大断面隧道穿越接触带施工稳定性分析

大断面隧道穿越接触带段施工过程中多发围岩失稳与支护开裂、大变形现象。以兰海高速马林隧道工程穿越不整合接触带段为背景,采用数值模拟手段,分析隧道跨度和隧道与接触带竖向距离变化对隧道稳定性的影响,结果表明:随着隧道跨度增大,隧道围岩塑性区与接触带塑性区越易发生联通,支护结构安全性会突然降低;接触带影响段可根据隧道稳定性变化程度划分为次要影响段和主要影响段,主要影响段的隧道设计、施工方案应开展专项研究工作。研究结果可为类似工程设计和施工提供依据和参考。     

砂土围岩隧道掌子面破坏模式及影响因素研究

通过16组模型试验,研究砂土围岩隧道开挖中掌子面的变形破坏形态,分析掌子面破坏的模式和影响因素,最后总结出未支护段破坏、掌子面破坏、掌子面和未支护段均破坏等三种破坏模式。文中指出围岩物理力学参数是影响掌子面稳定性的首要因素,并与掌子面稳定性成正相关关系。埋深比、进尺与掌子面稳定性成负相关关系,但对砂土掌子面破坏规律还需进一步研究。     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

穿越陡坎地形的偏压黄土隧道大变形时空特征研究

针对黄土隧道开挖这一施工领域中的难题,依托地坑院隧道,对隧道穿越沿线地质地形的施工风险进行分析,同时基于监控量测数据,对典型横断面和纵向段的初期支护变形规律进行研究,得出初期支护沿时空分布的变形特征。分析结果表明: 1)围岩变形持续时间长、变形速率大,有时具有突变性; 2)初期支护横断面收敛不均,纵向变形与断面距掌子面距离直接相关; 3)隧道变形受地形、地下水和施工的影响较大。根据现场围岩大变形规律针对性地制定相关控制措施,研究成果可为现场施工提供技术性指导。     

大跨地铁隧道组合工法穿越断层时的围岩变形控制分析

以深圳轨道交通2号线新莲区间隧道为工程背景,针对大跨地铁隧道穿越断层的围岩变形与控制问题,采用FLAC3D数值模拟,分析双侧壁导坑工法与CD工法不同组合穿越断层的围岩变形规律与注浆控制效果。结果表明： 1）隧道穿越断层破碎带时,Ⅳ、Ⅴ级围岩交界并与断层相交的拱顶处以及Ⅴ级围岩与断层相交的拱腰处的围岩位移最大,是变形控制的关键部位; 2）双侧壁导坑法穿越断层对大跨地铁隧道的围岩变形控制较好,工程实际工法组合下围岩变形的最大影响范围为12.4 m,围岩位移控制较好,工法组合合理有效; 3）注浆加固对断层破碎带处围岩变形模式的影响与控制作用明显,注浆后围岩变形区域由未注浆的“枣核形”变为较均匀的“椭圆形”; 4）提出位移控制率均值的概念,以定量描述围岩的注浆效果,隧道穿越断层时3 m厚度注浆的围岩位移控制率均值达51%,围岩变形控制效果较优。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

富硫化氢隧道注碱固硫机理与数值模拟

隧道工程穿越区域性含油气地层或煤系地层经常会遇到硫化氢和瓦斯等有毒有害气体。在隧道掌子面前方围岩体内部预注碱液是从根本上去除硫化氢的方法,利用碱液与硫化氢在围岩内部发生化学反应,从而达到固硫的目的。通过分析隧道围岩气-液两相流渗流机理和渗流场-化学场耦合机理,基于Van-Genuchten模型建立考虑硫沉积条件下的围岩气-液两相流渗流场-化学场耦合运移方程,给出解耦方法和计算流程,引入碱液有效饱和度的定义并推导有效饱和度方程。通过对比分析考虑耦合与不考虑耦合条件下、不同注碱压力条件下和不同钻孔布置条件下碱液饱和度、压力和流速分布,研究了围岩注碱固硫和瓦斯抽采的运移规律。研究结果表明,在围岩渗透率较低,硫化氢浓度较高的条件下,隧道掌子面内碱液饱和度在考虑耦合作用时明显低于不考虑耦合作用,应考虑硫沉积堵塞围岩孔隙而造成孔渗结构损伤的影响。注碱压力较小时,碱液饱和度分布局限于隧道掌子面范围内,随着注碱压力的增加,碱液饱和度向隧道围岩深部扩散,碱液压力在5～10 MPa时,碱液均匀向围岩四周扩散,有利于吸收硫化氢和驱替瓦斯,应根据围岩物理力学特性,采用中、低压注入碱液,提高固硫效率。加密钻孔间距可显著提高隧道掌子面内碱液压力和流速分布,验证了同等条件下,小间距钻孔布置具有较高的渗流能力和瓦斯驱替能力,实际工程中应根据围岩地质条件,通过数值模拟和现场试验,综合对比钻孔布置的经济性与注碱固硫的效率来确定钻孔间距和数量。研究成果可为富硫化氢和瓦斯隧道的灾害治理提供参考。     

