柿子园隧道穿越映秀-北川活动断裂段施工技术

在地下工程建设中,特别对于铁路隧道工程,穿越活动断裂带施工难度极大,其影响和对隧道工程的破坏程度比其它类型工程更为突出。本文以成兰铁路柿子园隧道穿越龙门山中部的映秀-北川活动断裂带工程施工为背景,探讨活动断裂带隧道工程施工技术并对衬砌结构及变形缝设计和施工进行了专项分析和研究,系统地总结出一套具体可实施的综合工艺措施,为同类工程施工建设提供借鉴。     

“四极三高”地质隧道施工关键技术与创新

目前对集穿越活动断裂带、高地应力、高地质灾害风险、软弱破碎岩性、地下水丰富等于一体的“四极三高”地质隧道施工技术研究较少。结合穿越岷江活动断裂带的成兰铁路“四极三高”红桥关隧道工程,针对其施工时极易发生变形侵限、钢拱架扭曲断裂、初支结构严重破坏,研发了长短锚杆与纵环向等刚度拱架组合体系、微三台阶上部预留大核心土的隧道开挖方法,加快了隧道施工进度以及初支结构封闭成环,有效控制了隧道大变形的发生;针对活动断裂带隧道错动大、震后结构损伤大的特点,研发了隧道穿越活动断裂带不等长多节段圆形衬砌结构体系,有效地增强了隧道结构的抗错动能力;研发了活动断裂带宽变形缝隧道结构防排水体系,解决了活动断裂带隧道渗漏水难题。这些创新技术的应用,实现了隧道安全快速掘进,可供类似工程参考。     

穿越多断层破碎带隧道自适应结构走滑错动特性研究

在活动断裂构造带地区,断层运动往往是沿断层带发生,自活动盘到破碎带错动位移表现出逐级传递的特征,因此穿越活动断裂带的隧道结构应力、变形特征也受到断层错动形式的影响。依托西部高烈度区某穿越大型活动断裂带的公路隧道工程,通过数值模拟分析穿越多断层隧道结构在断层多级走滑错动下的位移、应力响应规律,得出隧道结构纵向基于多断层蠕滑错动的影响分区;建立基于柔性初支、刚性二衬和节段铰接的穿越蠕滑断层隧道自适应结构,探究在错动区和缓冲区内设置隧道自适应结构的抗错性能。研究表明：隧道围岩性质的差异是影响穿越断层破碎带隧道结构变形和应力的最重要因素,隧道自适应结构在蠕滑错动过程中,柔性初支能够吸收部分围岩传递至隧道结构的变形,柔性接头的剪切变形和衬砌节段的刚性转动能够承担较大的位错,随着隧道衬砌节段长度的减小、接头数量的增加,各个接头的剪切变形角和衬砌节段偏转角都将减小,大幅提升结构的抗错安全性。     

正断层错动作用下矿山法隧道受力变形机理的模型试验研究

为研究正断层错动作用下矿山法隧道的受力变形机理,以胶州湾第二海底隧道穿越沧口断裂为工程背景,采用自研的大比尺穿越断层隧道结构破坏加载试验装置,针对设置柔性连接变形缝和变形缝间距对隧道结构抗错断效果的影响,开展几何相似比为1∶40的矿山法隧道穿越倾角70°的正断层错动模型试验,对错动试验过程中的隧道变形、应变分布、围岩接触压力和破坏特性等关键指标进行监测,分析获得了正断层错动作用下隧道变形和力学响应规律。研究结果表明：(1)隧道在正断层错动作用下,呈现纵向拉弯+竖向挤压的受荷模式,在下盘邻近断层面处拱顶部位和上盘邻近断层面处仰拱部位出现脱空区;(2)隧道开裂主要以纵向贯通裂缝为主,近断层面处衬砌还出现了部分斜向裂缝和环向裂缝;(3)节段间的连接形式和节段长度不会根本上改变隧道在断层错动作用下的受荷模式和变形模式,但节段间刚度越小,节段长度越小,结构对于地层强制位错的适应性就更好;(4)相比于刚性连接,节段间的柔性连接吸收了大部分地层强制位错,有效降低衬砌节段的荷载和变形,使结构趋于安全。     

