高地应力软岩隧道大跨连拱过渡段施工技术研究

以兰渝铁路新城子隧道为背景,以确保高地应力软岩条件下隧道特大跨至连拱过渡段的围岩及结构的稳定性为目的,围绕过渡段的快速施工技术展开研究。首先分析了大跨与双连拱的现场监测的变形规律,并基于高地应力软岩隧道变形控制的基本理念,研究高地应力软岩隧道大跨与双连拱过渡段的施工技术。研究得到:提出了"延伸开挖,后期还原,刚柔并济,联合支护,双洞浇筑,整体衬砌"的高地应力软岩隧道大跨至连拱过渡段施工工法;提出了高地应力软岩隧道大跨至连拱过渡段的"十字撑"支护技术。     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形段施工技术

宜万铁路堡镇隧道穿越地层大部分为砂质页岩和粉砂质页岩,局部为炭质页岩,岩层软弱、节理较发育;隧道埋深大,地应力高,围岩强度低,高地应力软岩大变形区段长,施工过程中发生了严重的大变形。主要介绍高地应力软岩大变形段的施工措施,即:采用小导管注浆超前支护、采用短台阶和双侧壁相结合的开挖方法,初期支护采用喷混凝土+型钢钢架+锚杆+钢筋网的支护措施,控制每环仰拱开挖长度不超过4 m,及时封闭成环,及时施做二次衬砌,对隧道高地应力软岩段的预留变形量为15～30 cm,确保了隧道顺利通过软岩大变形区段。     

高地应力软岩隧道围岩压力及二衬受力特征研究

为研究高地应力条件下软岩隧道围岩压力作用规律及二衬受力特征,依托兰新铁路第二双线大梁隧道,分别对隧道围岩与初期支护、初期支护与二次衬砌之间的接触压力进行现场监测,得出上述压力随时间变化规律和沿隧道横断面分布特征,基于实测围岩压力对隧道二次衬砌结构内力进行计算。研究结果表明:初支围岩压力和初支与二衬接触压力随时间发展呈不同变化规律;围岩压力在空间分布上表现出"两侧大、拱顶小"的侧向挤压特征;二次衬砌围岩压力分担比例平均值在45.0%~70.3%;实测围岩压力较规范围岩压力计算出的二衬内力更符合实际。     

软岩隧道大变形影响因素及控制技术研究

软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道施工在高地应力条件下，极易发生大变形，导致支护侵限甚至二衬开裂等问题，严重危及隧道结构安全。在分析国内外软岩隧道大变形研究成果基础上，提出了软岩大变形分类方法，对大变形影响因素进行了总结，包括岩性、地应力、地下水、地层结构、膨胀作用、群洞效应等，并分析了各因素的作用机理；提出了软岩隧道大变形控制技术，包括微台阶开挖技术、多层支护技术、径向注浆技术、长短锚杆联合支护技术、差异预留变形量、二衬施作时机等，并通过工程实例对控制技术进行了解析，确定了关键参数，可为类似工程提供参考。     

流变效应作用下高地应力铁路软岩隧道衬砌结构长期稳定性研究

高地应力软岩具有变形量大、变形速率快、持续时间长、流变性强等特点,围岩流变性对衬砌结构长期稳定性影响大。以木寨岭铁路隧道为例,结合室内蠕变试验结果,采用Burgers流变模型,分析不同流变周期内支护结构受力随时间变化的规律。结果表明:(1)本文采用的Burgers模型能较好地反映围岩流变特性;(2)目前木寨岭隧道的支护结构形式,已施作的衬砌结构在以后数年发生压溃开裂的风险较大;(3)提高支护结构的长期稳定性及安全性,应从改变围岩流变性的角度出发,降低围岩的流变特性,增强围岩强度。     

高地应力软岩隧道连拱大跨段施工技术

围岩的变形控制是隧道工程界的普遍难题,目前在建的兰渝铁路高地应力软岩隧道围岩大变形剧烈,特别是在隧道结构型式复杂的地段尤为突出,严重影响施工安全与工期进度。结合兰渝铁路新城子隧道出口连拱大跨段工程实践,对比分析了中导洞开挖和背靠背开挖2种双连拱段施工方案,综合分析认为对高地应力软岩隧道采用中导洞开挖双连拱,更为安全、可靠。隧道大跨段采用双侧壁导坑法开挖,双层初支和锚索+锚杆联合支护体系能有效控制围岩变形,现场工程实施效果良好。     

