兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

挤压大变形隧道研究现状及高强预应力一次(型)支护体系

大变形是现今隧道工程的重点难题。分析国内外大变形的定义、分类与机制、判定标准、控制理论与措施等,对隧道围岩大变形进行细致梳理与归纳总结。阐述挤压大变形的控制思路,提出尽可能发挥支护体系提升与改善围岩承载能力的作用,而非仅被动地承载;探讨现今挤压大变形的重点研究方向与突破点;提出高强预应力一次(型)支护体系,并介绍其组成及相应的关键点,强调"预应力"在整个支护体系中的核心地位;最后,通过现场试验验证所提出的高强预应力一次(型)支护体系可较好地控制挤压大变形围岩的位移,并缩短变形稳定时间。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

隧道软弱围岩挤压大变形非线性流变力学特征及其锚固机制研究

介绍围岩大变形的工程实例、隧道围岩挤压性大变形的定义及其工程特征。系统总结国际上隧道围岩挤压性大变形的3种预测方法,即： 经验法、半经验半理论法和试验判定法。将Hoek（1999）对围岩挤压大变形的预测和判定方法（半经验半理论法）应用于乌鞘岭隧道岭脊段F7断层带开挖施工中的围岩稳定性判别,并对这种预测方法进行了可靠性评价,认为有支护情况下比无支护情况下变形预测失效概率要小得多,也就是说毛洞围岩变形收敛率的大小更难以掌控。介绍作者团队对隧道围岩挤压性大变形问题按三维非线性流变的理论分析、相应专用软件的研制;并将理论研究计算成果与现场实测数据进行对比,结果按大变形三维问题的计算值比按小变形二维平面问题的计算值更接近工程实际;同时,指出了有待进一步深化研讨的若干问题。最后,提出了管控/约束隧道围岩大变形持续发展的锚固技术措施--一种新型大尺度让压锚杆/预应力长锚索,分析其机制和优势,介绍其构造类型,并提出下一步的研究思路。该方法已在几处工地不同程度地成功实施,取得了应有的经济效益和技术成果。     

高地应力区挤压破碎围岩隧道施工技术探讨

随着采矿、交通、水电工程的发展，许多隧道修建于高地应力区，特别是当穿越挤压破碎围岩时，极易引起隧道及掌子面不稳定，严重影响施工安全与进度。介绍了国外高应力挤压破碎条件的判别方法，对高地应力区挤压破碎围岩隧道开挖支护施工与设计方法及地层预加固技术等进行初步的探讨。     

公路隧道软弱围岩大变形处治对策

公路隧道围岩大变形是工程中常见的工程地质问题,给工程建设带来了极大的困扰。为了研究隧道围岩大变形易造成开挖面失稳坍塌、冒顶、侵界等工程问题,以某隧道在断层破碎带处发生大变形处治过程为案例,系统归纳总结了解决类似软弱围岩大变形的工作流程及处治措施。工作流程包括:原因分析处治措施效果评价;在施工过程中通过发挥信息化施工的作用、适当加大预留变形量、合理设置支护参数、临时补强隧道衬砌、及时变更施工工法、设置超前预支护、增加长锚杆、加强防排水等综合措施,可有效控制公路隧道软弱围岩大变形。     

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。     

大相岭隧道大变形段施工技术

介绍四川省大相岭隧道(俗称泥巴山隧道)软弱围岩挤压变形控制施工技术。由于采用了有效的支护技术、开挖顺序、超前地质预报和相应的围岩量测,避免了因围岩挤压发生的变形侵限及塌方。     

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题,阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法,介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征,及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用,主要介绍有关的研究内容及其创新性方面; 以广义Komamura-Huang流变模型为基础,建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang“弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性”流变模型,并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发,将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5#断层带中,后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道,采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究,并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施--一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索,介绍让压锚具的受力机制及构造,强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例,对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟,并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。“边支边让、大尺度让压锚杆”方法已先后在几处工程中得到了成功实施,取得了应有的经济效益,其工程技术收益应更受业界关注。     

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。     

高地应力软岩隧道大变形控制关键技术

高地应力环境与低强度围岩的耦合作用,增大了隧道失稳风险。为有效控制高地应力软岩隧道大变形问题,总结丽香、玉磨、成兰铁路近10座高地应力软岩隧道施工实践经验,阐述大变形隧道变形特征和关键控制技术,结合监测数据验证了相关技术的有效性,得出以下结论:1)预留变形量是避免发生大变形后初期支护侵限的重要基础; 2)对于水平构造应力占优势的单线隧道,增大边墙曲率可有效控制隧道边墙收敛; 3)双层初期支护与锚杆共同支护可有效提高初期支护刚度,减小围岩变形; 4)初期支护仰拱快速封闭,控制初期支护仰拱与掌子面距离20 m能够起到有效抑制收敛的作用; 5)合适的二次衬砌施作时机既能有效地控制大变形又能减少二次衬砌的开裂。     

高水位下软弱破碎带围岩开挖变形分析

针对某隧道破碎带的水文地质情况,运用midas GTS NX软件,采用参数弱化法对隧道软弱破碎带段施工过程进行数值模拟,分析了破碎带、开挖渗流和注浆加固等对围岩开挖变形的影响。结合现场监测数据,对比该隧道中高水位下软弱破碎带围岩开挖变形的规律和注浆加固的效果。结果表明:当围岩中存在破碎带,尤其是斜向破碎带时,破碎带影响范围大于其存在范围,应适当扩大注浆范围。在渗流影响高水位下破碎带处围岩开挖变形急剧增大,对比注浆前,破碎带注浆后围岩变形得到明显改善。破碎带注浆加固后实际监测变形比数值模拟变形大很多,模拟时应弱化破碎带加固后的围岩参数,要注重围岩的流变效应。     

散体围岩隧道开挖施工中超前小导管注浆的作用分析

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等病害,必须进行超前支护。本文以某某高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC3D三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明：对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

大相岭隧道大变形段施工技术

介绍四川省雅泸高速公路大相岭隧道软弱围岩挤压变形控制施工技术.该技术由于采用有效的支护方式、开挖顺序、超前地质预报和相应的围岩量测,避免因围岩挤压而发生的变形侵限及塌方,保证了隧道施工安全.     

