单线铁路隧道高地应力软岩破碎带大变形控制措施研究

为解决高地应力隧道软岩破碎带大变形的控制问题,以兰渝铁路某隧道为例,分析了软岩破碎带的变形特征,结合前期变形控制的经验,确定软岩破碎带的变形等级,采取保护围岩的施工理念,选择合理的支护参数,加强锁脚锚杆,施作锁固锚杆,使支护结构均匀受力,预留合理变形量并确定工序化注浆和横撑支护加强的时机,短台阶开挖、快速封闭和适时施作衬砌,建立大变形控制流程,有效控制了隧道软岩破碎带大变形.     

锁脚锚杆在软弱围岩隧道中的应用

在研究锁脚锚杆作用机理的基础上,对软弱国岩隧道采用锁脚锚杆时的支护效果进行分析,应用有限元分析软件MIDAS/GTS进行数值模拟、计算和分析.分析结果表明,合理的锁脚锚杆长度和打入角度不仅能够有效地限制围岩的变形程度,而且有利于发挥支护结构承载能力.经过不断计算,一般土质隧道的锁脚锚杆的适宜长度大约为3～3.5m;锁脚锚杆打入角度为0°时,拱顶下沉量及净空收敛量最少.     

锚杆支护在整治高地应力软岩隧道大变形的效应分析

根据乌鞘岭隧道工程实例阐述了高地应力软岩隧道大变形的特点,及其整治措施,通过模型计算对施作锚杆隧道与没有施作锚杆隧道的应力以及位移进行了比较,并论述了锚杆支护对于整治大变形的重要作用。     

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。     

高地应力软岩隧道仰拱施作方法研究

为研究不同的仰拱施作方法对高地应力软岩隧道稳定性的影响,根据时速为200 km/h的双线铁路隧道的标准设计图建立有限元模型,基于三台阶七步开挖法研究了四种不同的仰拱施作方法.分析了不同仰拱施作方法下隧道的拱顶、边墙及仰拱的变形和应力,进一步讨论了初期支护的安全稳定性.研究结果表明:高地应力软岩隧道三台阶七步开挖法中下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱先填充碎石土后换填混凝土的施作方法最优,该方法能有效控制围岩变形,建议高地应力软岩隧道施工中采用该法;传统的仰拱施作法因初期支护封闭滞后等问题,围岩变形较大;下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱中部填充碎石土的施作方法不可行,左、右边墙安全系数小于2,不满足规范要求.     

软岩小净距公路隧道设计优化及稳定性研究

小净距隧道施工一直是工程建设中的难题,尤其是不良地质条件下的隧道开挖,施工灾害问题尤为突出。为确保软岩隧道的施工安全,以某小净距公路隧道为工程背景,通过计算模拟,基于现场试验,提出地表沉降控制技术,建立优化支护结构方案。现场监测数据分析结果表明：地表沉降变形的发展表现为变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形平稳阶段,隧道开挖对近地表围岩变形的影响范围约为2.5倍洞径。深仰拱和锁脚锚杆技术在现场实施后,测得围岩拱顶沉降和水平收敛分别控制在97.33 mm和44.23 mm,约束围岩变形效果明显,最终结构受力也较为均匀。设计优化的成功实施可为类似隧道工程提供借鉴和参考。     

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

软岩大变形隧道施工质量控制研究

软岩大变形主要是由深埋隧道高地应力、富水情况或通过断层破碎带所造成。本文通过分析江木拉隧道软岩大变形施工情况,发现软岩变形危害主要是初支开裂和剥落掉块;采取超前大管棚、增加锁脚、型钢支护、周边围岩注浆等支护加强措施,能减少隧道变形量及变形速率;结合超前地质预报、隧道设计文件及附近断面监控量测数据分析情况,及时调整隧道支护参数,能降低软岩对施工带来的不良影响。     

