软弱黄土隧道支护结构力学特性测试

为研究软弱黄土隧道支护结构的受力特性,优化黄土隧道设计理论,以西宁过境高速公路某黄土隧道为依托,选取杂填土段、深埋段和浅埋段进行了大规模的现场测试,从支护受力的空间分布、时间分布、计算方法以及对比验证等方面,对围岩与初支接触压力、初支与二衬接触压力及二衬和仰拱混凝土的应变进行了系统的研究。分析结果表明:拱顶、拱肩处的压力值较大,是黄土隧道最危险的部位,容易发生坍塌;围岩压力计算值与实测值相差较大,现有方法在计算黄土断面围岩压力时存在较大的误差;深埋段围岩压力稳定时间最短,浅埋段次之,杂填土段时间最长;软弱黄土隧道"新奥法"原理指导下,"强初支,弱二衬"设计理念的采用,使二衬荷载承担比例控制在11%~36%范围内,充分发挥了初支对围岩变形的抑制作用,二衬仍作为安全储备。     

乌鞘岭隧道F7断层带监控量测

乌鞘岭隧道是国内最长的单线铁路隧道,隧道在F7断层带施工过程中,围岩出现多处变形侵限及坍塌事故。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,进行了收敛变形、锚杆轴力、初支混凝土应力、初支围岩压力、二衬接触压力、二衬混凝土应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理性参数的跟踪量测,利用量测结果指导设计施工及预见事故和险情,保证了隧道顺利贯通。     

不良地质条件下公路隧道施工力学特性研究

为深入研究不良地质条件下隧道施工力学特性,提高隧道施工效率,保证施工安全,依托某高速公路隧道,利用现场监测、数值模拟手段研究施工过程中隧道支护结构接触压力、弯矩值、轴力值情况,并对其进行对比分析。研究结果表明:在偏压软弱地层条件下,围岩与初支间接触压力极易形成应力集中;二衬与初支间接触压力分布不均衡;右侧拱脚弯矩值较大,且分布范围较广;隧道衬砌轴力在拱顶和仰拱处均产生了应力集中。研究成果为类似工程提供了技术支持。     

榆树沟隧道施工监控量测及分析

榆树沟隧道施工监测结果表明,各测试段净空收敛数值均远小于允许收敛值,隧道结构是安全的;围岩压力数值均远小于设计值,但分布不均;喷射混凝土和二次衬砌混凝土应力均较小;格栅钢架轴力绝大部分为压力,而且比较大,表明格栅钢架的作用显著。     

乌鞘岭隧道F7断层区段左线迂回导坑监控量测

兰新复线兰武段乌鞘岭隧道F7断层,为区域性大断层,地应力高。施工过程中,围岩变形达1 m以上,初期支护出现多处变形侵限及坍塌事故。为保证隧道的正常施工,掌握围岩动态和支护结构的工作状态,及时优化、更改预设计,在左线迂回导坑做试验段,进行了拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初支混凝土应力、初支围岩压力、初支钢架应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理性参数的跟踪量测,利用量测结果指导正洞设计施工及预见事故和险情,以便及时采取措施,保证了隧道顺利贯通。     

昔格达组地层深埋隧道围岩压力计算方法探讨

分布于我国攀西地区的昔格达组地层是一种河湖相沉积半成岩,遇水软化、易崩解,工程性质介于极软岩与土之间,极易出现拱架扭曲或剪断、喷射混凝土掉块、初支侵限,甚至坍塌冒顶等病害,给昔格达地层隧道施工带来了极大的困难。以成昆铁路扩能工程米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托工程,通过现有围岩压力计算理论、经验公式与现场测试结果对比分析,对昔格达组地层铁路隧道围岩压力分布规律进行了研究。研究结果表明:《铁路隧道设计规范》垂直匀布压力计算值大于现场实测值,围岩压力竖向分量最大值位于拱顶处,且自拱顶至墙腰处逐级递减。天然含水率条件(约27%)下,昔格达组地层隧道开挖后拱部围岩压力竖向分量较小,边墙处围岩压力水平分量较大。     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

经验法确定隧道Ⅳ级围岩二衬的合理支护时机

主要介绍了使用经验法确定隧道Ⅳ级围岩二衬的合理支护时机,通过分析Ⅳ级围岩拱顶下沉、周边收敛、围岩压力、初衬内力时程图,最后得出Ⅳ级围岩二衬合理的支护时间.     

水平泥砂互层隧道围岩稳定性研究

以大梁峁特长公路隧道为依托,针对水平层状岩体隧道,采用ANSYS数值分析软件将水平泥岩砂岩互层岩体等效为正交各向异性的方式,对隧道开挖过程中围岩稳定性进行了数值试验分析,通过分析围岩塑性区、围岩应力、隧道变形、锚杆轴力、初支及二衬内力,得出施工采用支护参数的合理性和水平泥岩砂岩互层隧道围岩变形和初支、二衬应力的分布特征.     

Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面隧洞的围岩压力计算与影响因素分析

小断面隧洞应用于井巷工程、输水泄洪工程、电力工程等,受岩体完整性、掘进工艺、隧洞断面形式影响,围岩压力存在一定差异性。针对某Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面泄洪隧洞围岩压力计算问题,开展了围岩压力计算方法和影响因素分析工作。研究表明：公路隧道设计规范综合考虑了岩体基本质量等级、开挖宽度、塌落拱范围等因素,较为适宜Ⅳ、Ⅴ级围岩的压力计算;Ⅴ级围岩段自稳性差,注浆初期支护作用难以发挥,易发生拱顶岩体冒落;圆拱直墙小断面隧洞的矢高大于1.0m后,垂直分布压力、水平分布压力衰减加快,岩体整体性越差（Ⅴ级围岩）,衰减越快。     

东山公路隧道开挖支护过程数值分析研究

应用有限元分析软件MIDAS/GTS,采用地层结构法分析了东山公路隧道开挖支护过程中的稳定性问题。分析结果表明,开挖不同断面过程中,围岩内最大主应力集中在钢架脚部,钢架架设时应及时施工锁脚锚杆,必要时可采用小导管注浆等方法对拱架脚部围岩进行加固;从衬砌变形角度分析,变形量最大处为拱顶下沉及底脚位置,施工中应注意对拱顶沉降的监测,逐步开挖核心土,保证施工及结构安全,同时应及时施作基础工程,以控制洞室变形;围岩最不利位置出现在拱顶及仰拱两侧,应是重点加强部位。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

拱部砌衬背后不对称空洞对隧洞结构的应力影响分析

以某单向两车道隧洞为例,借助大型通用ABAQUS二维分析系统,对拱部砌衬背后不对称空洞对隧道结构的应力影响进行分析,对砌衬内力演变规律、围岩体与砌衬接触压力、围岩体应力分布规律进行有限元分析,可为同类工程应用提供研究参考。     

不同开挖方案下隧道围岩稳定性及变性特征分析

不同的开挖进尺会引起隧道相应的围岩位移变化,围岩位移超过容许值将会影响隧道的安全性。以长茂山双车道浅埋隧道为例,采用有限元软件ABAQUS对台阶法不同开挖进尺条件下的隧道施工进行三维数值模拟,从位移及应力两方面来分析台阶法不同开挖进尺的围岩变化规律。研究表明:围岩位移变化主要在拱顶及拱顶附近且侧拱两侧位移曲线呈对称分布;围岩的最大位移变形量随开挖循环进尺增大而相应增大,当开挖进尺增大到6 m后,围岩发生最大位移增长滞缓;围岩竖向位移和拱顶应力随开挖进尺变化的规律可以采用Logistic增长函数进行拟合;提出了循环开挖进尺为4 m的合理施工方法。     

粉质黏土隧道支护体系力学特性试验研究

隧道穿越稳定性较差且构造节理发育的粉质黏土的施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展杨家岭1#隧道粉质黏土段支护体系现场试验,研究粉质黏土段隧道初期支护中的围岩压力、钢架应力、喷混凝土应力及支护变形规律。结果表明：由于隧道左右两侧地质条件的不同（即粉质黏土的不均匀性）,初支上的围岩压力存在一定偏压情况,且围岩压力较大;喷混凝土应力及钢架应力值均较大,说明该段粉质黏土隧道围岩的稳定性较差,若初支仅考虑对围岩的封闭作用采用较小的喷混凝土厚度且不施作钢架,隧道的施工和结构安全存在较大风险;对于本工程,虽然偏压会对衬砌受力形成一定的不利因素,但是变更后的初期支护能够保证施工期间的安全。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

岩石蠕变对隧道二衬结构影响的研究

岩石蠕变是岩石的重要力学特征之一。在隧道开挖完之后的很长时间内,围岩会因为蠕变而进行应力调整,蠕变产生的荷载由隧道的初衬和二衬联合承担。而当今隧道的使用寿命规定为100a,隧道设计中往往将二衬作为安全储备,没有通过分析围岩蠕变荷载对二次衬砌的影响对二衬进行设计。如不对此进行准确分析并采取有效的控制措施,长时间的蠕变将会对隧道二衬结构产生严重影响。因此,分析隧道二衬受力以及健康程度随时间的变化是十分有必要的。结合铜锣山隧道工程,利用大型有限差分软件FLAC3D的Bur-gers蠕变模型,分析了不同时间蠕变对围岩应力重分布以及对二衬的力学性能的影响,得出一些有价值的结论:岩石蠕变造成隧道断面围岩应力、作用弯矩的大小及位置发生变化,对衬砌的安全造成影响。     

大断面连拱隧道中隔墙厚度研究

大断面连拱隧道关键部分为中隔墙,而目前关于大断面连拱隧道中隔墙方面的研究资料较少。毛家隧道为大断面连拱隧道,洞口处在Ⅴ级围岩中,合理地确定中隔墙的厚度是本隧道的关键所在。采用数值计算的方法,在Ⅴ级围岩衬砌结构中隔墙厚度(不含两侧二次衬砌厚度)为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4 m的不同情况下,通过计算分别得出了中隔墙应力及位移,得出随着中隔墙厚度的增加中隔墙应力及位移均有所减小,并与隧道规范中混凝土容许应力值进行对比,得出毛家隧道中隔墙厚度至少为1.3 m,加上两侧二次衬砌的厚度(二次衬砌的厚度为0.55 m),毛家隧道中间曲中墙的厚度为2.4 m较合理。对类似大断面连拱隧道的设计与施工有一定的借鉴意义。