冻土隧道复合不耦合装药结构试验研究

冻土隧道爆破开挖过程中,炸药爆炸产生大量高温高压的爆生气体,破坏周围冻土原有的热平衡,易引发特殊的工程灾害.本文提出一种新型装药结构--复合不耦合装药结构(水或盐水 空气不耦合装药结构),并在爆破洞室进行不同装药结构的降温对比试验研究和不同试验条件下的试件爆破损伤参量研究.结果表明,该装药结构能够有效吸收部分爆生气体的热量,降低爆生气体和工作面的最高温度,改变爆炸应力波和爆生气体的能量分配比例,达到降温和减振的效果.这种复合不耦合装药结构在风火山冻土隧道开挖中进行实地应用,取得良好的爆破效果.     

热棒技术在多年冻土地层隧道施工中的应用

根据热棒的工作原理,利用热棒制冷技术降低隧道冻土围岩的温度。结合青海省共和至玉树公路姜路岭隧道洞口段冻土地层热棒施工,介绍了热棒在隧道洞口冻土段的平面、横断面及监测元件布设情况。通过采用冻土地层热棒制冷控温,对由于隧道开挖后热扰动造成的冻土温度的升高进行有效控制,并使冻土及时回冻保持原状,确保了隧道洞口段结构安全。对以后高寒高海拔地区冻土地层的隧道洞口段施工具有推广价值。     

不耦合装药爆破开挖隧道的作用机理

在隧道的爆破掘进中广泛采用空气柱间隔不耦合装药爆破,这种装药结构可改变冲击波对岩石的作用过程,有利于隧道断面的成型。文章从理论上研究分析了空气柱间隔不耦合装药结构爆破的作用机理,进而更有效地指导现场隧道的爆破施工。     

寒区隧道衬砌结构可靠性分析

为了研究寒区隧道在运营阶段衬砌结构的可靠性,考虑到冻胀力、围岩压力和结构自重应力对围岩衬砌结构的影响,以昆仑山寒区隧道工程为背景,采用ANSYS中的PDS(概率设计)模块和蒙特卡洛拉丁超立方抽样方法,对影响寒区隧道衬砌结构可靠性的主要因素以及保证隧道结构安全的可靠性指标进行研究。结果表明:基于ANSYS数值模拟,通过研究冻土围岩温度场和应力场的耦合结果,得到冻胀对衬砌结构产生的最不利的位置;以概率论和数理统计相结合的方式,对衬砌结构最不利位置的可靠性进行定性和定量的分析,得到衬砌结构的可靠性指标;蒙特卡洛法中的拉丁超立方抽样提高了抽样概率的精确性,概率设计的敏感性和设计变量之间的散点图分析,有利于确定影响衬砌结构可靠性的主控因素,进而针对可控因素采取措施,以此提高衬砌结构的可靠性。     

软弱夹层对隧道光面爆破效果影响机理研究

以一实际隧道为工程依托,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟方法,针对含软弱夹层围岩隧道光面爆破成型效果问题开展研究。根据软弱夹层与隧道光爆层的相对位置关系,对软弱夹层的空间分布形态特征进行归类和概化处理,提出一种适用于分析软弱夹层影响下光爆层爆破成型效果的概化模型;开展软弱夹层对隧道爆破成型效果影响的多工况数值计算,分别从爆炸应力波的传播及爆生气体的楔入2个方面探讨软弱夹层对隧道爆破成型效果的影响机理,推演得到不同软弱夹层赋存状态下隧道爆破成型轮廓分布图式;结合工程实际施工情况,提出软弱夹层条件下隧道超欠挖爆破控制措施并进行爆破试验验证。结果表明,推演的软弱夹层条件下爆破成型与实际吻合较好;爆破参数调整后,隧道爆破成型效果理想。     

