超大跨度扁平地下洞室变形控制标准研究

为解决目前超大跨度扁平地下洞室(跨度大于50 m)变形控制尚无明确规范的问题，基于某工程实例，采用理论解析与数值模拟相结合的方法，对大跨洞室变形控制标准进行研究。以围岩应变作为岩体强度指标评判大跨洞室稳定性，建立洞室拱顶沉降量S与围岩极限应变ε的关系，并提出以“沉降跨度比”作为大跨洞室沉降变形控制指标，给出适用于各施工阶段的变形控制标准，并建立变形控制标准分级管理办法。研究结果表明：1）大跨洞室沉降变形允许值与洞室几何形状、围岩强度特性相关；2）结合本工程大跨洞室“分部开挖-预留岩柱”的开挖方案，洞室变形主要发生在大跨洞室阶段。     

巨跨洞室二次衬砌结构设计方法研究

针对现有荷载-结构法得出的巨跨洞室二次衬砌结构厚度大、经济性和施工可操作性差等问题，基于某跨度超50 m的巨跨洞室的整体和局部稳定特点，提出巨跨洞室二次衬砌结构承担洞室剩余变形和块体不稳定荷载的作用机制，并论述二次衬砌结构设计的计算过程。得出结果如下： 1）巨跨二次衬砌结构承担洞室剩余变形和不稳定块体荷载这一力学模型符合巨跨洞室整体和局部稳定机制； 2）洞室剩余变形为极限沉降与既有沉降的差值，采用此方法得出的剩余变形值与二次衬砌和喷射混凝土接触压力实测值具有较高的一致性； 3）所提出的不稳定块体荷载是针对洞室薄弱部位重点设计，安全性高; 4）采用本文的设计方法得出的拱部及边墙二次衬砌厚度分别为0.8、1.4 m，相较于常规设计方法，厚度减少了27％~53％。     

巨跨超扁平地下洞库建设方法及实践

为探讨巨跨超扁平地下洞库勘察设计和施工运营过程中的关键技术难题，采用文献调研、理论分析和实践验证相结合的方法，对巨跨超扁平洞库洞室稳定机制、关键性地质参数及其评价体系、定量化设计方法、施工工艺工法以及监控技术进行研究。得出： 1）通过及时、主动的支护体系有序调整围岩承载力是巨跨超扁平地下洞库成洞的关键。2）巨跨超扁平地下洞库围岩稳定性评价方法必须考虑尺寸效应，结构面产状、地应力、跨度、高跨比、摩擦角是影响围岩稳定性的显著因素。3）喷+锚+网柔性支护体系是合适的，宜采用“以数值计算为主，类似大跨经验为参考，施工监测动态反馈调整”相结合的综合设计方法。4）采用预留双岩柱支撑开挖方法是合理的。5）应采用多种手段对结构及围岩应力场和位移场进行监控量测，可采用“以收敛和沉降指标为主，围岩内部位移指标相结合”的综合判断方法，评判施工及运营过程中围岩的稳定性和结构的安全性。     

不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法

针对软弱围岩条件下大跨度多连拱隧道施工过程中荷载转换和施工工序复杂，施工风险高等问题，介绍观音岩四连拱隧道设计施工方法，提出“先主后辅”的施工工序，并应用数值模拟及现场监测手段，分析四连拱隧道多洞施工、主辅洞开挖相互扰动下，围岩与结构的反应、现场施工工序的可行性以及支护结构的安全性。结果表明： 1）采用先开挖主洞后开挖辅洞的施工工序是安全可行的； 2）多连拱隧道施工，洞室受到的开挖扰动次数越多，结构受力越复杂，建设过程需重点关注先行洞室受到后行洞室施工扰动带来的安全风险； 3）相邻洞室间的施工扰动影响要远大于不相邻洞室。现场实施效果表明，隧道施工过程中围岩变形稳定、支护结构安全，不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法可行。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

开挖卸荷扰动下深埋地下厂房围岩稳定性数值分析研究

猴子岩水电站地下厂房位置地处深山峡谷区,区域地质构造背景较为复杂,并且具有地应力值相对较高,洞室跨度大、边墙高,洞室埋深大等特点。地应力最大值有36 MPa,最大垂直埋深可达660 m。因此,在开挖过程中,岩体卸荷对洞室围岩的稳定性影响较大。选择典型剖面,运用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对地下洞室的分层开挖支护过程进行了数值模拟,对模拟结果进行分析,包括围岩变形场、应力场和塑性区的分布规律,并将模拟结果与现场内观监测资料和微震监测资料进行对比分析。分析表明,围岩变形与内观监测结果较为吻合,同时在围岩应力发生集中的部位,微震事件发生区域性聚集。因此,可以通过数值模拟来预测后续开挖中的围岩变形,为开挖支护施工提供指导。     