富水含泥粉细砂层隧道水平旋喷加固施工技术

山西省小浪底引黄工程引水干线2#隧道土洞段穿越富水含泥粉细砂地层,传统的管棚注浆等超前支护效果难以保证,通过采取超前水平高压旋喷桩对隧道围岩进行预加固,并结合掌子面注浆等措施防止隧道围岩在开挖过程中发生流塌失稳变形,并对桩体灌浆量、围岩变形监测等方面进行综合分析,最终超前水平旋喷桩加固效果良好。     

小间距隧道爆破动力响应分析

基于复线隧道施工爆破对既有隧道稳定性冲击问题,结合沪蓉线庙垭分岔隧道工程实例,研究了其小间距段施工爆破的振动监测方法、爆破动力特性及其减振控制技术。通过对隧道爆破围岩和衬砌质点振动速度波的频谱分析及其振速预测数学模型的改进研究,分析了隧道振速峰值纵向衰减规律、衬砌振速主频、横断面振速分布规律及爆破掌子面附近振动情况,并以小间距既有隧道中墙迎爆侧破坏为基准,从循环进尺、微振起爆、掏槽结构等方面提出了相邻隧道爆破减振技术措施。研究结论可为类似工程的爆破设计、施工及监测提供参考。     

超大跨度小净距公路隧道洞口段施工方案

以老虎山隧道为实例,对超大跨度公路隧道洞口小净距段的施工方案进行研究。结果表明:洞口段超前大管棚进洞和掌子面超前小导管加固措施能够控制围岩变形,减少对中岩柱的影响;控制左、右线先导洞掌子面之间的施工间距,并对中岩柱水平注浆小导管加固,可有效提高中岩柱的整体性与稳定性;初期支护阶段拱部最大变形量为28mm,远小于设计预留变形量,状态稳定。     

富硫化氢隧道注碱固硫机理与数值模拟（双语出版）

隧道工程穿越区域性含油气地层或煤系地层经常会遇到硫化氢和瓦斯等有毒有害气体。在隧道掌子面前方围岩体内部预注碱液是从根本上去除硫化氢的方法，利用碱液与硫化氢在围岩内部发生化学反应，从而达到固硫的目的。通过分析隧道围岩气-液两相流渗流机理和渗流场-化学场耦合机理，基于Van-Genuchten模型建立考虑硫沉积条件下的围岩气-液两相流渗流场-化学场耦合运移方程，给出解耦方法和计算流程，引入碱液有效饱和度的定义并推导有效饱和度方程。通过对比分析考虑耦合与不考虑耦合条件下、不同注碱压力条件下和不同钻孔布置条件下碱液饱和度、压力和流速分布，研究了围岩注碱固硫和瓦斯抽采的运移规律。研究结果表明，在围岩渗透率较低，硫化氢浓度较高的条件下，隧道掌子面内碱液饱和度在考虑耦合作用时明显低于不考虑耦合作用，应考虑硫沉积堵塞围岩孔隙而造成孔渗结构损伤的影响。注碱压力较小时，碱液饱和度分布局限于隧道掌子面范围内，随着注碱压力的增加，碱液饱和度向隧道围岩深部扩散，碱液压力在5~10 MPa时，碱液均匀向围岩四周扩散，有利于吸收硫化氢和驱替瓦斯，应根据围岩物理力学特性，采用中、低压注入碱液，提高固硫效率。加密钻孔间距可显著提高隧道掌子面内碱液压力和流速分布，验证了同等条件下，小间距钻孔布置具有较高的渗流能力和瓦斯驱替能力，实际工程中应根据围岩地质条件，通过数值模拟和现场试验，综合对比钻孔布置的经济性与注碱固硫的效率来确定钻孔间距和数量。研究成果可为富硫化氢和瓦斯隧道的灾害治理提供参考。     

东科岭隧道穿越花岗岩蚀变带的病害特征及整治措施

贵广铁路东科岭隧道进口段穿越广西花山花岗岩体与围岩的接触蚀变带。施工过程中,发生了全风化花岗岩段流砂冒顶、大理岩段地表塌陷及基底集中涌水涌砂、角岩化蚀变砂页岩段洞顶坍塌及挤出变形等病害。通过补充钻探、物探、室内试验等工作,分析了病害发生的地质原因。对冒顶、坍塌及挤出变形病害采取了针对性的整治措施,顺利通过了花岗岩蚀变带,保证了工程的安全。     

三联隧道围岩大变形原因分析及处治措施

贵昆铁路六沾复线三联隧道施工中,在玄武岩与煤系地层不整合接触带附近发生围岩大变形。结合地质勘察、施工揭示、施工支护衬砌及开裂变形特征,全面分析围岩地质环境、地层工程特性,结构受力特性及施工方法、技术措施的适应性,找出支护结构变形的原因,并在隧道开挖过程中进行进一步的试验,从而提出针对性工程处治措施,实施后效果良好。     