挤压性大变形隧道分层初期支护适应性分析

针对挤压性大变形隧道支护参数、支护时机在设计工作中难以量化的现状,在考虑围岩流变效应和支护弹塑性本构的基础上,结合数值模拟手段,对各类支护的等效支护抗力和不同等级大变形隧道分层初期支护量化参数及适应性开展研究。得出主要结论： 1）基于抗压强度控制,提出不同组合参数下的喷射混凝土和型钢拱架等效支护抗力;基于位移等效原则,提出不同直径、不同长度砂浆锚杆和不同长度预应力锚索的等效支护抗力。2）基于监控量测曲线,对考虑流变效应的围岩物理力学参数进行反演,以此计算围岩特征曲线,实现围岩变形量值、不同支护时机所需支护抗力与时间的关联。3）根据既有案例,取单边15 cm作为单层支护极限变形值,构建支护抗力曲线;基于极限变形控制原则,提出轻微大变形可选用单层初期支护+短锚杆的支护形式、中等大变形可选用2层初期支护+短锚杆的支护形式、强烈大变形可选用圆形隧道+3层初期支护+短锚杆+长锚索的支护形式的建议,并提出不同等级大变形隧道的支护时机及预留变形量建议值。4）兰渝铁路木寨岭隧道工程应用分析结果表明,采用该方法选取的支护参数是合理的。〖JP〗     

软弱围岩隧道大变形施工控制技术

结合某软弱围岩隧道实体工程,对软弱围岩隧道大变形施工控制技术进行研究,归纳了其围岩大变形破坏特征,分析了软弱围岩隧道大变形的产生原因,从施工工艺、施工控制方面提出了防止软弱围岩隧道产生大变形的措施和方法。     

大别山隧道围岩破碎带全断面开挖施工方案研究

以客运专线合武铁路大别山隧道工程大断面施工为背景，在通过隧道施工设计中存在的围岩破碎带时，应用TSP超前地质预报初步确定破碎带的距离和走向，并结合隧道施工现场开挖揭露出的围岩情况，应用离散单元法（UDEC）对围岩破碎带全断面施工开挖、支护方案参数进行数值模拟理论分析。现场实测结果表明，监控量测成果和离散元计算成果中隧道拱顶下沉规律基本一致，且变形量小于设计允许值，证明隧道围岩及初期支护结构处于完全稳定状态。     

G7高速公路金盆湾隧道初支大变形病害处治技术应用

金盆湾隧道为全程Ⅴ级围岩大断面特长公路隧道,水文地质为松散覆盖层中孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存于第四系卵石、圆砾等碎石土及砂砾、粉砂等砂类土孔隙中。工程地质为围岩,主要为第四系粉土、漂石、卵石及白垩系上统助马堡组砂岩。第四系覆盖层结构松散,抗冲刷能力差,白垩系上统助马堡组砾岩成岩程度低,岩质较软,岩体极破碎,被雨水浸润易软化,围岩自稳能力差。无支护时拱部易产生坍塌,侧壁易产生掉块或失稳,按照大变形产生的机理可将大变形分为高地应力下软弱围岩中的大变形、膨胀性围岩大变形、断层破碎带松弛变形等几种,为典型大变形隧道。文章就金盆湾隧道实施大变形病害处治施工展开论述,为同行提供参考。     

基于锚杆受力分析的软岩隧道变形规律及柔模支护技术

研究支护状态下围岩变形范围及其位移量将为合理确定软岩隧道开挖的预留变形量及其支护方案提供重要的理论依据。通过将隧道围岩简化为理想弹塑性介质,在围岩中布设全长锚固锚杆。基于锚杆与围岩的协调变形原理,建立杆体与其周围岩体相互作用的力学模型,分析锚杆表面摩阻力及轴力的分布规律,并根据杆体的静力平衡条件,推导出杆体与岩体相对位移为0的中性点位置及其最大轴力值,讨论初期支护条件下隧道围岩的塑性区及破裂区的厚度计算公式及其影响因素;综合考虑隧道表面围岩变形过程中的塑性位移和破裂区岩体的碎胀变形位移,提出隧道表面围岩的位移公式及预留间隙柔模支护技术,进而定量分析榴桐寨软岩隧道的围岩位移及其预留变形量。结果表明：通过锚杆轴力可以反演分析隧道围岩的变形范围,确定围岩稳定后的最终位移量;柔模支护结构能够大量吸收大变形软岩的变形能,且具有适当的刚度抵抗围岩的有害变形,研究成果可为合理设计软岩隧道的开挖及支护方案提供新的思路。     

软弱围岩隧道变形规律与施工安全控制技术

针对梁家院子隧道围岩软弱变形大、变形持续时间长等特性,基于流变理论,探讨了软弱围岩变形规律.结合现场反馈监控量测信息,反演分析得到合理的支护时间,进而确定合理台阶长度;充分利用监控量测手段,调整施工方案和支护参数,采取控制围岩变形的技术措施,确保隧道施工的安全进行.工程实践表明,提出的隧道施工安全控制技术在确保施工安全,节省施工成本,加快施工进度等方面起到积极的作用.