漂卵石隧道支护体系受力变形特性

针对川藏线拉萨—林芝段娘盖村隧道开挖与支护施工难、拱部塌落灾害频发等工程技术难题，提出了“三台阶互补循环式开挖+型钢钢架+喷射混凝土+双层密钢网+多组锁脚锚杆(管)+衬砌壁后注浆”的开挖支护组合体系，选取漂卵石隧道2组典型断面开展支护体系受力与变形实测研究，分析了围岩荷载作用特征、支护体系受力特性以及洞内外变形规律，揭示漂卵石隧道新型支护体系承载作用机制，总结提出了相应的防控新原则。分析结果表明：围岩压力以拱部松动塌落荷载为主且沿洞周分布不均，初期支护与二次衬砌平均荷载分担比例分别为67.65%和32.35%;锁脚锚杆受力拉压兼具，优化后最大拉、压力分别减小了45.9%和20.0%;二次衬砌受力总体较小，具有足够的结构安全储备；洞身段拱顶下沉不超过15 mm,水平收敛为8～9 mm;洞口段变形不对称且受浅埋偏压和降雨条件影响显著，拱部最大下沉达52.4 mm,上、下台阶水平收敛分别为11.4和15.6 mm,在类似不利条件下应尽早施作仰拱和二次衬砌以保证施工安全；漂卵石隧道支护体系设计遵循“少扰动、强拱脚、防超挖、密钢网、勤注浆”的防控原则，能够及时控制拱部松动区扩展，调动深层围岩的自...     

某软岩大断面隧道微台阶法开挖围岩变形特性研究

为了提高大断面隧道施工安全性,以某软岩大断面隧道开挖支护为对象,利用FLAC 3D有限元分析软件,模拟分析了某大断面隧道在微台阶开挖法下隧道围岩变形特性,研究得到上台阶开挖完成后围岩塑性区分布情况、掌子面位移分布情况,对比下一进尺完成后得到围岩等效塑性区大小及位置变化情况;并通过在模型中布设相应监测点,分析开挖过程中的围岩位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移变化规律以及最大变形值,分析结果表明微台阶法在该软岩大断面隧道开挖过程对围岩变形的控制效果较好。     

隧道开挖引起的围岩变形特征数值分析

以乐雅高速公路光华山隧道三台阶法开挖工程为例,利用有限元软件ABAQUS研究隧道开挖对围岩变形和关键点位移的变化规律,并将现场实测结果与数值结果进行对比分析。结果表明,隧道开挖过程中围岩水平位移小于竖向位移,且变化较小;与拱顶沉降相比,隧道开挖过程使拱腰水平收敛所需稳定时间更长;隧道开挖会导致拱顶发生沉降且仰拱出现隆起;左右侧拱脚和拱腰均向隧道中心移动,且与拱脚相比,隧道开挖对拱腰的水平位移影响更大。实测结果证明数值模拟规律的正确性,可为隧道支护设计及开挖方法选定提供依据。     

基于ADINA的隧道开挖变形分析

采用大型非线性有限元分析软件AD INA对隧道开挖变形进行数值模拟,建立二维有限元分析模型;采用AD INA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比全断面开挖法与上下台阶法开挖两种施工方法,分析两种方法对隧道围岩变形的影响,结论是两种方法产生的变形均向洞内收缩,拱顶Z向位移变化较为接近,两邦Y向位移是全断面法大于上下台阶法;此外,对锚杆的位移变化进行了分析,进一步说明两种施工方法对洞周围岩变形的影响,此时锚杆均受拉,起悬吊作用。     

高地应力软岩隧道支护时机及预留变形量研究

隧道的合理支护时机与预留变形量是制约施工工期和工程造价的重要因素。以湖北省宜巴高速公路峡口隧道为例,采用数值模拟方法,对隧道围岩的时空变形规律进行分析,研究高地应力软岩隧道的合理支护时机与预留变形量。结果表明:高地应力软岩隧道开挖过程中,围岩变形以与时间相关的蠕变变形为主,拱顶下沉蠕变变形量占总变形量的78%,水平收敛蠕变变形量占总变形量的71%。拱顶下沉量在15 d 后即可达到其总变形量的90%,水平收敛量在12 d 后达到其总变形量的90%。按照极限位移准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖15 d 后;按照变形速率准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖25 d 后;合理的支护时机应在隧道开挖后15 ~25 d。基于研究结果,峡口隧道设置的预留变形量设计为35 cm,通过对二次衬砌进行长期稳定性分析,验证了该预留变形量是合理的。     

软岩隧道拉锚结构数值分析与支护机理研究

为研究拉锚结构在软岩公路隧道的支护效果并推进其应用发展,针对两台阶法开挖的Ⅴ级围岩公路隧道,使用FLAC3D进行数值分析。根据拉锚结构构件连接方式,提出拉锚结构模拟方法并建立模型,对4种不同支护方法的隧道围岩位移、应力和支护结构受力特性进行了对比分析,总结拉锚支护的结构受力特性和支护机理。结果表明:拉锚支护在改善围岩应力状态、减少隧道位移和发挥支护结构效用3个方面均最优;拉锚支护能够明显改善拱腰处应力状态和变形情况;拉锚支护的锚杆所受轴力大于传统支护,其轴力大小分布从杆尾到杆端越来越大;拉锚支护的横向钢带在各点的应力均大于钢拱架,尤其在拱腰处。     