关角隧道碳质板岩段洞室支护体系综合评价指标研究

关角隧道9#斜井工区为高地应力软岩区段,开挖后洞室变形较大、稳定性差。文章首先根据理论公式分析了影响洞室变形和塑性区大小的主要因素,而后针对碳质板岩段,采用数值计算的方法具体分析了岩体变形、强度参数、地应力特征、开挖断面形式以及支护刚度等因素对洞室变形的影响;最后结合不同开挖断面形式和不同支护刚度的现场试验,提出了考虑地质环境、洞室形状和支护特征的隧道洞室支护体系评价指标F,并采用该指标对碳质板岩段支护体系进行了评价,其结果与变形等级有较好的对应关系。该指标对于设计阶段隧道支护体系的评价有一定的参考价值。     

圆形地下洞室开挖围岩扰动区及塑性区范围的确定及讨论

地下洞室的开挖将会导致围岩应力重分布,在洞室周围产生扰动区,扰动区包括塑性变形区和弹性变形区。分析了开挖卸荷后围岩应力状态的变化,并利用弹塑性力学原理,探讨了地下洞室开挖导致的局部应力集中对应力重分布的影响规律;在此基础上,利用塑性区单元体应力平衡方程和摩尔—库伦准则建立了塑性区半径计算公式,可用来确定圆形洞室开挖扰动岩体临界破坏深度。     

荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究

牡丹江荒沟抽水蓄能电站地下厂房具有典型的“大跨度、高边墙、多洞室交叉”的工程结构特点，在陡倾结构面、中等地应力等复杂地质条件和强卸荷开挖的影响下，洞室围岩片帮、掉块等局部稳定性问题突出。针对此问题，构建荒沟抽水蓄能电站地下厂房微震监测系统，对地下厂房开挖卸荷过程进行实时监测，揭示围岩内部岩石微破裂的萌生演化过程及其对围岩稳定性的影响。结果表明： 1）开挖卸荷的强施工扰动引起的围岩高能量释放，导致主厂房上游边墙围岩内的断层破碎带局部损伤加剧，诱发大量微震事件； 2)微震事件在主厂房上游侧拱肩区域沿断层走向呈条带状分布,且在厂房下游侧边墙与3#支洞交汇的洞室结构薄弱部位聚集； 3）识别主厂房上游边墙桩号厂左0+20 m至厂左0+80 m段是围岩潜在失稳区域。     

大连地铁兴工街站复合地层超大跨浅埋暗挖施工关键技术

大连地铁一期工程203标段兴工街站开挖断面为343.8 m2,洞顶埋深7.1~11.1 m,采用暗挖顺作法施工。为有效控制地表、地下管线及周边建筑物等变形或沉降,同时确保支护结构受力稳定,防止掌子面及隧道坍塌,采取在车站拱部全长范围设置超前大管棚+小导管,增加二次初期支护及纵梁,加强拱部支护结构刚度,形成拱盖,设置边墙锚索维护直墙稳定,并按照双侧壁导坑法分6部组织拱部开挖、台阶法分层分块组织中下部开挖,特别是中下部开挖采取竖向松动爆破拉中槽、边墙光面爆破跟进支护的方式,减小了对拱部支护体系稳定性的影响,全面确保了施工安全。     

超大跨扁平地下洞库锚喷支护受力特征研究

针对巨跨超扁平洞库围岩荷载分布的复杂性和施工的困难性，为填补国内远超50 m级巨跨超扁平洞库修造技术的空白，提升对支护结构和围岩受力特征的认知，依托巨跨洞库工程展开了巨跨超扁平地下洞库开挖过程中支护技术的研究。通过对巨跨洞库锚喷支护进行数值模拟，得到不同支护结构的受力情况，并对不同支护结构的支护效果进行对比分析。结果表明： 1）在开挖过程中，系统锚杆轴力和喷射混凝土结构内力总体较小，相比之下锚索的拉力较大； 2）在拆除两侧岩柱时，锚索拉力增幅较大； 3）锚索轴力监测数据和数值模拟的变化趋势相同，验证了数值模拟计算结果的合理性。因此，可以认为在整个施工过程中，锚索对围岩稳定起主要支护作用。     

