乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究

乌鞘岭特长隧道全长20050m,是我国目前正在修建的国内最长的单线铁路隧道.隧道施工中发生了严重的围岩大变形,主要表现为隧道中部岭脊地段F4～F7断层构成的"挤压构造带"在深埋高地应力条件下的软弱围岩大变形,拱顶最大下沉及侧壁最大水平收敛变形量均达1000mm以上,导致初期支护开裂破坏并严重侵入衬砌净空等,不得不将初期支护全部或部分拆除重做,再施作二次衬砌.文章对隧道区域工程地质环境、软弱围岩变形力学特性及初期支护破坏规律、围岩变形的影响因素等进行了分析研究,并讨论了隧道围岩加固、初期支护预留变形量与二次衬砌施作时机等问题.     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。     

季冻区隧道砂岩三轴压缩力学特性及损伤本构模型研究

为研究季冻区围岩强度及变形规律,文章以辽宁地区公路隧道为工程背景,采用MTS815.02三轴试验系统对经历不同冻融循环次数后的砂岩试样进行三轴压缩试验,研究岩石力学参数随冻融循环次数的变化规律,并基于Weibull分布函数和D-P屈服准则建立考虑冻融作用的岩石统计损伤本构模型,结合试验数据对模型进行验证,结果表明:砂岩...     

寒冷地区隧道衬砌壁后冻融及其影响分析

文章在考虑围岩冻结渐进性和围岩渗水开放性的基础上,研究分析了冻胀过程以及伴随的融冻过程对隧道衬砌结构、初期支护喷混凝土和围岩自身强度等的影响.分析结果表明,对于按现行规范修建的隧道,发生在衬砌壁后的积水冻胀和围岩冻胀对衬砌结构施加的压力不大,设计时可不予考虑;发生在混凝土内部的反复冻融对初期支护的喷混凝土损伤显著、设计施工应予注意;寒区隧道宜重视对常见的因渗漏水引起的冻害的设防.     

软弱围岩通风竖井开挖稳定性研究

软弱围岩中修建竖井会面临围岩变形量大、初支受力过大从而被破坏的风险。本文依托白马隧道通风竖井工程,借助有限差分软件FLAC3D对竖井进行开挖-支护全过程模拟,通过分析竖井钻爆开挖后围岩的变形特征以及初支结构的受力特点,验证竖井开挖方案的合理性。研究结果表明,竖井采用复合式衬砌加短段掘砌混合作业后,围岩位移量随竖井开挖深度呈近线性递增,竖井井底围岩位移最大,为0.72 mm。围岩最大主应力也随着竖井开挖深度逐渐增大,围岩最大主应力大小约为7.89 MPa,位于井底;竖井衬砌范围受爆破开挖影响,围岩主应力较低,为确保施工安全,施工时需及时支护,以形成有效承载结构。竖井支护结构受力随着竖井开挖深度逐渐增大,支护结构最大主应力位于竖井底部,初支最大主应力为8.96 MPa,二衬最大主应力为6.94 Mpa,均满足设计要求。研究成果对类似工程具有一定参考价值。     

大直径盾构隧道双层衬砌管片结构计算

目前,大直径盾构隧道的运用日益增多,常用的盾构隧道多为单层衬砌结构。鉴于单层衬砌管片结构存在一些缺点,双层衬砌管片结构的设计与使用逐渐引起人们的注意。文章针对大连地铁5号线跨海段盾构隧道双层衬砌结构,运用Abaqus软件并考虑围岩压力、地震荷载作用、溶洞以及施作方式对于结构的影响,计算分析不同工况下盾构隧道双层衬砌管片结构的变形以及受力特征。研究结果表明:基本荷载下结构受力的主体为初衬,二次衬砌的作用应更多考虑为耐久性和安全储备。地震荷载作用下二次衬砌结构内力显著增大,相对于基本荷载,初衬内力增幅为8.57%～44.1%,二次衬砌内力增幅为123.6%～332.4%,二次衬砌结构将在抵抗地震等偶然荷载作用时发挥较大作用。地震荷载作用下溶洞对双层衬砌结构内力及变形影响很大,相对基本荷载工况,初衬内力增幅为11.0%～216.5%,二次衬砌内力增幅为192.4%～353.1%,轴向变形增幅为58.9%～81.34%,水平向变形增幅约为143.6%。因此,建议对溶洞进行合理加固,以保证隧道安全。     

双线铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段二次衬砌采用素混凝土结构的方案论证

兰渝铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段采用复合式衬砌,其二次衬砌在初步设计时为钢筋混凝土结构,后经对设计参数的工程类比及隧道力学分析,将二次衬砌改为C35素混凝土结构.经过兰渝线三年的施工实践证明,二次衬砌取消钢筋后,初期支护及围岩变形在容许范围内,衬砌结构安全度达到要求,取得了预期的技术经济效益.     

