隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

隧道支护结构蠕变特性试验和非线性蠕变模拟

采用MTS815液压伺服系统对深埋隧道支护结构混凝土试件进行了三轴蠕变试验,分析了支护结构的蠕变特性,依据蠕变曲线特征求出了非线性蠕变参数。建立了考虑深埋隧道施工过程、围岩和支护结构蠕变特性的有限元数值分析模型,分析了围岩和支护结构的蠕变特性,得到了隧道初期支护和二次衬砌的位移特征及其不同位置处的有效应力和最大剪应力特征。隧道支护结构的位移、应力随时间的变化特征与不考虑蠕变效应有较明显的不同,计算位移与实际监测结果基本一致。对于深埋隧道,应该考虑围岩和支护结构的蠕变特性。     

隧道围岩及支护结构稳定性分析方法综述

以隧道围岩与支护结构的相互关系为主要研究对象,以特长公路隧道围岩及支护结构稳定性分析方法为依托,对隧道掌子面所揭露围岩岩体、结构特征进行调查、记录,分析掌子面围岩等级,并与设计资料进行对比,对不同级别不同地质条件下的围岩与支护结构稳定性进行比较分析,总结围岩及支护结构稳定性分析的方法。     

温度对隧道初期支护安全性的影响

在已建立的隧道支护结构可靠性评价的位移方法中,将测量得到的支护变形都视为是由于荷载引起的.但是,除荷载产生的变形外,初期支护的变形还与隧道所处的温度场有关.本文在前期研究基础上,探讨了喷混凝土的温度变形对隧道安全性的影响.首先,按平壁法从理论上研究了隧道围岩的热传递规律,根据理论分析结果和现场实测数据确定了隧道围岩日、月、年温度变化的影响深度.然后,提出了支护温度的计算公式,给出了围岩和喷混凝土的热力学参数.随即推导了支护温度变形的计算公式,列出了支护结构截面失效的功能函数.最后,进行工程实例分析.结果表明,当日间温度差或日内温度差超过5℃时,工程中应考虑温度的影响.本研究提高了施工期隧道喷混凝土支护安全性评价位移方法的计算精度.     

浅埋偏压隧道进洞方案优化与边坡稳定性分析

浅埋偏压隧道进洞方案与洞口边坡稳定性分析是公路隧道建设中的重要问题,边坡的稳定性对隧道工程建设与运营起着十分重要的作用.以向家坝水电站库区的姚家坝隧道为研究背景,为了避免隧道洞口开挖引起边坡滑动和洞内塌方,提出格构锚杆、抗滑桩、锚喷支护与超前支护等联合支护技术,采用三维有限元法研究隧道施工引起边坡与支护结构的稳定安全状态,并对洞口治理前、后山体边坡以及隧道支护结构的受力、变形与稳定性进行对比分析.研究结果表明:隧道洞口经治理后,边坡土体与支护结构的位移和应力均得到有效控制,且在安全允许范围之内,表明山体边坡稳定,隧道支护结构安全.     

浅谈隧道初期支护施工方案

在隧道施工期间为解决结构稳定和安全问题,初期支护施工方案的确定十分重要。作为永久性承载结构的一部分,常采用超前锚杆、喷射混凝土、注浆小导管等方法。本文从工程实例总结隧道施工初期支护方案,为相关施工提供一定借鉴作用。     

基于多任务学习的公路隧道支护方案优化分析

为提升公路隧道施工过程中支护设计的实时性和合理性,以浙江省龙丽温高速典型隧道的围岩地质特征和支护方案为研究背景,分析围岩特征与支护参数的相关性,确定了以围岩风化程度、坚硬程度、岩体完整程度、地下水状态、围岩稳定情况为输入围岩特征,锚杆间排距、锚杆长度、喷砼厚度、钢拱架型号为输出支护参数的多任务学习模型结构。针对多任务学习模型预测的支护参数,采用层次分析法对比评价了预测与实际支护参数。结果表明预测支护参数综合得分高于实际支护参数,更为优秀。研究方法及成果为实现公路隧道快速支护方案选型和评估有较大参考价值。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移.对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力.支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道顶板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大.文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征.通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道Ⅴ级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响.     

