隧道动力深浅埋界限及其影响因素研究

通过有限元模拟计算了不同围岩条件、洞跨及地震烈度下的隧道地震反应特性,研究了隧道动力深浅埋划分界限及其影响因素。结果表明:隧道结构受力随着隧道埋深的增加呈现先增后减的变化规律,可见拐点即为深浅埋界限;围岩条件越好,隧道的动力深浅埋界限越深,隧道在Ⅲ级、Ⅳ级及Ⅴ级围岩条件下的动力深浅埋界限分别为100,80,60 m左右;隧道动力深浅埋界限深度随着隧道跨度的增加而减小,但其受影响程度较小,隧道在跨径为6,10,20 m的情况下的动力深浅埋界限分别为100,100,80 m左右;隧道动力深浅埋界限不受地震烈度的影响。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析

采用FLAC3D计算了II～V级围岩在30 m、100 m、200 m、300 m、400 m和500 m埋深下的拱顶沉降和塑性压力,II和III级围岩拱顶沉降(包括开挖面拱顶沉降和最终拱顶沉降)随埋深呈线性增大,IV和V级围岩拱顶沉降随埋深呈非线性快速增大;开挖面拱顶沉降收敛比(开挖面拱顶沉降占最终拱顶沉降的百分比)随埋深增大而减小,随围岩等级降低而减小,表明深埋弱围岩中隧道要趁早支护。围岩塑性压力随埋深增加而增加、随围岩等级降低而增加,表明深埋弱围岩隧道支护结构受到的围岩压力大。最后对围岩应力集中及其影响因素进行了分析。     

隧道超前支护及开挖施工技术

工程概况 某隧道系喇叭口隧道,由左、右线单线隧道以喇叭口形式过渡为双线单洞隧道。隧道除进口端位于砂质黄土层中外,大多位于混合岩、花岗岩、片岩及砂岩夹砾岩层中,线路经过处山体起伏大,相对高差50-110m,隧道最大埋深340m,埋深最浅处则在出口端的冲沟谷底露顶横穿而过,浅埋段长150m,明洞段长约164m。该隧道洞身贯穿于丘陵底部,进口端位于砂质黄土层中,围岩级别以Ⅲ、Ⅳ级为主,Ⅲ级围岩长5390m,占42.7%,Ⅳ级围岩长5301m,占29.5%,Ⅴ级围岩长1924m,约占15.3%。显然隧道开挖支护施工是本隧道工程施工的重难点。     

基于压力拱理论的大跨度隧道深浅埋划分研究

我国现行铁路隧道设计规范对深浅埋的界定采用统计法,这种统计方法没有充分考虑围岩自承载能力,统计样本数有限,统计隧道的跨度较小,其统计样本91.6%都在5~10 m宽度的隧道内取得,对于三线、四线以及更大跨度的隧道显得无能为力。基于压力拱理论,以拱顶主应力发生偏转为判据,确定隧道深浅埋临界埋深,提出拟合公式。为以后大跨度隧道深浅埋划分提供有益的参考。     

软弱破碎地层偏压小净距隧道群施工力学响应研究

软弱围岩条件下,偏压小净距隧道群施工极易诱发围岩失稳,造成施工安全事故。 以大山隧道工程为依托,基于有限元分析软件 ABAQUS建立数值模型,研究地层条件、隧道净距以及隧道埋深等因素对软弱围岩条件下偏压小净距隧道群施工的影响,分析施工诱发的围岩变形规律及其受力特点。研究表明:由于地层偏压的影响,小净距隧道施工引起的围岩变形规律具有显著的非对称性特点;在竖向位移和水平位移叠加的情况下,左右两侧机动车隧道顶部呈现更大范围W形沉降槽;围岩条件越差,隧道埋深越小,净距越小,隧道施工诱发的围岩变形越大;围岩的力学性质直接影响衬砌结构的受力状态,靠近中夹岩处的衬砌结构受力状态更不利。     