寒区铁路隧道结构抗冻技术探讨

研究目的:受温度变化影响,寒区隧道衬砌结构易出现开裂、酥脆、剥落等病害。本文通过分析寒区隧道的环境作用,并通过调研我国寒区铁路隧道的结构冻害情况,归纳隧道结构的冻胀机理,提出寒区隧道结构的抗冻措施,探讨保温层在铁路隧道的适用性及设计方法、施工工艺,从而明确今后需要进一步研究的寒区隧道结构抗冻技术。研究结论:(1)寒区隧道衬砌结构冻害可分为特殊地层隧道围岩冻胀型冻害和结构缺陷型冻害,需采取相应措施进行控制;(2)负温差引起的温度应力作用,易导致寒区隧道衬砌开裂,需采取变形缝等构造措施;(3)季节性冻土区铁路隧道应慎用保温层;(4)本研究成果可为寒区隧道结构抗冻提供参考。     

基于收敛约束原理的复杂地质隧道监控量测综合分析

隧道开挖工程中围岩与支护结构之间的"相互作用"和"动态作用"对隧道开挖施工的安全性和结构的稳定性具有关键作用。收敛约束原理是分析隧道围岩特征和支护结构特征的一种重要方式。文章通过理论分析、数值计算、现场监测综合分析方法,结合攀大高速宝鼎隧道,对复杂地质条件下大断面隧道的围岩支护稳定性进行分析。通过数值计算建立了围岩特征曲线,理论分析了复合结构支护特征方程,建立了复合支护结构并联模型;通过现场监控量测与理论分析相结合的方法综合分析隧道围岩支护结构的稳定性。结果显示现场实测与理论分析误差较小,对于采用现场监控量测指导支护施工具有理论指导意义,同时对于类似复杂地质条件下的大断面隧道支护提供借鉴和参考。     

地铁联络横通道水平冻结施工的热固耦合分析

基于考虑相变的热固耦合理论,采用GEO-SLOPE软件模拟地铁联络横通道水平冻结和开挖施工过程,分析地层温度场和位移场的变化规律。结果表明:隧道冻结帷幕交圈的时间约为26d,但需积极冻结到40d,冻结帷幕平均厚度达到120cm,再经过36d的维护冻结期才可实施开挖;在维护冻结期采用比积极冻结期略高的盐水温度,防止了冻土范围继续扩大,避免了隧道开挖过程中遭遇强度较高的冻土;在进行具体的冻结设计时,应结合地层和隧道轮廓线的特点,设定冻结盐水温度、冻结时间、冻结管间距和冻结管数量等参数;对比分析不同冻结帷幕保护下隧道开挖的地层位移场,结果证明冻结对抑制地层变形具有良好的效果,但需要足够的冻结时间方可将地表变形限制在可接受的范围内。     

朔州隧道上软下硬土石分界微差减震静态爆破施工技术

结合准池铁路朔州隧道上软下硬土石交界围岩爆破施工实际,在下硬围岩实行爆破时,为不扰动上导软弱围岩已支护结构,提出上软围岩采用弧形导坑预留核心土法施工,下硬围岩爆破施工时在炮孔内采用水不耦合装药微差减震静态爆破施工技术,可大大地减少爆破对软弱围岩振动。     

铁路隧道水压光面爆破施工技术

结合工程实例,介绍了在铁路隧道掘进中所采取的水压光面爆破技术,包括炮孔布置、装药量计算及装药结构等。并通过试点,对比分析了同条件下常规光爆与水压光爆的效果及经济效益。水压光爆能提高隧道单循环掘进进尺,改善断面开挖质量,降低掘进爆破粉尘浓度,创造可观的经济效益。     

管棚支护技术在武广客运专线隧道软弱围岩开挖中的应用

研究目的:由于隧道洞身横穿软弱围岩,结构松散,围岩稳定性极差。为了解决这一施工中遇到的问题,因此特别针对软弱围岩的开挖支护进行了技术研究。研究结果:通过管棚注浆超前支护在桐木冲隧道出口软弱围岩开挖中的应用和监控量测,进一步地了解了管棚注浆支护的原理,有效地阻止了开挖时软弱围岩的坍塌和涌水,为隧道的施工安全提供了保障。     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