走滑型断裂破坏模式及隧道工程对策

研究目的:2022年1月8日青海省门源县发生6.9级地震,地震烈度达9度,地震造成兰新高铁大梁隧道和硫磺沟大桥等严重损坏。本文通过震害调查及监测分析,对地震变形破坏情况进行总结,并深入分析变形规律和震害整治方法。研究结论:(1)门源地震对大梁隧道造成了不同程度的破坏,在F₅断裂带附近隧道错断、扭转,结构损毁,往两端洞口衰减,以衬砌裂损、剥落掉块和环向裂缝(纹)为主;(2)根据损害程度可将隧道分为错断段、强影响段及震损段,在损害严重地段需拆除重建,需采用类圆形断面形式、初期支护与二次衬砌间铺设减震消能层、节段间设置宽2～3 cm变形缝等原则;(3)按隧道与断层的相对关系,分为穿越活动断裂和临近活动断裂两类,采用不同的设计方法,为断层附近隧道设计建造提供依据;(4)本文研究对我国高烈度地震及活动断裂隧道震害机理、抗震设计及减隔震技术研究等具有借鉴意义。     

穿越活动断层隧道组合抗震缝定量设置的计算公式及试验验证

针对穿越活动断层隧道抗位错的要求,根据断层错动时隧道衬砌节段的几何变形特征,推导基于活动断层倾角、宽度和位错量等参数的隧道组合抗震缝设置数量的计算公式。以穿越龙门山中央活动断层的成兰铁路柿子园隧道工程为背景,按照1∶30的相似比建立室内试验模型,分别针对普通衬砌与按照本文计算结果设置抗位错组合抗震缝衬砌的2种工况进行逆断层位错室内模型试验。结果表明:在活动断层破碎带及其两侧设置抗位错组合抗震缝的隧道与普通隧道相比,衬砌结构的最大纵向应变大幅降低,最大环向应变有不同程度的降低,与围岩间最大接触压力有所降低,且变化范围有所减小,在试验终止时,并未沿隧道纵向出现大规模的横向及纵向裂纹、衬砌剥落和衬砌坍塌等破坏现象。试验结果验证了组合抗震缝定量设置计算公式的正确性和有效性。     

强震区穿越软硬交界面铁路隧道结构抗震技术研究

高烈度地震区隧道洞口段穿越软硬交界面易遭受严重破坏,基于成兰铁路隧道工程,对洞口段软硬交界面隧道动力响应规律及其抗震设防措施展开一系列研究,得出双线铁路隧道洞口段穿越软硬交界面铁路隧道结构的动力响应规律;在基覆交界面处对比分析隧道减震层与渐进式注浆加固两种方案,得出在强震作用下隧道围岩渐进式注浆方案对衬砌结构具有良好的抗减震效果,大大减小隧道衬砌变形和应力峰值的结论。而隧道减震层方案对衬砌结构抗震性能提升较小,右线隧道拱腰和左线隧道拱腰受力最大,需加强隧道结构抗震加固措施。     

穿越断裂黏滑带隧道合理抗错断设防长度研究

研究目的:隧道穿越黏滑断层带极易发生错断,其合理的抗错断设防长度一直是业内研究的关键性问题。采用数值计算和黏滑错动模型试验相结合方法,研究隧道穿越断裂黏滑带黏滑错动条件下结构应变、主应力响应特性,探求穿越断裂黏滑带隧道合理抗错断设防长度。研究结论:(1)衬砌主应力最大峰值均出现在断裂黏滑带两侧一定范围内,当远离黏滑断裂带衬砌结构主应力趋于稳定,黏滑错动影响范围在隧道纵向具有显著区域性特征;(2)断裂黏滑错动对活动盘影响范围明显大于固定盘;(3)影响范围内活动盘侧以拉应力破损为主,合理的抗错断设防长度约为(6～7) D;(4)固定盘侧以压应力破损为主,合理的抗错断设防长度(含断层带)约为(4～5) D,且随着断层宽度的增加,固定盘侧影响范围逐渐向断层区域内平移;(5)减错缝的设置可将衬砌结构主应力降至安全范围内,实际工程建议根据衬砌模板台车长度将减错缝与施工缝设置在同一断面;(6)本研究成果可为黏滑错动地质地段隧道抗错断设计和施工提供理论依据。     

乌鞘岭隧道F7断层二次衬砌安全度浅析

乌鞘岭隧道穿越F7断层时,隧道埋深大,断层岩体破碎,岩体完整性差,围岩自稳能力弱,由于受挤压影响,手捏呈砂砾状、粉末状,开挖后变形长期不收敛,不能满足<铁路隧道设计规范>关于二次衬砌施作时机的规定,所以对已施工完毕的二次衬砌段进行结构安全度分析.     