高地应力软岩隧道合理支护方案试验研究

研究目的:基于高地应力软岩隧道在施工过程中产生大变形的问题,采取包含传统喷锚支护在内的三种支护方式现场进行试验研究,根据围岩变形、围岩压力、钢拱架应力和二衬混凝土应力等监测结果,分析兰渝铁路新城子隧道试验段的稳定性并选择适宜的支护方案。研究结论:(1)采用传统的喷锚支护方式难以有效解决高地应力软岩隧道施工中围岩的大变形问题;(2)采用环向注浆加固围岩+型钢拱架初支可以在一定程度上改善围岩的条件,减小围岩变形和钢拱架应力以及二衬混凝土应力;(3)采用双层初支,即采取先让后抗的支护方式,既可以吸收一部分围岩变形,减小初支的变形和钢拱架应力,同时也可以提供稳定的支护力,使二衬受力也相对较小,因此采用双层初支对控制高地应力软岩隧道的大变形具有明显优势;(4)本研究成果可为高地应力软岩中类似工程施工支护方案的选择提供参考。     

乌鞘岭隧道地应力特征与软弱围岩的变形防治

兰武二线乌鞘岭隧道横穿祁连山东麓,长20050m,最大埋深1050m。在岭脊志留系千枚岩夹板岩及断层构造岩等软弱围岩段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,不仅支护失效甚至钢架亦被严重扭曲,且持续变形长时间不收敛。地应力测量研究表明,隧道岭脊段具有明显的现今构造应力作用,地应力的总体特征为:SH≥SV>Sh。分析认为,隧道围岩变形的主因是:在较强构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时施做二次衬砌,软弱围岩及初期支护不能承受该作用力,以致产生了持续性的流变变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护、衬砌非常重要。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放;选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行支护衬砌,对确保围岩稳定和支护衬砌结构安全具有重要意义。     

隧道超前导洞法地应力释放技术研究

隧道穿越高地应力软弱围岩地层将不可避免地产生洞室大变形,为有效控制变形、保障安全的同时降低工程投资,很有必要对高地应力软岩隧道进行超前应力释放研究。从试验设计、区域地质素描入手,通过对超前洞室水平收敛和拱顶下沉量变形规律的研究、分析,提出了高地应力软岩条件下,洞室大变形与区域地质构造走向、主应力方向之间的辩证关系;结合地层岩性,对不同围岩条件下变形量的差异性做了定性分析。通过对不同支护形式下的变形试验研究,总结了不同支护形式的释放功效和变形特点,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

高地应力与地震联合作用下软弱围岩隧道动力响应研究

针对高地应力、软弱围岩、高地震烈度等多种因素并存环境的隧道在高地应力与地震联合作用下隧道支护结构的安全性问题,依托某铁路隧道,根据岩体强度应力比与相对变形值两个指标,确定了三种软弱围岩变形等级的分级标准;结合三维数值仿真分析,研究不同变形等级的软弱围岩条件下围岩与隧道支护结构在地震波作用下的动力响应规律.结果表明:围岩...     

野三关隧道软岩变形段施工技术

通过野三关隧道软岩变形段处理过程,介绍了隧道在软岩变形段的施工过程,包括开挖方法、支护参数、围岩量测、量测结果分析、支护参数的调整以及围岩应力测试的方法及步骤。根据野三关隧道变形破坏特点及工程的性质和安全要求,提出了软岩变形危害的防治对策。     

兰渝铁路两水隧道双层支护试验研究

针对兰渝线两水隧道穿越炭质软岩、设计施工难度大、初支变形不满足稳定性条件、衬砌较早施作而引起开裂等问题,开展双层支护研究工作。通过现场试验对试验段初期支护围岩变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力和混凝土应力等监测。得到初期支护隧道围岩与结构的力学及变形特性,分析其随时间的变化特点和沿隧道横断面的空间分布规律。研究结果表明：围岩压力、钢架应力和喷混凝土应力随开挖进程存在急剧变化阶段,易受施工扰动影响,敏感性随时间逐渐降低,结构应力沿隧道横断面的空间分布呈现“上下大,两侧小”的分布规律。研究结果对建立科学合理的软弱围岩隧道支护结构设计方法具有一定的指导意义。     