地面振动荷载作用下隧道支护结构动力分析

锦赤铁路鹰窝山隧道下穿重载运煤公路,由于公路损毁严重,需要压实重修。下穿公路段埋深较小,需要考虑隧道施工阶段地面压路机动荷载作用下支护结构的动力响应。通过分析单轮振动压路机的压实机理,确定了压路机作用于压实层的振动荷载。建立数值模型,分析了不同埋深条件下隧道支护各特征点的内力特征。分析结果表明:在隧道埋深较小时,振动荷载对拱顶弯矩的影响占据主导作用;随着隧道埋深的增加,振动荷载的作用减弱,围岩压力的作用逐渐增强。对于单线铁路隧道,当隧道埋深小于8m时,必须考虑振动荷载的影响。     

基于土质隧道的深浅埋界定范围研究

基于有限元软件ABAQUS进行隧道开挖过程的三维数值分析,从应力、应变的角度出发,对土体隧道深浅埋的界定范围进行了研究,研究结果表明:隧道施工过程中,拱顶C点的位移值最大,并且随着埋深的增加而具有不断增大的趋势;当隧道埋深增加到某一临界状态以上时,拱顶C点位移不再随着埋深的增加而显著变化,而是趋于一个定值;隧道的应力释放规律和其竖向位移规律相同,隧道拱顶C点的竖向应力随着隧道埋深的增大,应力变化曲线也趋于平缓,且C点的竖向应力与太沙基理论计算值较为吻合。在此基础上,结合理论分析的手段确定隧道深浅埋的界限埋深值,并运用现行规范和太沙基理论对此界限埋深值进行了进一步的验证。     

汕湛高速公路东岭隧道围岩分级评价

汕湛高速公路东岭隧道为特长山岭隧道,单洞最大长度4 248 m,最大埋深超过300 m,隧道长度在广东省高速公路中排名第三,地质条件复杂。通过运用工程地质调绘、钻探、物探、水文地质试验、室内试验和现场抽水试验、地应力测试等综合勘察方法,查明了隧道围岩级别,在此基础上计算出围岩基本质量指标BQ及修正值[BQ],详细划分了隧道围岩级别。     

云台山隧道破碎岩体浅埋段隧道施工技术

针对云台山隧道浅埋段围岩软弱松散、埋深浅等特点,提出采用地表深孔预注浆加固,同时配合超前地质预报、隧道超前支护以及初期强支护,加之后期监控测量的综合控制体系。现场实践证明,该控制体系有效控制了隧道围岩收敛,在安全施工的前提下保证了施工工期。     

软弱围岩浅埋偏压连拱隧道施工方法研究

以怀新高速公路界牌坳隧道为例,建立数值分析模型,分析讨论了Ⅴ级软弱围岩浅埋偏压连拱隧道中导洞上下台阶法、双侧壁导坑法、围岩加固后采用中导洞上下台阶法对围岩稳定与二衬结构安全性的影响,提出了类似条件下建议的施工方法。     

变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

目前浅埋偏压隧道围岩压力主要采用隧规计算方法,而对于左右洞隧道洞门不在同一里程,一侧需要开挖路基边坡,使隧道从自然放坡状态转为邻路基变坡状态的工况,隧规不适用于计算其围岩压力. 依托安徽某高速公路,运用极限平衡原理推导了邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析解. 计算结果表明:由于变坡的存在,深埋侧修正算法计算竖向围岩压力小于规范法,相对误差为15.98%,水平围岩压力保持不变;浅埋侧修正算法计算竖向围岩压力及水平压力均小于规范法,其竖向压力相对误差为24.93%,水平压力相对误差为5.50%,变坡的存在对浅埋侧影响较大;对比围岩竖向及水平偏压率,有变坡围岩偏压率更大;围岩位移、应力及等效应力,有变坡约为无变坡的1～5倍,围岩及结构更加偏于不安全.      