基于数值模拟隧道仰拱开挖对初期支护的影响分析

在山岭隧道施工过程中,施作仰拱虽能很好地控制洞室位移,抑制底鼓现象发生,但隧道仰拱的开挖一般都在初期支护基本稳定之后,其开挖会使上部支护结构底角短暂悬空,底角应力释放,从而引起开挖段洞周位移的急剧增加。通过对阎家庄隧道开挖过程的实时监测,分析仰拱开挖前后拱顶下沉和净空收敛的变形量和变形速度,结合ANSYS有限元软件,分析隧道开挖前后初期支护内力的变化。仰拱的施作能使围岩内力分布更加均匀,避免应力集中,但隧道仰拱开挖引起的洞室围岩的变形约占总变形量的25%,需引起施工注意。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩破坏影响因素分析与施工技术研究

通过对锦屏一级水电站地下厂房的工程地质条件、布置与结构设计、工程监测资料的汇总分析,针对围岩破坏与地应力、强度应力比、地质结构面、洞室布置与结构的相关关系分析,重点分析围岩破损与施工开挖程序、分层、爆破、支护结构与支护时机选择的相关关系,认为在高地应力条件施工中创新采用的应力有限释放控制技术(含不同围岩的个性化爆破设计、动态确定岩壁吊车梁浇筑时间、大型地下洞室群交岔口施工技术、圆筒形建筑螺旋形立体开挖支护施工技术)对围岩变形破坏控制起到了重要的作用。根据前人相关研究成果,参考和引用了理论、原理、计算分析方法、试验方法和相关数据,结合本工程的实际情况,对施工技术进行研究,解决工程施工的实际问题,指导工程施工,也为类似工程研究与实施提供参考。     

西南某铁路软岩路堑开挖变形特征分析

以西南某铁路车站软岩路堑开挖为对象,通过监测施工动态与建立FLAC3D数值模型,分析软岩路堑开挖变形特征.研究表明:开挖导致基底中部下伏浅部地层先期沉降,后期回弹,数值量级较小;软岩开挖变形在发育较好的层理面特征鲜明;模拟得到基面中部与边坡坡脚位移和应力与开挖步数的关系,开挖导致的基面变形具有差异性,且与实际监测数据吻...     

浅埋大断面大跨度连拱隧道施工变形现场监测试验研究

结合浅埋大断面大跨度隧道工程实践,对浅埋大断面大跨度连拱隧道施工变形进行现场监测试验,分析隧道施工全过程及在不同开挖工序下的施工变形特点。研究结果表明：1)左、右洞上台阶开挖引起先行隧道变形较大,引起的后行左洞变形较其它工序要大;2)后行隧道施工对先行隧道变形影响较大;3)右洞上台阶开挖对右洞变形的纵向影响范围为隧道跨度的1/4,右洞下台阶及左洞上台阶开挖对右洞变形影响范围为隧道跨度的1/3,左洞上台阶开挖对左洞变形影响范围为隧道跨度的1/3;4)对于浅埋大断面大跨度连拱隧道,应及早施作二次衬砌,以控制隧道变形。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

隐覆溶洞对地铁盾构隧道稳定性影响的数值分析

为研究岩溶区隐覆溶洞对盾构地铁隧道区间稳定性的影响，依托位于高原岩溶发育区昆明轨道交通4号线联大街站—吴家营站区间盾构地铁隧道工程，应用物探钻孔法和电磁波CT法勘探盾构地铁隧道区间的溶洞分布； 采用三维有限元数值分析方法，分别研究盾构隧道不同埋深时隧道下侧溶洞对隧道稳定性的影响，以及隧道周边溶洞半径、溶洞填充状态、溶洞位置、溶洞隧道间距对盾构隧道开挖稳定性的影响，分析岩溶发育区盾构法地铁隧道施工过程中隧道结构的稳定性。研究结果表明： 1）综合应用钻孔法和电磁波CT法，可较好地判断岩溶强发育区内的溶洞分布； 2）当隧道周边溶洞尺寸和位置不变时，盾构隧道围岩塑性区和变形量随溶洞埋深的增大而增大； 3）当隧道周边溶洞半径增大时，溶洞与隧道围岩间的应力集中区域变得分散，盾构隧道围岩变形量减小； 4）隧道周边溶洞内填充物及数量对盾构隧道围岩的变形量基本没有影响； 5）隧道周边溶洞位置对盾构隧道围岩变形的影响程度分别为盾构隧道围岩左、右侧的溶洞大于盾构隧道围岩下侧的溶洞，盾构隧道围岩下侧的溶洞大于盾构隧道围岩上侧的溶洞； 6）隧道周边溶洞仅在距隧道一定范围内才对盾构隧道施工稳定性有较大影响。