隐伏溶洞位置组合效应对隧道施工影响的数值分析

岩溶隧道施工安全和支护结构稳定性与隐伏溶洞位置分布有关.本文通过Midas/gts进行数值模拟分析,研究隐伏溶洞不同位置组合下,隧道施工过程中的围岩变形与支护结构受力特性.数值模拟结果表明:隐伏溶洞群分布在隧道上部时,对隧道围岩变形及支护结构稳定性影响较小;当隐伏溶洞群分布在隧道下部时,若拱脚位置同时存在溶洞,则会对隧道支护结构稳定性与围岩变形产生较大影响,若拱脚位置无溶洞则对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响不大;隐伏溶洞群分布在侧部对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响最大.     

炭质板岩地层公路隧道结构受力特征及优化

在炭质板岩地层中进行隧道施工会面临软弱围岩大变形、掌子面易失稳等问题,合理的支护结构体系是隧道施工安全和经济的保障。为此,本文依托峨汉高速豹狸岗隧道工程,通过对Ⅳ级围岩段隧道施工过程中围岩压力、围岩-结构间接触压力、支护结构内力等进行监测分析,获得Ⅳ级围岩形变荷载分布规律及结构受力特征,研究表明:初期支护和二次衬砌的安全度较高,但支护材料强度没有得到充分发挥。因此基于支护结构受力有限元分析,对二次衬砌的支护参数进行优化,提出的支护优化方案整体可行,可为类似的工程提供一定的参考价值。     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

基于渗流-应力耦合分析隧道双层衬砌力学特性

城市地铁盾构隧道支护结构主要为单层衬砌。为满足支护结构承载、防渗、开裂等要求,双层衬砌结构设计日益成熟。为揭示双层衬砌力学特性,首先通过推导渗流-应力耦合方程组,揭示地下土体应力、渗流相互耦合方程;基于渗流-应力耦合原理,利用ABAQUS软件,考虑围岩压力、隧道埋深等工况,计算、比较单层衬砌、双层衬砌的承载力特性,得到以下结论:(1)初衬、二衬在支护作用下均承载,但是初衬应力为二衬3倍左右,为主要承载结构;(2)在渗透系数减小的情况下,初衬应力增加、二衬应力减小,二衬的作用主要为防渗和安全储备。     

分离岛式地铁车站交叉洞群施工的周边环境效应分析

为研究分离岛式车站交叉洞群的周边环境效应,以广州市某暗挖地铁车站为工程背景,采用数值模拟的分析方法,建立了正线隧道、联络通道和站台横通道的多洞室数值计算模型,同时考虑左右线隧道穿越不同岩性的地层,有限元模型地层为不均匀地层。通过数值模拟研究了隧道交叉洞群施工引起的地表沉降、围岩应力应变特征、支护变形受荷规律等,并将模拟结果与相应的现场监测数据对比分析。计算结果表明：中洞施工会引起围岩应力场位移场重分布,上覆围岩会向两侧滑动,造成洞间土体呈受压状态,侧洞会向两侧位移;支护结构最大应力值出现在隧道与联络通道的接口处,并且隧道支护结构应力值大小与距交叉段远近成负相关,离交叉段越远,支护应力值越小。研究成果为今后类似工程条件下城市地铁隧道施工提供参考。     