长大深埋隧道开挖施工控制关键技术

某双线隧道最大埋深为556.71m,长度5125m。围岩类别为以III、Ⅳ级围岩为主,岩性主要是硬脆性的砂岩、石英砂岩,局部软弱围岩段为Ⅴ级围岩,岩性为砂及卵砾石,黏土和粉质黏土、半胶结砾岩,下伏中生界砂岩、页岩、泥岩。此外隧道还经过一粘土、泥夹石断裂带。深埋隧道开挖施工软弱围岩段施工隧道Ⅴ级软弱围岩段采用三台阶七步开挖法,施工工序见图1。具体施     

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.      

昔格达地层隧道围岩的失稳特征及变形控制工法

昔格达地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩,具有水稳性差,遇水易泥化、崩解等特点,在隧道开挖中易出现坍塌、围岩大变形等灾害,对隧道安全施工产生不利影响. 基于此,依托攀西地区昔格达地层桐梓林、垭口以及盐边隧道工程,现场取样并进行围岩室内物理力学试验,同时建立不同含水率深浅埋昔格达地层隧道有限元模型,探究不同含水率下昔格达地层隧道围岩的失稳特征,并提出针对昔格达地层隧道施工变形控制工法. 研究结果表明:昔格达地层对水较为敏感,其中浅灰色页岩夹砂岩的物理力学性质受含水率影响最大;当围岩含水率在0～20%之间时,昔格达地层隧道围岩变形呈现递增,但变形较小,自稳性较好,当含水率在20%～25%时,隧道围岩变形增大明显,失稳潜力巨大;在大埋深、高含水率的条件下,隧道仰拱隆起累计变形和掌子面挤出累计变形急剧增大,在拱顶部位,掌子面挤出变形主要发生在上中台阶交界处;针对昔格达地层隧道围岩失稳变形特征,提出在无水和有水状态下的昔格达地层页岩夹砂岩、砂岩夹页岩隧道围岩施工工法.      

大管棚在隧道浅埋段Ⅴ级围岩地层中施工应用技术

大思高速公路盐井湾隧道出口段为隧道浅埋段,围岩级别为Ⅴ级,采用长40 m的大管棚进行超前支护,针对隧道浅埋段大管棚超前支护的施工方法作技术总结,对高速公路隧道浅埋段超前支护提供工艺参考。     

铁路隧道初期支护结构随机有限元及可靠度分析

将围岩与支护结构视为一起受力的整体不确定体系,假设原始应力为围岩自重应力,用弹塑性平面有限元程序和按蒙特卡罗-随机有限元法分析初期支护作用效应的统计特征,应用“分位值”法对现行单线电化铁路隧道复合式衬砌通用图的初期支护按连续介质模型计算其可靠指标。计算结果表明,各级围岩随着埋深的增加,可靠指标不断减少,Ⅳ级围岩超过200m、Ⅲ级围岩超过300m后可靠指标都很低,这一结果与实际情况不符,说明完全按埋深来确定围岩原始应力是不合适的。而对于同样埋深,围岩愈松软,可靠指标愈小,特别是松软的Ⅴ级围岩,抗开裂可靠指标不能满足要求,抗压的可靠指标也很低,说明Ⅴ级围岩的初期支护要加强,一定要加钢筋格栅或型钢拱,以防大面积裂损。     

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

基于有限元的隧道围岩位移场分析

结合东马各庄隧道隧道Ⅴ级围岩浅埋段工程实际,利用ANSYS有限元软件模拟分析了围岩位移场变化过程及初期支护结构的轴力和弯矩,确定了双侧壁导坑法的合理性,为工程实际提高了理论依据。     

奉铜高速公路白龙江隧道施工技术研究

介绍了白龙江隧道的施工技术,确定了隧道开挖的支护方式及关键技术;隧道洞口和洞身的施工方法,着重介绍隧道洞口浅埋土质或易坍塌的软弱围岩地段开挖作业和洞身Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段开挖作业的具体方案、方法,施工步骤;超前支护措施中超前长管棚、超前小导管、超前锚杆的施工方法;对施工中的注意事项进行了说明。