基于水压致裂试验的隧道围岩挤压变形与防治措施

为研究缓倾层状围岩地质条件下的隧道围岩挤压变形问题,依托贵州金仁桐高速桑树湾隧道项目,对现场不同位置处的围岩变形进行了监测;进行了水压致裂原位试验,根据围岩变形特征和实测数据,提出了一系列隧道围岩挤压大变形的控制措施。结果表明：初期支护完成后,拱顶、拱肩和拱腰变形随时间变化均出现先增大后稳定的趋势;变形量由大到小依次为拱顶、拱肩和拱腰;计算出了隧洞埋深200 m工况下最大切向应力、最大初始应力以及垂向应力;设计了双层初期支护加钢花管注浆的处治措施,体现出了良好的加固效果。     

合川东隧道软弱围岩变形机理及控制措施研究

随着交通建设的发展,软岩隧道安全快速施工成为交通工程建设攻克的关键问题。为探究软岩隧道变形机理及控制技术,以新建西安至重庆高速铁路合川东隧道工程为例,分析了该隧道的地质特征和变形破坏特征,得出了软岩隧道的变形机理,并提出了“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案。现场实践得出,采用“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案后,隧道拱顶最大沉降量为167 mm,拱肩最大变形量为137 mm,帮部最大变形量为80 mm,围岩大变形控制效果良好,满足规范要求。研究结果为同类工程建设提供了依据和借鉴。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

基于三维激光扫描技术的隧道围岩参数反演分析

将三维激光扫描技术应用于温州绕城高速公路南山隧道施工期的变形量测中。首先相隔4个工日进行2次扫描得到2期隧道点云数据,通过对点云数据分析和处理得到隧道初期支护段空间变形场,从中提取断面的拱顶沉降作为隧道围岩参数反演分析的实测值。然后建立隧道三维有限元模型对围岩弹性模量、黏聚力和内摩擦角进行反演分析。结果表明:三维激光扫描监测可以快速获取隧道空间变形场,为隧道围岩参数反演分析提供足够的有效数据,弥补了传统监测方法的不足;当围岩弹性模量为1 GPa,黏聚力为200 k Pa,内摩擦角为28°时拱顶沉降模拟计算值与实测值吻合度最高。反演所得围岩参数均低于隧道设计阶段根据地质勘查报告的估算值,可用于隧道支护参数动态设计,降低工程成本。     

基于惯导的移动三维测量技术在地铁保护区变形监测中的应用研究

在地铁保护区变形监测中,水平位移和沉降作为重要的监测内容,通常用全站仪和水准仪测量,其测量精度高,应用比较广泛,但是该手段仅能对布设有监测点的区域进行监测,无法掌握隧道整体的变形情况。本文提出基于惯导系统的移动三维测量技术,通过在隧道内布设基准网,配合Lidar控制点绝对坐标传递,对惯导系统的累积误差进行修正,最终得到隧道结构三维点云模型。依托杭州市某地铁区间三维扫描项目,采用不同间距的控制点对惯导系统的累积误差进行修正,经与全站仪测量值对比,结果表明:移动三维测量技术的水平位移和沉降监测精度与隧道线型有关,当隧道为直线有坡度环境时,其水平位移监测精度比较稳定,基本保持在0.76 mm左右,沉降监测精度随控制点间距增大而降低,最优可达0.72 mm。     

中老铁路沙嫩山隧道大变形区段松动圈发展规律及控制技术

通过现场测试隧道围岩变形分析中老铁路沙嫩山隧道大变形特征及围岩松动圈范围。结果表明：隧道大变形以水平收敛为主,存在拱架弯折、喷射混凝土剥落、掌子面溜塌等变形破坏现象,变形主要位于拱顶及拱腰;单线段、双线段隧道围岩松动圈范围分别在6.0～6.5、8.0～9.0 m,均达到隧道设计跨度的58%以上。根据测试分析结果,从主动控制隧道变形出发,考虑注浆对围岩力学性能的改善作用,提出单线段隧道采用双层小导管或管棚对掌子面进行超前支护,锚杆打设深度不小于6.0 m,注浆范围不小于2.5 m;双线段隧道采取双层纵向连接筋搭接钢拱架、增设4根锁脚锚管、加设临时水平横撑或三角横撑等措施进行支护,锚杆打设深度不小于8 m,注浆范围不小于4 m。采用综合措施后,隧道4个测试断面最大水平收敛和最大拱顶沉降的平均值均减小53%以上。     

铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d~(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d~(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。     

