隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

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。     

新沙沟隧道软弱围岩施工技术

针对软弱围岩隧道施工重点影响因素,采用综合的施工技术措施,指导隧道掘进、初期支护工作安全高效的进行。解决软弱围岩隧道施工易变形、坍塌的施工难题。     

破碎围岩隧道开挖小导管高压注浆机理及效果分析

小导管高压注浆法是隧道工程不良地质施工采用的一种超前支护技术.本文以河北张石高速黑石岭隧道出口浅埋破碎段为例,对小导管高压注浆法在软弱破碎围岩开挖中的加固机理进行了研究,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管施做过程中受力机理和注浆时围岩的塑性区、位移场进行了模拟,定量分析了小导管注浆法的加固效果.研究表明,采用小导管高压注浆法能显著抑制软弱破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免浅埋软弱破碎围岩开挖中塌方现象的产生.     

公路隧道掌子面塌方事故处治措施研究

隧道在开挖掘进过程中,由于掌子面前方岩体地质变化情况的不确定性,致使在破碎软弱围岩开挖时极易发生掌子面塌方现象,本文通过阐述隧道掌子面塌方事故的原因分析,和处治步骤及方案,对一座公路V级软弱破碎围岩隧道的塌方进行有效的处治,使塌方后的隧道围岩和支护结构趋于稳定,达到了预期处理效果。     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将负泊松比(negative Poisson’s ratio, NPR)锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性、物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC^3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、泊松比(Poisson’s ratio, PR)锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效地控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。     

富水软弱围岩偏压隧道超前支护施工技术研究

研究了富水软弱围岩偏压隧道超前支护及施工技术.依托国家一带一路重点项目云南临沧临翔至清水河高速公路马家寨隧道工程,通过有限元软件MIDAS GTS NX建立有无超前支护的隧道出口端有限元模型,分析无超前支护和长管棚超前支护工况下隧道围岩稳定性、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律.结果表明:随着隧道开挖,拱顶沉降越来越大,无超前支护工况下隧道开挖完成后最大拱顶沉降为9.56mm,长管棚超前支护工况下拱顶沉降降低了44.9%.针对围岩变形而言,在长管棚超前支护条件下围岩最大竖向变形降低了48.0%,最大Y方向变形降低了50.4%.在无超前支护工况下,初期支护最大压应力超过规范允许值13.5MPa,长管棚超前支护工况下最大初期支护压应力为11.47 MPa.长管棚超前支护能够有效控制富水软弱围岩隧道偏压段的围岩变形,改善结构受力状态,确保隧道进洞施工安全.     

基于位移反分析的隧道二衬合理支护时机

二衬支护时机是否合理影响着隧道的稳定性,始终是隧道施工中讨论的热点问题。结合现场监控量测数据,通过3种回归函数的对比分析,确定了满足精度的回归曲线并预测围岩最终位移量,初步确定了二衬合理支护时机;结合黄金分割法与FLAC3D数值模拟软件,通过位移反分析法获得符合工程实际的围岩力学参数E,c值并代入FLAC3D中,基于3种二衬合理支护时机判定准则确定了支护时机;综合考虑回归分析与数值模拟计算结果,最终确定兴隆隧道Ⅲ级围岩段的二衬合理支护时机与施工安全距离。研究结果表明：双曲线函数回归精度最优,并根据函数曲线预测Ⅲ级围岩最终位移量为12.20 mm,初步确定在开挖后第20天施作二衬;通过围岩力学参数反演确定Ⅲ级围岩E=4.944 GPa,c=0.268 MPa为符合工程实际的围岩力学参数;通过数值模拟确定在开挖后第19天、距掌子面95 m时施作二衬满足变形速率和极限位移准则,在开挖后第18天、距掌子面90 m时施作二衬满足最小支护抗力准则。综合考虑三者的影响程度,最终确定兴隆隧道二衬合理支护时机为开挖后第18天,此时距掌子面90 m。     

闽南山区软弱围岩小净距隧道超前支护力学机理与施工技术

以福建三明莆炎高速公路布盂隧道工程为依托,建立了基于Winkler弹性地基梁理论的管棚力学模型,通过理论和数值模拟相结合的方法,研究了软弱围岩浅埋偏压小净距隧道超前支护力学特性及施工控制技术.研究结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀.采用管棚超前支护后,能够有效控制隧道拱顶沉降...     