乌鞘岭特长隧道F7断层围岩大变形段二次衬砌安全度分析

乌鞘岭特长隧道11#斜井处正洞在穿越F7断层时,由于隧道埋深大,断层岩体破碎,岩体完整性差,围岩自稳能力弱,受挤压影响等,开挖后围岩变形长时间不收敛,50d后的变形仍有2—4mm/d,累计最大变形量已超过60cm,部分地段严重侵限,不能满足《铁路隧道设计规范》关于二次衬砌施做的规定。如果二次衬砌及时施做,在软岩大变形条件下其安全度问题值得进一步探讨。本文通过现场量测和监测手段,并结合理论计算与分析,对已施工完毕的二次衬砌段的结构安全度进行了探讨,结果认为,目前乌鞘岭隧道F7断层二次衬砌结构的设计参数是可行和安全的,满足《规范》所规定的在软弱围岩地段的要求,建议及时施做二次衬砌。     

隧道水沟电缆槽共缝机理及变形缝防水设置技术研究

随着铁路隧道工程建设标准化的提高,水沟电缆槽作为最后一项附属工程施工,其浇筑工艺及施工装备均有了新的提高,但是施工后期和线路后期运营,水沟电缆槽开裂变形的问题依然是难以解决的质量缺陷,对隧道运营安全产生极大影响。本文通过成兰铁路长大隧道工程施工过程中的试验,分析其变形开裂成因以及对水沟电缆槽、衬砌施工缝共缝机理进行研究,结合现场技术应用效果,提出"共缝"设置理念,并针对变形缝设置提出相应解决措施,可为今后隧道工程设计、施工提供有益借鉴。     

长大铁路隧道软弱围岩双层初支监测技术研究

针对在建怀邵衡铁路岩鹰鞍大断层大变形施工技术难题,运用理论分析、现场实测和监控预报等方法,分析了工程水文地质和断层条件,选择适合施工的监测方案和工具,进而对断层段洞内围岩支护应力应变进行现场监测并对监测数据进行研究,确定了过断层隧道双层初支的合理性。实践表明,按照提出的过断层隧道双层初支治理方案能够获得较好的围岩变形与受力效果,可以很好地保证隧道过断层段围岩稳定和结构安全,可为矿山、公路、铁路以及其他类似隧道工程提供参考。     

强富水裂隙岩体隧道衬砌水压力特征及稳定性研究

为控制隧道穿越强富水裂隙岩体围岩稳定性,以天河山隧道为例,采用三维相似模拟试验研究了衬砌水压力特征,得出相较于传统的无环向盲管而言,有环向盲管的配置使得衬砌背后水压力轻微减小;在衬砌结构的关键交接点上的衬砌背后水压力的数值相对于非交叉位置衬砌背后水压力值较小;围岩底部排水系统和衬砌环向与纵向盲管排水系统之间相互配合,此种设置能够降低高水压富水裂隙岩体隧道衬砌背后的水压力。同时提出了“反压土石回填+型钢支撑+小导管注浆+超前管棚注浆”控制措施。现场监测结果表明：隧道钢拱架最大受力位置为拱顶,受拉值为45.3 MPa,最大围岩压力出现在左侧拱墙,为0.129 5 MPa,且二者在仰拱施作完成后围岩压力趋于稳定,说明整体结构处于安全状态。     

复杂地质隧道衬砌变形分析与工程治理技术

研究目的:新建兰渝(兰州至重庆)铁路是我国《中长期铁路网规划》的重点项目,兰渝铁路两水隧道在施工过程中遇到高地应力,围岩最大水平主应力值为6.5~11.3 MPa,隧道围岩呈现变形大、速率快的特点。在隧道掘进施工前期,隧道初期支护结构变形大,部分钢拱架扭曲、断裂,支护结构失稳,初期支护结构侵入衬砌净空,拆换拱情况频繁发生。隧道贯通后,发现隧道已完衬砌局部区段出现衬砌混凝土开裂、掉块,断面变形乃至侵限现象,给隧道施工及运营带来极大的安全风险隐患。针对隧道衬砌出现的问题,经过会同有关专家充分分析其发生变形、开裂的原因,并就衬砌拆除换拱试验段工艺参数进行研究,通过严密的监控量测,分析隧道支护和衬砌结构受力和变形规律,提出合理的控制变形的工程处理措施。研究结论:(1)两水隧道通过区域地质构造十分复杂,软弱的薄层板岩、千枚岩或炭质千枚岩在高地应力作用下发生围岩大变形,造成较长段落初支变形和衬砌破坏;(2)在总结施工经验的基础上,结合大量的现场试验段围岩量测数据分析,采取双层初期支护和双层衬砌工程技术措施,进一步优化和增强初支拱架强度,可以有效的控制隧道大变形;(3)针对具有极高安全风险的衬砌拆除换拱施工,采用短拆除、快支护、设置临时套拱、打设锁脚锚管以及快速紧跟隧道二次衬砌等措施,可以进一步降低和控制安全风险;(4)本研究成果不仅是根据铁路大断面双线隧道通过软岩大变形地质条件下,出现罕见初支变形和衬砌破坏的工况,所采取的处理整治措施,而且对今后类似隧道工程施工中具有一定的指导价值。     