青岛地铁近距交叠隧道施工稳定性研究

为研究近距交叠隧道施工稳定性,以青岛地铁2号线枣山路—李村站区间隧道下穿3号线万年泉—李村站区间隧道为背景,通过数值模拟结合实测数据,分析交叠区地表变形、危险截面应力、变形规律及塑性区分布特点,由此可知:下穿施工后,地表变形从3.10 mm增至6.345 mm,由3号线沿线向交叠区中心延伸;当距交叠区中心超过40m时,地表变形影响可以忽略。交叠区截面受扰动影响最大,左右拱脚应力变化最明显,变化量为60、120k Pa,最大拉压应力分别为20 k Pa、2.1 MPa,小于衬砌所用混凝土抗拉抗压强度。另外,3号线最大变形位于交叠区隧道拱顶,2号线最大变形位于中夹岩拱顶,分别为11.77、9.85 mm;3号线拱底、2号线拱顶在交叠区产生变形突变,分别为5.67、8.64 mm,均在可接受范围内,并结合实测数据验证了数据分析的可靠性;2号线塑性区分布较大,上下隧道间岩柱基本处于完全塑性状态,拱脚及拱顶处塑性区分布最广,但左右线开挖塑性区并未贯通,塑性区半径控制在2.0 m之内,保证了施工的稳定。     

浅埋偏压隧道施工过程数值分析

采用有限元分析方法对一浅埋偏压隧道开挖施工过程进行三维数值模拟分析,研究围岩变形、应力及锚杆轴力的变化规律,为评估施工方案的合理性提供依据。结果表明:掌子面距监测断面≥15 m时,监测断面的累计变形量可忽略不计;围岩最大变形10 mm,满足设计要求;由于偏压作用隧道断面周围锚杆受力分布不均匀,最大轴向压力出现在隧道拱顶左上方,为20.28 k N。     

基于激光扫描的隧道变形监测的误差来源及变形分析

研究目的:采用误差分析理论和工程实验应用研究方法,在介绍三维激光扫描技术的隧道变形监测流程的基础上提出隧道环境下扫描仪测距、测角、环境影响和数据处理引起的误差,讨论其特点,实验各因素对隧道变形分析的敏感性,研究三维激光扫描技术应用于隧道环境进行变形监测的误差来源和影响规律。研究结论:(1)三维激光扫描仪用于隧道变形监测的误差有多源性,测距、测角、环境影响和数据处理引起的误差可以根据其特点采用相应的措施加以减弱或控制;(2)隧道直径的变化、隧道断面扰动频率和倾斜不影响变形误差,系统噪音和随机噪音对变形误差有较大的影响;(3)对于有大量遮挡数据集的隧道断面,只要遮挡率不超过60%,变形监测和分析误差就不会有大的变化;(4)研究成果可应用于隧道安全监测。     

双层初期支护技术在软岩大变形隧道施工中的应用

初期支护沉降和收敛远远超过预留沉降量,先后采取了增加锁脚锚管、增加大拱脚、调整钢架间距、采用14轻型工字钢替代连接筋连接、增加预留变形量等措施均不能有效地控制隧道的异常变形。最后采取双层初期支护技术,有效地控制了隧道的异常变形。     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

自动全站仪隧道围岩变形非接触监测及分析预报系统研究

论述用自动全站仪结合计算机组成隧道围岩变形量测及分析系统的原理、功能及其开发应用,提出全站仪双站自由设站三维坐标非接触量测、单站独立坐标测线、双站独立坐标测线法等围岩变形量测的理论和方法,并建立相应的数学平差模型,使围岩变形非接触监测具有更好的可靠性和精度。简述全站仪机载软件、数据后处理软件的设计和开发,在机载软件控制下,无需进行对中、量仪高,全站仪可自动完成对目标点的监测,由计算机进行所有的数据处理、回归分析和预报,为隧道施工提供及时的信息反馈。     

小净距隧道下穿薄煤层采空区地层开挖稳定性分析

采空区地层离散性大,小净距隧道近接下穿不同倾角薄煤层采空区开挖将引起采空区内腔塌陷。建立小净距隧道近接下穿采空区地层开挖模型,对比分析采空区倾角为0°、15°、25°、40°时先行洞监测面洞周位移和初支内力。结果表明:后行洞初支闭合时,采空区倾角为15°时,拱顶下沉量最大;采空区倾角为40°时,仰拱隆起量和拱腰水平收敛量最大;随着采空区倾角增大,初期支护正(内)弯矩分布和轴力最大位置有向近接采空区侧移动的趋势,偏压越严重;应力集中逐渐由右拱脚向左拱脚移动。最大偏心距出现在拱脚处,采空区倾角为15°时,偏心距最小,初期支护稳定性最好;倾角为40°时,偏心距最大,不利于初期支护稳定。     