冻融条件下的寒区隧道围岩压力计算方法

为了明确寒区隧道承受的围岩荷载,给其支护结构设计提供科学依据,节约隧道建设成本,文章针对围岩压力的计算方法进行了研究。分析并给出了不同冻土段考虑冻融作用的围岩压力计算方法:工程冻土段的围岩压力不考虑冻、融条件的影响,可直接用《公路隧道设计规范》的方法进行计算;多年冻土段浅埋隧道围岩压力,在融化条件下采用文章推导提出的公式计算;其余情况下围岩压力采用《公路隧道设计规范》中的方法进行计算,并根据冻融条件,分别采用冻、融条件下的围岩力学指标标准值,其中多年冻土深埋段围岩压力不考虑冻、融条件的影响,均取融化条件下的围岩力学参数进行计算。最后将该方法应用于姜路岭隧道设计荷载计算分析中加以阐释。     

流变荷载作用下隧道二次衬砌损伤行为研究

软弱围岩的流变效应容易导致隧道二次衬砌开裂,影响结构的安全性和耐久性.因此,文章以广甘高速杜家山隧道为例,建立考虑Weibull损伤分布的混凝土数值计算模型,对流变荷载作用下二次衬砌的损伤演化行为进行了研究.结果表明:(1)若二次衬砌与围岩接触良好,衬砌损伤区域在侧压力系数λ为0.5,1,2时,分别分布在拱腰、拱脚以及...     

高地应力软岩大变形隧道二次衬砌施做时机研究

目前,新建铁路隧道大多采用新奥法中的复合式衬砌结构。对于稳定性较好的围岩,二次衬砌作为安全储备;而对于极软弱破碎围岩隧道,初期支护变形及变形速率均较大,很难在短时间内趋于稳定,因此二次衬砌必须适时及早施作,让二次衬砌分担部分荷载对安全有利,但这并不意味着二次衬砌施作时机越早越好,二次衬砌施作过早或过晚对隧道安全都是不利的。文章结合兰渝铁路高地应力软岩隧道的受力变形特点及对二次衬砌的施做时机进行了研究分析,提出了具体建议,并对其安全性进行了模拟计算。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

降雨入渗对浅埋偏压隧道及其支护系统的影响

利用渗流-应力耦合方法对浅埋偏压隧道在降雨入渗情况下的稳定性做了三维数值分析.模拟了隧道的开挖、锚杆支护和衬砌支护过程,以及完工后长期降雨对隧道及其支护系统的影响.锚杆使用杆单元模拟,采用杆单元埋入实体单元技术,简化了有限元建模过程.计算模型对隧道有无排水系统的情况作了仔细分析,结果表明,在不排水条件下,降雨入渗将使隧道衬砌的最大弯矩增加近1倍,锚杆上的最大轴力增加近20%;而在排水条件下,衬砌和锚杆上的力学行为和降雨前相比,并无明显变化.因此,隧道排水系统的合理设置,对于降雨期间的隧道稳定性和支护系统的力学行为有重要影响.     

裂隙围岩的双场耦合可靠性分析

应力场和渗流场在裂隙围岩中的耦合变化规律,是非常复杂的力学过程。运用断裂损伤力学和可靠性评价原理,可推导出裂隙围岩可靠度表达式,说明可靠度与应力分布、渗流力作用、节理分布和岩体性质的相互关系。文章利用推导的裂隙围岩可靠度表达式,在雪峰山隧道YK97 847处进行计算验证,结果表明,在裂隙围岩中,可靠度低的部位不一定在主应力方位,也不一定在隧道顶端,而是因地应力分布、渗透水压、节理分布和岩体性质等综合作用,使局部围岩可靠度相对较低,该处围岩最容易变形坍塌。此研究结果可为隧道支护施工提供参考。     