Research on the Cause and Influential Factors of Tunnel Lining Cracking of Side Wall in Seasonally-frozen RegionsEI北大核心

Research purposes: In recent years, tunnel diseases like lining cracking and water leaking during spring thawing period, caused by frost heaving of surrounding rock, have occasionally occurred in high-latitude seasonally-frozen regions of northwest China and northeast China, which has seriously affected the tunnel structure and operation safety. Taking several railway tunnels in northwest China as an example, this paper investigates the cause and main influencing factors of longitudinal cracking of side wall in winter in seasonal frozen soil area by means of field test, laboratory experiment and numerical simulation. Research conclusions:(1) When the water content of surrounding rock of tunnel built in strongly-weathered sandstone is 12.3% and the frozen depth of surrounding rock is up to 60 cm, the maximum tensile stress of side walls is 2.28 MPa, which is larger than the ultimate tensile strength of C30 concrete, then the horizontal lining cracking will appear on side walls under the effect of continuous negative temperature in winter. If the lining bears part of the surrounding rock load, the longitudinal cracking degree of the side wall will increase. (2) Under the effect of frost heaving loads, the cracking of tunnel lining has its own characteristics of symmetry, seasonality and accumulation, etc. The cracks appear in winter and distribute in the middle of side walls. As the temperature is rising, the crack begins to shrink. (3) The frozen circle thickness and water content of surrounding rock should be used as main indicators during the process of calculation of frost heaving loads of surrounding rock in seasonally-frozen regions. (4) The research results can be used for reference in tunnel design, operation and maintenance in seasonal frozen soil area. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

联拱及超小间距隧道的设计介绍

研究目的:对联拱及小间距隧道设计施工中的一系列问题提出看法,并提供范例,供今后同类隧道设计参考。研究方法:综合介绍白云山、南京地铁、杭州解放路、小洋山等4座双联拱和超小间距隧道的设计与施工,从而总结概括出此类隧道的若干设计、施工要点。研究结果:工程经验加计算分析仍是目前隧道工程设计的主要手段。在笔者列举的工程设计中,设计者在充分吸取前人经验的基础上,通过多种计算为设计提供了定量分析的依据,施工监测信息的反馈使设计更趋完善。研究结论:联拱及小间距隧道技术能有效地缩小线间距,减少洞外征地、洞口高边坡、洞外线路高填方或引桥工程;白云山等4座隧道设计中采用的小导管或大管棚超前支护、对拉锚杆、微震爆破等对于保护围岩、发挥围岩的自承能力起到了决定性作用;在铁路下开挖隧道,须做好扣轨和巡视工作,确保铁路运营的安全;在联拱及小间距隧道的情况下,应进行施工监测。     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

宜万铁路别岩槽隧道F3断层突发性涌水治理

研究目的：宜万铁路别岩槽隧道F3断层围岩破碎，为碎石土，局部溶隙、溶槽发育，有少量地下水，施工中按V级围岩采用超前小导管支护、格栅钢架支撑、网喷混凝土，采取台阶法丌挖。在初期支护完成3个月后，由于受地表强降雨影响，致使隧道线路右侧暗河（距隧道约10-20m）水量增大、水压升高，继而导致隧道初期支护严重开裂-变形，突发大规模涌水。本文主要分析了F3断层突发性涌水机理，介绍了F3断层突涌水的治理措施。 研究方法：突发性涌水后，现场立即启动应急预案，在安全监视下，采取工字钢环向加固和横向支撑，并对线路右侧边墙进行钻孔放水泄压。水量稳定后，对F3断层段采取径向加固堵水注浆；拆除变形格栅钢架，采用120钢架替换；并及时施作二次衬砌。 研究结果：通过采取“径向注浆加固-初期支护加强-及时施作二次衬砌”等综合技术措施，F3断层治理后，仅在局部位置出现渗流水，水量1m^3／h，治理效果良好。 研究结论：（1）通过别岩槽隧道F3断层涌水事故，当隧道周围（不超过100m）存在暗河通道等赋水条件，隧道开挖揭示囤岩破碎，那么，既使隧道开挖中未发生涌水，也难以保证初期支护完成后不发生涌水事故，甚至很难保让隧道完成后运营过程中不出现问题，随着“强本简末，为运营服务”隧道修建理念的提高，针对类似地质构造，做到提前防范，加强处理。（2）针对类似别岩槽隧道F3断层地质特点，采取径向注浆是一种有效的治理及防范措施。     