高铁隧道穿越断层破碎带施工方法及稳定性分析

针对新建福州—厦门高速(350 km/h)铁路碧峰寺隧道穿越F7断层破碎带施工潜在的地质灾害,提出隧道采用三台阶临时仰拱、超前帷幕注浆、弱爆破、早封闭、勤量测的联合施工方法穿越断层破碎带,利用有限差分程序建立了三维数值计算模型,研究了施作和未施作超前注浆预加固作用下隧道施工破碎带围岩的稳定性。研究表明:预注浆加固措施作用下,断层破碎带隧道施工围岩最大变形量降低了137.8 mm,达到了设计的预留变形量,拱顶和拱脚附近应力集中明显减弱,改善了围岩的稳定性,提出的施工方法对破碎带围岩扰动小;结合现场施工监测数据,验证了这种断层破碎带联合施工方法的可行性和适用性;最终隧道施工成功穿越了断层破碎带,保障了工期和施工安全,能为类似工程提供借鉴意义。     

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明：逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断...     

川藏铁路藏中隧道胜利贯通

正51月14日,川藏铁路拉萨至林芝段藏中隧道胜利贯通。藏中隧道全长1 048 m,于2016年3月开始施工。该隧道处在雅鲁藏布江附近的地质断裂带上,穿越多处特殊地质段,水文地质条件复杂,隧道埋深浅,围岩破碎,极易造成隧道变形,施工难度大,安全风险高。在施工过程中,承担施工任务的中国中铁九局集团川藏铁路拉林段项目部针对该隧道地质与原设计变化大的实     

邻近既有线新云居山隧道群施工设计

在既有杭深铁路福州南—福清区间并行建设福厦铁路正线、福州南动走1线和动走2线。这三条线路穿越云居山共修建五座隧道（新云居山隧道和1#—4#隧道），存在新建隧道小净距上跨既有清凉山隧道施工和新建隧道相互影响的问题。本文针对新云居山隧道与1#隧道、3#隧道直立边坡进洞并行段、新云居山隧道小净距上跨既有隧道影响段、新云居山隧道与3#隧道小净距立体交叉段三个关键区段的施工方案进行设计，提出在进洞并行段对直立边坡采用锚固桩加固，对新云居山隧道采用加强型衬砌，在上跨影响段对既有隧道施作加强型衬砌，在立体交叉段对3#隧道及中夹岩采取加强型技术参数。经数值模拟，所提设计方案能有效降低隧道开挖对围岩的扰动，明显减小衬砌结构隆起量。现场监测结果表明，进洞并行段地表、上跨影响段衬砌加强后的清凉山隧道和立体交叉段3#隧道位移均较小，结构受力状态良好，说明设计参数和施工方法合理可靠。     

高海拔特长铁路隧道穿越断层带安全施工管理

针对高海拔特长隧道穿越断层带面临的技术难题,以敦煌—格尔木铁路当金山隧道为工程依托,系统梳理总结该隧道穿越F5活动断裂带所采取的安全施工管理对策及经验.分别从动态设计方案、超前地质预报、安全施工技术措施、管理经验及对策等方面针对大变形的应对措施、综合超前地质预报、平导安全施工、注浆排水、安全风险管理、应急事故组织管理及...     

基于块体离散单元法的走滑型活动断裂错动作用下隧道结构响应

以某穿越走滑型活动断裂带隧道为工程背景，采用离散单元法建立“围岩-衬砌-断裂带”三维块体离散单元模型，分析不同错动量作用下隧道衬砌整体位移响应；明确统一的隧道复合式衬砌结构位移及类圆形断面变形损伤控制标准，分析走滑型活动断裂错动作用下沿隧道纵向位移变化和横断面上径向变形损伤规律，并对比3种断面预留位错空间方案下的衬砌响应规律。结果表明；隧道衬砌的显著性位移和径向变形率最凸出区间均主要集中在断裂带及其两侧附近，拱顶竖向位移向下呈“V”形，仰拱底部竖向位移向上呈倒“V”形，左右拱脚水平位移方向均与断裂错动方向一致，呈“S”形；随着错动量的增加，衬砌节段间差异位移不断增大，断面上拱顶和仰拱底部变形最为严重；随着断面预留位错空间的增加，衬砌位移极值不断增大，但断裂带两侧隧道衬砌影响范围基本不变，断面上部分关键部位之间损伤破坏临界错动量减少，不利于隧道结构抗错。