隧道斜穿不同倾角断层破碎带围岩变形特征分析

针对穿越断层破碎带过程中出现的围岩大变形问题,依托水阳高速胜利隧道斜穿不同倾角断层破碎带实际工程,通过现场实测与数值模拟方法,研究了隧道在穿越不同倾角断层破碎带过程中的围岩变形规律。结果表明:在揭露不同倾角断层破碎带时出现围岩最大的沉降速率,可达16mm/d,在不同倾角断层破碎带中间出现围岩最大沉降,可达365.5mm,是围岩正常段累计沉降值的7倍以上;在斜穿倾角60°～80°断层破碎带过程中,靠近断层破碎带一侧拱肩累计沉降值是另一侧拱肩累计沉降值的2～4倍,且靠近断层破碎带一侧围岩受施工的扰动更大。隧道在穿越不同倾角断层破碎带过程中,随着断层倾角越接近90°,左右拱肩的差异沉降逐渐减小,断层破碎带的影响范围逐渐减小,但断层破碎带内沉降值增大。研究结果可为类似工程提供借鉴。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

小净距隧道三维动态施工分析

结合湖北宜巴高速公路峡口隧道的施工,利用FLAC-3D软件对小净距隧道施工过程进行三维弹塑性模拟计算,重点分析采用台阶法和中导洞超前法施工时左右洞掌子面的距离对隧道围岩和支护的力学影响;得到了在掌子面掘进过程中,围岩和支护结构的受力及变形随纵向开挖进尺的变化规律,对小净距隧道在纵向影响因素作用下的施工力学特征有了初步认识,可为类似工程提供有益参考。     

公路隧道软弱围岩变形控制工法超前核心土锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道变形控制工法采用玻璃纤维锚杆对掌子面核心土的基础变形进行预限制,从而提高掌子面及隧道整体稳定。为了分析加固所采用的玻璃纤维锚杆的长度、间距和搭接长度等参数对掌子面超前核心土稳定性的影响,采用数值分析结合现场实测的方法,确定了V级围岩及浅覆土条件下超前核心土的加固参数。研究表明,采用长度为18m、间距为1.2m×1.2m、搭接长度为6m的32mm直径玻璃纤维锚杆进行全断面加固,能够确保隧道掌子面的稳定性。     

香丽高速某破碎围岩隧道预留变形量研究

由于地形地质条件、环境保护、政策支持等方面的限制,隧道进口有时不得不选在围岩破碎的地方修建隧道。破碎围岩整体强度低,自稳性差,隧道支护完成后变形较大。本文以香丽高速某破碎围岩隧道为背景,通过对周边收敛和拱顶沉降监测数据进行分析,采用数据分析和质量保证率的方法对破碎围岩隧道预留变形量进行了研究,同时结合实际收工情况,提出了该破碎围岩隧道预留变形量控制标准,当掌子面围岩破碎是预留变形量取25cm较为合适,当掌子面围岩极破碎时预留变形量取30cm合适,并在实际工程证明其合理性,为类似工程提供参考。     

基于卸载效应的软岩隧道开挖方案优化分析

为了得到软岩隧道较为合理的开挖施工方案,以某公路隧道软岩隧段为研究对象,借助FLAC3D,对该隧段在不同卸载条件下的开挖方案进行了数值模拟,研究了在不同卸载条件下该隧道软岩段围岩的应力应变特征,并与现场监测结果进行了对比验证。结果表明:开挖卸载过程中,卸载顺序对围岩的受力变形具有明显的影响,开挖卸载面附近形成一个应力降低区,最大挤出位移集中在掌子面或核心土的中心区域,三台阶预留核心土开挖方法最大竖向位移和最大围岩压力均较其它四种开挖卸载方法要小。综合考虑围岩应力、竖向位移、掌子面挤出位移对围岩稳定性的影响以及施工便利,较为合理的开挖方案为三台阶开挖方法。现场监测验证了数值分析的可靠性和三台阶开挖方法的合理性。     

丽香高速某破碎围岩隧道预留变形量研究

由于地形地质条件、环境保护、政策支持等方面的限制,隧道进口有时不得不选在围岩破碎的地方修建。破碎围岩整体强度低,自稳性差,隧道支护完成后变形较大。以丽香高速公路某破碎围岩隧道为背景,通过对周边收敛和拱顶沉降监测数据进行分析,采用数据分析和质量保证率的方法对破碎围岩隧道预留变形量进行了研究,同时结合实际施工情况,提出了该破碎围岩隧道预留变形量控制标准,当掌子面围岩破碎时预留变形量取25cm较为合适,当掌子面围岩极破碎时预留变形量取30cm合适,并在实际工程证明其合理性,为今后类似工程提供参考。