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。     

新乌鞘岭隧道岭脊段高地应力软岩大变形控制技术

针对新乌鞘岭隧道岭脊段高地应力软岩变形问题,采用加强初支、铣挖法施工在软岩大变形方面取得了良好的效果。通过调整仰拱曲率、加大变形预留量、加强初期支护、超前预加固等设计支护措施,结合铣挖法开挖可有效减少对周边围岩的扰动,有效控制软岩塑性区的发展。研究表明：相比钻爆法,采用铣挖法开挖易于控制超欠挖,并大幅度降低对围岩的扰动。轮廓平均线性超挖由37 cm缩减至17 cm,超挖率由121%缩减至61%,喷射混凝土与岩面密贴性好,有利于提升围岩自承能力和初期支护的承载能力,可有效改善变形控制效果,提高软岩施工的进度及安全性,可作为高地应力软岩大变形控制的有效方法。     

高地应力软岩隧道变形控制技术

高地应力软岩隧道挤压大变形破坏是一种潜在的严重工程地质灾害,为进一步认识高地应力软岩隧道变形控制技术,结合兰新高铁大梁隧道大变形实况,在分析和总结大变形破坏特征基础上,通过支护方案试验对比,确定支护方案;提出主要控制措施、施工注意事项等施工关键技术,最终形成了一套有效的高地应力软岩隧道大变形控制技术,凝练出"宁强勿弱、...     

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。     

软岩隧道EPP混凝土受力特征及卸压效果分析

研究目的:软岩隧道在运营期间由于围岩蠕变导致隧道衬砌发生大变形及开裂，严重影响运营安全。在前期试验取得的EPP(聚丙烯)泡沫混凝土力学参数的基础上，开展软岩隧道EPP泡沫混凝土缓冲层受力特征及卸压效果分析，提出一种抵抗隧道围岩蠕变、减小衬砌变形的方法，为类似隧道工程设计提供参考。研究结论:(1)EPP泡沫混凝土作为软岩隧道缓冲层对衬砌受压有良好的改善效果；(2)以EPP泡沫颗粒含量为64%的混凝土作为缓冲层且厚度为0.8 m时，衬砌受到的压应力最小，衬砌处于全断面受压状态，且极限承载能力最高；(3)缓冲层的让压量是决定其卸压效果的直接原因，缓冲层EPP泡沫含量越高，厚度越大，让压量就越大，卸压效果最好；(4)EPP泡沫混凝土应用于土木工程领域铁路和公路工程方向软岩隧道初期支护与二衬之间缓冲层结构中，其应用前景广阔，为进一步改善EPP泡沫混凝土卸压性能及提升工程实用性，需对材料配合比及压缩特性开展优化研究。     

新城子隧道小间距段施工及测试分析

高地应力软岩隧道的施工一直是工程的重难点问题,针对新城子隧道小间距段,左线采用超前应力释放导洞法进行应力释放,应力释放完成后采用两台阶临时仰拱法扩挖的施工方式;右线采用三台阶临时仰拱法开挖的施工方式,左右线正洞支护均采用双层初支单层二衬结合长锚杆长锚索的支护参数。变形及测试分析显示:右线净空收敛平均值为403.0 mm,左线净空收敛平均值为367.8 mm;接触压力右线平均值175.5 k Pa,左线平均值95.8 k Pa;钢筋应力右线基本在-100~-200 MPa之间,左线基本在-50~-150 MPa之间,表明先行开挖的右线对后开挖的左线具有应力释放的作用。同时对二衬变形速率统计分析表明:新城子隧道钢筋混凝土衬砌采用2 mm/d的控制标准是合理的,衬砌均未出现开裂。本工程的经验可为软岩大变形隧道小间距段落的施工提供参考。     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。