软岩隧道开挖数值模拟分析

以某铁路隧道为工程背景,该隧道为软岩大变形隧道,且地下水极为丰富,隧道穿过软岩地层时,初期支护多次出现下沉、开裂,最后导致初期支护置换,施工进度极为缓慢。针对隧道在软岩地段时,研究隧道在渗流场—应力场耦合情况下,对隧道采用三台阶开挖方法进行模拟,验证施工工法的可行性。     

两车道公路黄土隧道变形规律

依托国道主干线GZ35青岛至银川高速公路陕西境内吴堡至子洲沿线上7座单洞两车道分离式黄土隧道,现场测试了隧道施工变形,并对测试结果进行了回归分析。分析结果表明:台阶法施工过程中黄土隧道拱部沉降远大于净空收敛;黄土隧道变形大致经历了急剧变形阶段(开挖初期)、持续增长阶段与缓慢增长阶段;黄土隧道的变形规律符合对数函数规律,由于对数函数具有发散性,故无法由此预估围岩的最终位移,围岩变形将长期处于缓慢增长状态;按照规范规定的最终速率值预估二次衬砌施作时机不符合工程实际要求,不能保证隧道围岩和支护结构的稳定和施工安全,因此,在黄土隧道的施工中,需要以控制拱部的沉降来控制隧道的变形。施工中必须秉承"快挖、快支、快封闭"的原则,采取加强初期支护,增设锁脚锚杆,仰拱和二次衬砌边墙基础紧跟,二次衬砌适时施作的措施,避免拱部围岩发生过大的沉降,确保隧道结构稳定。     

隧道洞口超前锚杆预支护三维有限元模拟分析

为保证施工安全,对复杂地质条件下隧道洞口段的围岩进行预支护。采用超前锚杆预支护措施,并进行三维有限元数值模拟分析。计算结果表明,隧道拱顶位移50 mm,边墙位移45 mm,初期支护的最终安全系数约为5.0,因此用超前锚杆预支护可以保证隧道洞口段支护结构的安全。同时,超前锚杆的最大轴力略13k N,并呈阶梯形分布,最大轴力位于锚杆的中间,并向两端逐渐减小,且拱顶位置的锚杆轴力较两边大。     

近接建筑及桥梁地铁黄土暗挖隧道施工影响分析

黄土地层中暗挖隧道的施工会对近邻的建筑产生较大影响。采用三维数值模拟的方法,研究了暗挖隧道施工过程中支护结构力学特性演化特征,并分析了暗挖隧道施工对近邻建筑的影响规律。研究结果表明：施工结束后,由于既有建筑物的影响,左线隧道的变形及受力均大于右线隧道;隧道周围结构的变形主要为仰拱隆起、拱顶沉降,以及墙脚处向隧道内侧的挤出变形;拱顶与拱腰处的支护结构处于受拉状态,而拱脚处的支护结构处于受压状态;建筑楼房以及桥墩均在隧道开挖影响沉降槽范围内,根据周围建筑物的沉降值和倾斜值可知其处于轻微破坏等级,通过采取措施施工未对周边建筑的结构造成破坏。     

高地应力软硬互层隧道开挖工法比选分析

层状软岩隧道由于受层理作用明显,大变形问题突出,特别是在高地应力的作用下更是加剧了该类隧道的设计和施工难度。为探究高地应力条件下互层软弱围岩的合理施工方法,依托尖山高地应力互层软岩隧道,采用离散元软件3DEC对不同施工方法下隧道的围岩变形与支护受力进行分析。分析结果表明：上下台阶+预留核心土法可以有效控制变形并改善支护结构受力,灵活多变且工序简单,建议在施工中采用。     

高速公路隧道水平层状围岩锚杆支护参数优化研究

公路隧道穿越水平岩层施工过程中极易出现平拱、拱顶离层破坏、拱顶弯折内鼓等现象,而利用系统锚杆的"组合梁"作用可以极大减少水平岩层的拱部掉块,保证施工质量。以大梁峁特长公路隧道K81+300～K83+308段为工程依托,在对大梁峁隧道断面围岩的物质组成、结构特征、变形破坏机理分析的基础上,利用有限元数值模拟方法对原锚杆支护方案进行了优化,提出锚杆设置范围宜为拱部160°、锚杆长度为3.5m,边墙的系统锚杆可以根据实际施工情况不设或少设,并通过现场试验数据进行了验证,进一步证明了锚杆支护优化设计合理,效果显著。