公路隧道装配式仰拱结构形式优化设计

为研究公路隧道装配式仰拱结构形式及其受力变形特征,基于收集的国内外不同装配式隧道结构应用案例,对钻爆法公路隧道预制仰拱结构形式进行优化设计,并分析了其受力特征；针对钻爆法公路隧道断面特点,以甘肃省某高速公路隧道工程为例,从施工难度、施工速度、防排水能力、造价成本等方面对弧形、箱型预制仰拱结构形式进行综合比选,并分析了仰拱分块数量、仰拱厚度以及幅宽对箱型预制仰拱结构的最大位移、混凝土损伤破坏、钢筋应力的影响。结果表明:箱型预制仰拱为较为合适的仰拱形式,7分块、上部厚度20.cm、下部厚度40.cm、幅宽1.2 m的箱型预制仰拱结构形式最为合适；装配式仰拱和二衬结构调整,改善了隧道受力,对保证整体支护结构稳定作用明显。     

锚网带锚索联合支护技术在动压区巷道中的应用

通过对动压巷道锚网带锚索联合支护效果的观察分析,指出锚网带锚索联合支护解决了地应力作用、采动应力作用双重影响情况下巷道的支护问题,具有良好的支护效果和经济效益。     

越岭浅埋偏压隧道支护系统承载特性分析

从地理、地形及地质等方面,剖析了西南山区浅埋偏压隧道的建造环境,针对该类隧道介质参数、荷载的多变性及其衬砌结构力学传递机制的复杂性,基于衬砌结构稳定的强度和变形控制原理,研究了应力和位移双重等效的隧道介质参数反分析模型及其优化算法,并理顺了其实施操作程序.然后提炼出偏压隧道承载结构承载特性的表征参数及非均衡性刻画指标.最后以有限元数值方法为手段,研究了某隧道浅埋偏压段支护体系的力学响应,从中总结出浅埋偏压隧道支护结构的承载特征,为类似工程设计和施工控制措施提供指导.     

中洞法连拱隧道施工稳定性分析及优化

针对中洞法连拱隧道暗挖施工的稳定性问题,依托广州大道中站工程实例,综合分析了开挖过程拱顶沉降、底部变形、洞周收敛、初支结构应力、中隔墙应力以及地表沉降等指标的动态响应特征,总结了不同工艺参数下隧道变形规律,结果表明:拱顶沉降最大值和最大沉降速率以及底部隆起最大值均在后行洞,而先行洞洞周收敛值最大,为1.59 mm;侧洞...     

桑珠岭特长隧道初始地应力场反演分析

桑珠岭隧道是拉萨-林芝铁路的控制性工程,工程区地质条件复杂,面临着深埋隧道高地应力灾害问题。因此,对其展开初始地应力场分析为保障隧道安全施工及优化结构设计具有重要意义。以现场勘察工作为基础,综合分析工程区地质资料,利用工程类比法和Anderson理论估算了隧址区主应力方向与量值范围;结合现场地应力实测数据,利用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区地应力场的三维反演计算分析。结果表明:测点地应力反演值与实测值在量值与方向上存在较好拟合关系;且同区域构造背景相一致,说明计算结果具有一定的合理性与可靠性。最后,通过分析桑珠岭隧道沿轴向的地应力分布规律,对隧道沿线的易发岩爆段及岩爆等级进行了初步预测,为后期隧道开挖及支护结构设计提供依据。     

围岩不同模量特性对隧道支护结构的影响分析

基于拉压不同模量弹性理论,编写了有限元程序,通过对一个平面应力圆环的分析,验证了程序的正确性.分析了一个典型隧道断面支护结构的受力与变形状态,给出隧道支护结构应力场和位移场随着不同模量系数的变化规律,发现不同模量系数的变化对衬砌结构的位移与锚杆的轴力影响较小,而对隧道结构受拉区的应力场以及受拉区区域影响较大,为隧道支护结构设计提供新的理论依据.     

基于应力反分析技术的黄土隧道施工稳定性分析

在汉寨隧道工程施工中，通过现场监测隧道初期支护结构内力数据，采用隧道围岩参数反演分析的方法，优化了汉寨隧道的支护结构，指导了隧道的施工，增强了现场施工的可预见性，使施工始终处于可控状态，避免工程事故的发生，为工程施工提供科学指导。