 m;(3)对不同围岩级别、开挖进尺、工法的9种工况爆破施工对中间铁路隧道二衬影响进行探究，得出各工况下振速传播路径、最大部位、振速数值是否满足要求，并对爆破施工提出针对性意见；(4)Ⅳ级围岩、采用CD法施工，孙家湾1号隧道爆破施工极限安全净距为11.5 m,净距小于11.5 m时建议采用机械开挖。     

唐家塬隧道穿越滑坡段的综合整治技术及评价

研究目的:以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,探讨隧道穿越滑坡段的变形与围岩压力分布情况。在滑坡稳定性分析的基础上,提出针对性滑坡体综合整治措施;采用多方位的监控量测措施全程监控隧道开挖施工扰动对滑坡体变形的影响,并对滑坡体和隧道的稳定性进行评价。研究结论:(1)唐家塬隧道开挖前期,滑坡基本稳定,掌子面推进到距离监测断面50 m处,滑坡体变形增大,且掌子面到达监测断面时,监测点位移变化速率最大,随着隧道支护和抗滑桩加固作用的发挥,在掌子面推进到距离监测断面30 m后,滑坡基本恢复稳定;(2)监测初期,由于滑坡和地形偏压的影响,围岩压力显著增大,随着隧道支护作用的加强,逐渐趋于稳定,且围岩压力和地表沉降出现明显不对称现象;(3)本文探讨穿越滑坡段隧道施工与其相互影响,提出综合整治方案,并开展隧道的变形与围岩压力监测,其对类似工程选线、整治具有一定借鉴作用。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

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。     

爆破振动作用下既有铁路隧道结构动力响应特性

以紧邻既有隧道上方开挖爆破工程为例,通过现场爆破试验和数值模拟,分析爆破振动作用下既有隧道结构动力响应特性.由爆破试验结果可知:质点垂向峰值振速对爆破振动控制起主要作用;采用回归分析得到的质点垂向峰值振速经验公式,对不同最大单段药量时的质点垂向峰值振速预测的平均误差率为11.86％.数值模拟结果表明:隧道直墙底脚位置单元的垂向峰值振速为4.36 cm·s-1,水平向峰值振速为3.72cm·s-1,隧道拱顶处的垂向峰值振速为4.13 cm·s-1,均在安全振速控制值范围之内;相邻位置的隧道围岩与衬砌结构的受力及质点峰值振速均不一致,且振速衰减趋势也存在差异性.现场试验结果验证了数值模拟结果的正确性,而且数值模拟的爆破振动作用下隧道动力响应具有更高的精度.