复杂地形、地质情况下大跨度隧道洞口段设计

研究目的:大跨度隧道洞口地段地形地质情况复杂,对隧道施工和结构影响较大,结合渝怀线大板溪隧道洞口特殊地段的处理,对复杂地形、地质情况下大跨度洞口段设计进行小结。研究方法:针对本工程的地形、地质条件,采用工程类比和结构分析的方法,确定经济合理的处理措施,并对结构进行检算和分析。研究结果:针对大板溪隧道洞口段特殊的地形、地质情况采取有效的处理措施,取得了良好的效果。研究结论:大跨度隧道洞口段,对顺层偏压地段,可于靠山侧适当范围设置预加固桩,消除山体滑移对线路和结构物的危害;对地形十分陡峻,且衬砌基础存在软弱围岩地段,为减少开挖对山体的扰动,于靠山侧设置锚杆挡墙减少刷方高度,采取反压混凝土及配合超前大管棚的施工方法,解决了进洞难的问题;同时设置两侧边墙不等厚的衬砌结构形式,软弱围岩基础设置桩基托梁,将衬砌外侧基础置于桩基托梁上,解决了衬砌结构设计的难题。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

富水复杂地质围岩稳定性评价与支护系统优化

研究目的:富水复杂地质隧道施工过程中,不良地质带受水-岩相互作用的影响,开挖过程中拱顶、拱腰等部位极易产生块体失稳,且隧底压力经常大于垂直地压,造成仰拱断裂、边墙下部内移错动甚至衬砌失稳破坏,从而给隧道施工造成很大的安全隐患,因此很有必要对围岩稳定性进行评价,并以此为基础对围岩支护系统进行优化探讨.研究结论:(1)隧道在弱风化的花岗岩中掘进时应尽快施作仰拱,使衬砌闭合成环;(2)CD法开挖段仰拱紧跟、衬砌尽早封闭成环很有必要;(3)文兴隧道与水库之间具有水力联系的可能性,对于隧道内的渗、涌水应及时采集水样进行必要的水化学及同位素分析,判断隧道内渗、涌水的来源.(4)隧道在断层破碎带的软弱围岩中掘进时,应尽早施做二次衬砌,必要时做专项的抗水压复合式衬砌设计;(5)一旦证实水库水与隧道之间存在水力连通,隧道的断层破碎带为力学和形变不良段,车行横洞应尽量避开该位置,适宜前移或后移数十米至微风化岩层段内.     

岩溶隧道地质构造与围岩等级的划分

研究目的:对于碳酸盐岩的围岩等级划分,往往和非可溶岩有所混淆,因此围岩等级的划分往往偏低。通过在断层部位和影响范围取样,作偏光鉴定及岩石力学试验,加之隧道内施工地质测绘资料,对碳酸盐岩的围岩等级和稳定性给予重新的定位和评价。研究结论:碳酸盐岩受断裂构造影响,其岩石强度的大小,与断裂距离远近有关。但由于方解石的再胶结作用,岩石强度虽然大大降低,但岩体整体性仍显较好,因此围岩等级划定可以较非可溶岩类予以提高;岩溶地质灾害地段与碳酸盐岩围岩是突变性的,应按特别加强设计进行处理。