极高地应力区隧道地质特征及围岩变形机制研究

以某在建高速铁路隧道作为工程实例,结合地质情况,从初始应力、岩体结构和地下水分析了影响围岩的因素。运用理论分析和现场监控量测反馈结果等综合方法,从监控量测数据时态曲线特征、方向性、累计变化量、变形速率、时效性、现场围岩变形情况、隧道施工影响、变形段变形差异性等方面系统分析了极高地应力区隧道围岩变形特征及机制,并得出如下主要结论:1)极高地应力区围岩应力释放有一定的过程,不同的围岩应力释放的速度可能不同,爆破对围岩产生扰动,将一定程度加速围岩应力的释放。2)围岩地质条件不同,变形规律会表现出一定的差异性。3)围岩的变形机制,层状围岩的变形破坏一般形成几个区域:破坏区,崩塌,滑动滑移,张裂、弯曲及折断。4)本隧道围岩变形特征主要是由极高地应力和岩体结构综合决定的,隧道初期支护变形情况一定程度上是隧道围岩变形特征的有效反映。     

基于相对变形的大变形隧道地应力反算

针对复杂地质条件下高地应力大变形隧道地应力复杂多变的特点，为满足该类隧道动态设计对地应力资料的要求，提出基于上台阶开挖后拱腰水平收敛与拱顶下沉的相对比值并结合开挖揭示的围岩情况，建立二维数值模型反算地应力的方法。以丽江至香格里拉铁路中义隧道为例，对该方法进行详细说明。研究表明所述方法具有无需地应力测试、计算方便的优点，施工期间可用于地应力分析、预测。中义隧道典型区段地应力反算结果表明： 1）隧道出口及2号横洞工区的地应力分布特点并不相同； 2）围岩及埋深差别不大的区段，隧道水平收敛变形出现较大差异主要是由于地应力侧压力系数不同引起的。     

考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。     

通渝隧道Kaiser效应地应力测试研究

通过5组岩石声发射Kaiser效应地应力的测试,查明了通渝深埋特长公路隧道工程岩体内地应力的总体状态为潜在走滑型,隧道中部测得的地应力量级普遍较高,实测最大主应力σ1最高达33.04MPa,因而施工过程中应密切关注其高地应力与岩爆问题.     

大断面软岩隧道钻爆法开挖技术分

锦屏引水洞群由4条均长16.67 km、开挖洞径13.0～14.6 m的马蹄形大断面隧洞组成。其#1、#2引水洞西端工程轴线穿越的工程软岩长度分别为436 m和336 m,且埋深介于1 550～1 850 m,地应力40～50 MPa,施工前期发生了严重的大变形。结合《超深埋大断面特长隧洞群施工关键技术研究》课题的研究成果的应用,在极高地应力条件下,对软岩隧道（洞）大断面,采用钻爆法开挖技术,取得良好效果。     

阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术研究

阳山隧道是蒙华铁路的重难点控制性工程,2号斜井正洞小里程方向穿越高地应力近水平岩层,在施工过程中出现初支变形、底板隆起,甚至出现垮塌,严重影响了隧道施工安全。针对阳山隧道2号斜井正洞小里程方向高地应力现场表现情况,确定了该段地应力测试结果,采用了微台阶与限阻器相结合的施工工法,通过对典型断面初支拱顶下沉、水平收敛情况监测分析,发现限阻器变形可以吸收来自围岩的构造应力,消除了高地应力引起的初支拱顶开裂剥落、格栅钢架扭曲变形等病害。研究结果表明,该工法是阳山隧道高地应力近水平岩层变形控制关键技术,为后期同类隧道施工提供了宝贵的施工经验。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。     

高地应力软岩隧道塌方成因和治理措施分析

基于某新建高地应力软岩铁路隧道工程,运用MIDAS GTS与ANSYS有限元软件,对二台阶三部开挖法的应力与变形特点进行了分析。结果表明:初支与二衬施作的时间间隔、循环进尺的长度、上下台阶的距离的合理选择是保证高地应力软岩隧道安全施工的重要因素。高地应力软岩隧道的二衬不仅作为对初支的加强和安全储备,且承受软岩的流变压力,流变压力在二衬施做的初期增长迅速,后期变缓趋于平稳。二台阶三部开挖工法施工中,应注意右下台阶的开挖稳定、合理的循环进尺及台阶距离能够保证高地应力软岩隧道的施工安全。     

缓倾砂岩夹泥岩隧道岩爆段初期支护变形特征及控制技术研究——以蒙华铁路段家坪隧道为例

针对蒙华铁路段家坪隧道岩爆段初期支护在较小变形下发生破坏现象,通过室内试验、超前地质预报、地应力测试等技术手段,分别揭示洞周围岩强度、掌子面前方地质情况和初始地应力状态,同时对初期支护变形破坏特征进行归纳总结并分析成因,得出： 围岩特性、地质构造特征、工法是影响初期支护变形破坏的重要因素,局部水平向高地应力是主因。采取增强支护参数、增设缓冲层、锚杆+加筋底板、加装阻尼器等技术措施控制初期支护变形破坏。研究结果表明： 1）以水平构造应力为主的高初始地应力条件下,若隧道洞身围岩竖向节理发育,开挖宜首选二台阶法。2）拱部及仰拱初期支护混凝土破坏类型为剪压破坏,格栅钢架主筋破坏类型为偏心受压屈曲。3）以水平构造应力为主的高初始地应力状态下,宜根据围岩特性、支护原理及现场实际选择相应的技术措施。     

岩体变形参数的应力状态效应研究

岩体力学参数存在随应力状态不同而变化的特性，称为应力状态效应。岩体力学特性的实测值具有空间场分布特征，分析表明地应力（或围压）的有规律变化是造成岩体力学参数空间变化的主要原因。考虑到实测地应力多具有较大的离散型，尝试利用反演方法获取地应力场信息，通过多元回归分析得到实测岩体变形参数与地应力的经验关系，以研究岩体变形参数的应力状态效应。通过一工程实例研究：得到地下厂房区域的岩体变形模量为16GPa左右，与反演分析结果也比较符合；通过应力状态效应研究得到的岩体变形参数物理场，是一个渐变的物理场模型，是更为符合工程实际的；主要考虑了岩体力学参数的应力状态影响，通过一系列的计算得到，人为因素少，计算结果可供工程实践参考。