软弱围岩公路隧道失稳变形特征及其施工技术

由于软岩自身的一些特性,隧道施工时将对稳定和安全产生影响,造成工程成本的增加等,因此软弱围岩隧道开挖支护具有不同的特点。软弱围岩隧道由于自身的地质原因和人为因素的影响,自身稳定性很差。若选择不好开挖支护方式或开挖后支护不足,支护质量达不到要求,忽视重点薄弱部位的加固,都会影响隧道围岩稳定,造成塌方。因此,合理的施工过程对维护围岩稳定、支护结构安全、保证施工顺利进行以及缩短工期和节约投资等都有着极其重要的意义。本文理论联系实际,结合龙池隧道工程实际,对软弱围岩公路隧道失稳变形特征及其施工技术进行探析。     

软弱地基参数对隧道施工稳定性的影响研究

为探明软弱地基参数对隧道施工稳定性的影响程度,以青海某高速公路隧道洞口段为研究对象,采用FLAC3D建立多组数值模型,进行隧道施工数值模拟。详细讨论了软弱地基厚度、弹性模量、粘聚力和内内摩擦角对隧道稳定性的影响。结果表明:软弱地基厚度和弹性模量对围岩变形、塑性区和支护结构应力影响最大,是影响隧道施工稳定性的主要因素;粘聚力和内内摩擦角对围岩变形和支护结构应力影响不大,对围岩塑性区有一定的影响,且内摩擦角影响程度大于粘聚力。研究结论可为软弱地基隧道设计和施工提供参考。     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

东秦岭隧道平导软弱围岩地段开挖及支护技术

东秦岭隧道施工中平导先行,结合平导在通过软弱围岩地段特别是以黑色碳质千枚岩为主的断层碎裂带时的施工实践,着重介绍了该种地质条件下包括超前预支护手段在内的隧道开挖及支护技术,为正洞隧道及今后其它隧道类似软弱围岩段的施工提供了成功的经验。     

浅埋大跨度隧道管棚支护进洞三维有限差分法分析

随着隧道施工“新奥法”的日趋成熟,超前大管棚支护是隧道施工中穿越软弱破碎围岩的一种有效的加固施工方法．本文在对管棚法在大跨度极浅埋破碎地层隧道开挖中的加固机理研究的基础上,以某大跨度隧道为例,利用三维有限差分法对隧道开挖后的受力、变形情况进行模拟,分别分析了有无管棚预加固措施对拱顶沉降的影响并与实测拱顶沉降值进行比较,得出管棚能显著抑制破碎围岩地层的变形及拱顶沉降,减少隧道初期支护的变形和受力,保证施工安全．     

软弱围岩隧道支护方法对比与效果分析

文章结合深埋隧道软弱围岩支护要求,具体阐述了常规喷锚支护与锚注联合这两种支护方式下的围岩水平位移、边墙水平位移、拱顶及隧底竖向位移、沉降等方面的对比,并提出适合大埋深、软弱破碎围岩隧道的支护技术,为同类工程提供参考.     

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.     

黄坑一号隧道初期限支护变形换拱施工技术

处在浅埋偏压情况下的隧道洞室在开挖施工过程中,支护的强度不足以抑制围岩应力的变化。因此,复杂的地质条件特别是软弱围岩常给隧道施工带来重重困难。本文结合黄坑一号隧道在软弱围岩施工过程中的变形事故,分析了导致这次变形的具体原因,并提出了相应地施工处理方案和相关建议。     

基于收敛-约束法的软岩隧道初支时机估算——以义永公路枫坑隧道为例

围岩纵向变形曲线能直观、有效地反映隧道开挖过程中洞壁围岩变形受掌子面前端“空间效应”的影响,为支护结构施作的最佳时机提供理论依据。以某软岩大断面隧道为例,基于Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程（位移释放系数）,在综合考虑泊松比和弹性模量以及粘聚力、内摩擦角、爆破参数等提出优化改进;运用FLAC3D分析改进围岩纵向变形曲线方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩纵向变形曲线方程与弹性模量以及粘聚力、内摩擦角呈非线性正比关系,与爆破参数呈非线性反比关系;（2）对比现场监测数据与理论计算数据发现Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程在x>=0段偏差较大,提出增加“扩大收敛函数”提高其精度,相关系数由原来的R-square=0.8左右,提高到R-square=0.95左右;（3）通过与数值模拟数据对比,改进后的围岩纵向变形曲线方程能更好的与其相吻合,证实了改进后的围岩纵向变形曲线方程更具有合理性和实用性;（4）提出围岩位移增量出现陡增点时的位移释放系数值为施加支护的最佳时机,得出Ⅲ级围岩在长台阶法施工施作时,距掌子面x=2.24m左右处开始施作支护为最佳,Ⅳ级围岩在采用CRD工法施作时,距掌子面x=1.47m左右处开始施作支护为最佳。     

软岩隧道掌子面挤出与拱顶沉降变形相关性

依托某通过水平旋喷超前加固后实现了大断面开挖的软弱围岩铁路隧道,通过在掌子面和掌子面后方拱顶布设监测点,进行相关项目的量测。按照施工组织情况,建立计算模型,设计相应的计算工况。基于实测结果和数值模拟结果,研究掌子面挤出变形、拱顶沉降变形与仰拱跟进距离之间的关系,分析掌子面挤出变形与拱顶沉降变形之间的相关性,为其后续施工和工法改进提供了数据支持和参考。