软弱地层下某隧道围岩及支护结构稳定性数值模拟研究

为研究在软弱地层下开挖单洞隧道时二次衬砌对隧道围岩稳定性的影响,文章以某单洞铁路隧道为依托,采取三维有限元软件对软弱地层下隧道施加二次衬砌后围岩稳定性进行了数值模拟分析,结果表明：(1)在施加二次衬砌后,地层的水平应力整体呈条带状分布,开挖扰动对地层水平应力的影响较小;(2)当施加二次衬砌后,单洞隧道围岩的应力集中程度显著减小,围岩的整体稳定性显著提高;(3)当施加二次衬砌后,隧道所处的地层整体变形量均显著减小,岩体表层的沉降量为0.04 mm,其沉降量可以忽略不计;(4)当隧道进行二次衬砌加固后,围岩的整体水平变形量均较小,满足相关的工程设计要求。     

大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

乌鞘岭特长隧道围岩监控量测设计与应用

文章重点介绍了以监控隧道稳定性为目的的围岩监控量测在乌鞘岭隧道工程中的应用.通过监控围岩和支护状态,并对量测数据进行分析,来调整支护参数及最大预留变形量,确定仰拱、二次衬砌的合理施作时间,制定相关施工方案和措施,判定施工方法是否有效,并根据实施效果作出评价.     

公路隧道软弱围岩施工开挖受力特性研究

软弱围岩公路隧道开挖工程中经常遇到事故,因此研究隧道施工开挖围岩受力及变形特性对工程建设具有积极的指导意义。本文通过MIDAS有限元分析软件,构建了软弱围岩-隧道-岩土体相互耦合作用下的力学模型,研究分析了隧道开挖过程中围岩应力场分布、锚杆轴力、二次衬砌内力、拱顶下沉及隧道净空收敛规律。对进一步研究隧道开挖施工围岩受力特性研究提供了借鉴意义。     

山岭隧道膨胀压力解析解基本问题研究

膨胀性围岩具有吸水膨胀的特性,不仅使隧道支护结构的受力和变形显著表现在施工阶段,其"后荷效应"还长期呈现在运营阶段,从而有别于一般的隧道。文章采用弹性力学原理,研究推导了隧道围岩在不同膨胀条件下,隧道支护结构所受压力及变形的解析解;从理论上,分析判明了在随围岩膨胀率变化、结构支护刚度变化和围岩膨胀压力变化的情况下,隧道支护结构受力与变形关系及分布规律;结合工程实例,采用有限元方法进行了验证。计算结果表明该解析解具有一定的可靠性,能为该类隧道的设计和施工提供依据,对建成后的结构长期安全性评价,也有重要意义。     

基于区间估计法的隧道监测数据统计特征分析及预留变形量研究

针对玉楚高速公路隧道变形量值分布范围及预留变形量的问题,文章采用区间估计方法,选取了14座隧道471个断面的监控量测数据,进行不同围岩级别、埋深下的规律统计分析。基于监测数据的统计学特征表明:隧道埋深增大时,其变形也增大,Ⅳ级围岩隧道较Ⅴ级围岩变形量值要大(与支护强度有关),需重视Ⅳ级围岩的变形与控制;Ⅳ级、Ⅴ级围岩隧道变形在40 d左右时趋于稳定,建议在开挖历时40 d后施作衬砌。同时,对于Ⅳ级围岩隧道,埋深小于50 m时,建议预留变形量为17 cm;埋深50～300 m时,建议首先提高初期支护强度,预留变形量可设为50 cm;对于Ⅴ级围岩隧道,埋深小于50 m时,建议预留变形量为18 cm;埋深50～300 m时,建议预留变形量为32 cm。     

附加荷载引起大跨扁平隧道变形破坏的模型试验研究

文章以深圳大跨扁平马峦山隧道为工程背景,采用模型试验法研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下隧道结构在附加荷载作用下的破坏过程,分析了围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律。研究结果表明:(1)拱顶围岩压力先增大后减小,当附加荷载达到至某一值时,拱顶围岩压力最大,且衬砌变形较小;(2)随着附加荷载的增加,衬砌变形均经历弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段三个阶段,且Ⅴ级围岩衬砌变形较大;(3)随着附加荷载的增加,衬砌结构内力增大,衬砌弯矩分布形状近似呈"蝴蝶型",轴力分布形状近似呈"菱形",且分布不均匀性增大。