铁路隧道施工围岩变形安全等级的研究与应用

研究目的:我国在建铁路隧道有4 000余座约8 000 km,近年来隧道塌方事故时有发生,造成了一定的人员伤亡、经济损失和社会影响。建立铁路隧道围岩变形安全等级,用于现场管理十分重要。通过调研国内外研究成果,分析安全监测数据,辅以理论计算,以初期支护的安全度为基础,制定了铁路隧道变形控制安全等级管理数值。研究结论:(1)现有铁路隧道围岩变形安全等级管理与国际基本不接轨;(2)利用规范建议的设计参数,采用数值模拟计算,Ⅳ级围岩隧道开挖支护后拱顶沉降为11 mm、V级围岩为19 mm,而现场实测远大于该数值,因此,隧道围岩变形主要受控于开挖工法、初期支护施作质量以及初期支护闭合的及时性;(3)按变形总量和变形速率对隧道围岩变形进行预警二级、预警一级管理,变形总量Ⅲ级分别为40 mm、80 mm,Ⅳ级分别为50 mm、100 mm,V~Ⅵ级分别为75 mm、150 mm,变形速率分别为5 mm/d、10 mm/d;(4)研究成果可用于铁路隧道施工围岩变形监控量测安全管理。     

三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用

对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用进行了初步研究。实验使用Leica Scan Station P40三维激光扫描仪对常州地铁1号线隧道进行扫描,将处理后的点云数据通过徕卡隧道形变监测系统进行隧道断面净空计算。将利用三维激光扫描技术得到的隧道断面成果与利用传统全站仪测量得到的隧道断面成果进行对比,讨论并分析三维激光扫描技术在隧道形变监测中的技术优势和存在的问题,对三维激光扫描技术在隧道形变监测中的应用具有指导意义。     

光电测量方法在盾构隧道收敛监测中的可行性研究

针对盾构隧道收敛监测常见的3种光电测量方法开展可行性研究,并进行对比分析。三维激光扫描技术采用静态架站式数据采集,针对获取的圆形盾构隧道点云数据利用激光雷达隧道测量检测软件进行隧道轴线输入、迭代式断面中心拟合与噪点过滤、断面提取、椭圆拟合、生成断面测点图和椭圆拟合曲线图等处理来获取隧道收敛值;TS60全站仪利用免棱镜测距功能获取收敛值,徕卡D2手持测距仪利用直接测量获取收敛值;通过对3种光电测量方法获取的盾构隧道管环横径值进行数据分析。研究表明：3种测量方法均可以满足地铁隧道收敛变形监测指标要求;针对测量误差在±3 mm内,三维激光扫描和测距仪直接测量的横径值差异较小,且分布区间较为集中;三维激光扫描与全站仪免棱镜测量的横径值差异较为分散;全站仪免棱镜与测距仪测量的横径值差异较小,分布区间较为集中。综合可知,针对隧道横径值测量,三维激光扫描和测距仪测量的效率与效果优于全站仪免棱镜测量;三维激光扫描和手持测距仪两种隧道横径测量方法在技术与精度上是完全可行并且可靠的。     

三维激光扫描技术在地铁隧道变形监测中的应用

随着测量技术的快速发展,三维激光扫描技术在地铁隧道收敛变形监测中的应用日益广泛。以深圳市轨道交通2号线地铁隧道自动化监测项目为例,研究三维激光扫描仪在隧道变形监测中的应用。通过LeicaScanStationP40型三维激光扫描仪对隧道自动化监测区域进行点云数据采集,并采用Cyclone9.0软件进行数据处理和分析,所得变形监测结果与传统自动化变形监测结果基本一致。将2种方法结合,可更全面掌握隧道区域的变形情况。     

铁路隧道不同跨度下水平旋喷桩承载特性分析

为探究水平旋喷桩在不同跨度铁路隧道下承载特性,依托南三龙铁路与赣龙复线联络线道岔进新考塘隧道影响段存在的7种不同隧道跨度断面,采用二维有限元方法,模拟7种不同跨度下水平旋喷桩预支护效果,分析水平旋喷桩结构变形、应力及塑性应变规律。计算结果表明:不同跨度下,旋喷桩变形和常规隧道衬砌变形类似,即拱顶沉降,拱肩、腰、脚等处体现不同程度收敛,各点变形随跨度增大而增长,当跨度大于16 m时,增长速率加快,拱肩及拱腰位置尤其明显;旋喷桩内力部分,当跨度较小时,拱顶内侧受拉,而拱腰处受压,当宽度增大,拱部拉应力区向拱腰处扩展,且拉应力极值增大,而拱腰与拱脚之间压应力迅速增大;随着隧道跨度不断增大,水平旋喷桩等效塑性应变不断增大,影响范围自拱顶到拱脚呈扩大趋势。     

三台阶大拱脚临时仰拱法与微台阶法在砂质黄土隧道中的适用性对比分析

在软弱围岩隧道施工中常采用三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法。针对蒙华铁路阳城隧道上覆砂质黄土下伏软弱围岩的典型工况,采用MIDAS有限元软件对三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法的施工过程进行了数值模拟。结果表明:采用大拱脚临时仰拱法施工最大拱顶沉降、最大水平收敛、最大掌子面挤出位移和最大地表累计沉降均小于采用微台阶法施工,三台阶大拱脚临时仰拱法能更好地控制围岩变形,更适合于上覆砂质黄土下伏软弱围岩隧道施工。该工法已在蒙华铁路实际工程中应用,取得了良好效果。