大跨度公路隧道围岩竖向压力分布特征探讨

结合龙头山大跨度隧道围岩压力监测,探讨了竖向压力与隧道埋深、围岩级别的关系;并采用深、浅埋隧道法、普氏系数法以及别尔巴乌麦尔法分别对不同的监测断面计算其围岩压力,对于高级别围岩Ⅳ、Ⅴ,普氏系数法计算结果和实测值较为吻合,而深、浅埋隧道法和别尔巴乌麦尔法计算结果比较一致,但是均大于实测值;对于Ⅱ、Ⅲ围岩,深、浅埋隧道法与实测值较为吻合,普氏系数法要小于实测值,而别尔巴乌麦尔法则大于实测值;从围岩压力与埋深的关系可以看出,深、浅埋隧道法、别尔巴乌麦尔法与实测值的变化趋势基本一致,但比实测值偏大,普氏系数法则比较接近于实测压力的平均值.根据不同的计算方法讨论了不同计算方法对大跨度隧道的适用性,为大跨度隧道围岩压力的设计计算提供有意义的参考.     

偏压连拱隧道围岩压力及结构计算

为了解决目前在设计中尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩载荷估计偏差较大问题,应用岩柱理论求得塌落拱曲线方程,用作图法确定地形偏压临界覆土厚度,对偏压连拱隧道与非偏压连拱隧道进行界定。在此基础上,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压载荷和被动不均匀载荷确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用载荷结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考。     

双界顶隧道水文地质勘察分析及涌水量预测

双界顶隧道为贵广铁路贺州至广州段的控制性工程，本文根据该隧道的水文地质勘察资料，分析评价了其地质构造、地表水的发育，地表水及地下水的补给等水文地质特征，采用解析法对隧道的浅埋段、断层带、花岗岩和碎屑岩的接触带等地段位涌水量进行预测。由此确定了隧道浅埋及断层构造发育段属中等～强富水段，进而提出了隧道的施工建议。     

MSVM在汶马高速公路隧道围岩分级中的应用

通过分析国内外的多种围岩分级方法,结合SVM理论与隧道开挖现场实际情况,建立一种快速、准确的隧道围岩分级方法。采用岩石坚硬程度、岩体完整程度、岩体结构、节理风化状况、地下水状况、嵌合程度和地应力状况作为隧道围岩分级评价指标。采用一对一法构建多类分类器,将大量经过专家修正过的隧道围岩分级数据作为多分类SVM的训练学习样本,采用高斯核函数进行计算,结合汶马高速公路隧道施工期围岩分级实践,建立了多分类SVM隧道围岩分级模型,实现不同条件下的围岩分类的合理识别。汶马高速公路隧道围岩分级实际应用表明,该模型能快速、较为准确地进行公路隧道围岩分级。     

小净距隧道浅埋段围岩监测分析

为了研究隧道浅埋段岩体位移与应力动态过程,针对小净距隧道浅埋段的工程特点,对某隧道的岩体位移、支护压力进行了监测,在分析了监测结果的基础上,采用数值模拟技术,对小净距隧道浅埋段围岩动态过程进行了仿真分析.其研究结果表明:小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变且同一断面双线间支护压力区别较大,先行洞支护压力较后行洞高     

施工阶段隧道围岩快速分级法

现阶段隧道围岩分级工作主要在勘察设计阶段进行,但由于受周边环境及勘察手段的限制,分级结果往往与围岩实际情况不符。为准确获得隧道围岩等级,基于声波-回弹联合测试法,建立"BP神经网络模型"在施工阶段快速预测岩石强度(R_c),利用掌子面炮孔进行岩体纵波波速测试并通过公式计算完整性系数(K_v)后,得到基于岩体基本质量指标(BQ)的施工阶段围岩快速分级法,并以宝汉高速石门隧道为依托在施工阶段对围岩进行分级。结果表明:建立的BP神经网络预测模型可实现岩石强度的现场快速无损预测,预测结果具有较高准确度;根据岩体纵波波速测试结果,可实现岩体完整性系数的定量计算,进而完成石门隧道施工阶段围岩快速分级,对比勘察阶段的分级结果,施工阶段所获得的分级结果更加精确。     

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.     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道施工方法研究

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的施工方法

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟

针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.     

管棚注浆在浅埋松软地层中的预加固效果分析

管棚注浆法是浅埋地下工程通用的一种超前支护技术.为分析管棚注浆支护法在浅埋松软地层开挖中的支护效果,以某三孔框构式引水隧道洞口段浅埋松软地层为例,通过对管棚应变变化情况进行监测研究和对隧道施工过程中引起地表沉降进行现场监测,利用ADINA软件对不同支护条件下隧道开挖过程所产生地表沉降值进行数值模拟.以数值试验的定量分析作为理论基础,通过监测管棚形变和地表沉降数值变化,并对两者结果进行对比分析.结果表明,管棚注浆支护设计在浅埋松软地层开挖中应用效果显著,管棚注浆法能够在对隧道围岩进行超前预加固时形成一圈防护层,能分担部分隧道上覆岩层应力,从而较好地调节围岩应力重分布,同时又能有效地抑制围岩的变形.     

泥质粉砂岩山岭公路隧道围岩变形

为分析不同围岩级别对泥质粉砂岩隧道的影响,依托贵州沙家坪隧道不同围岩级别的拱顶沉降和周边收敛进行分析;同时考虑隧道浅埋段多为破碎岩体,是隧道开挖工程中最危险地段;结合沙家坪隧道进出口地表浅埋段埋深数据,分析浅埋段埋深深度对拱顶沉降的影响。研究结果表明:泥质粉砂岩隧道相对其他岩类(峨眉山玄武岩、灰岩)隧道在低围压下流变滞后现象较明显,不易发生瞬态破坏,洞口段与中间深埋段围岩变形相差不大;拱顶沉降主要集中在距离洞口100~200m地下水和煤层较发育地段,平均沉降为-7mm,累计沉降在-8mm上下波动,同时煤层对隧道围岩的变形存在重大安全隐患;距离洞口0~60m隧道的累积周边收敛值及波动较大;对于泥质粉砂岩隧道,浅埋段埋深厚度对隧道围岩变形影响较弱。     

隧道工程设计施工中荷载与相应的支护参数浅析

从浅埋隧道衬砌荷载计算入手来剖析其荷载计算的"本质",进而找出其与超浅埋、深埋隧道荷载计算之间的关联,由此比较分析了超浅埋、浅埋与深埋隧道三者的支护参数。鉴于目前浅埋与超浅埋隧道设计、深埋隧道设计及同一断面不同围岩分级的隧道工程设计中存在的一些问题,提出了一些有益的分项建议。     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

富水软弱V级、VI级围岩隧道施工技术探索

以江门隧道施工为实例,具体介绍了Ⅴ级、Ⅵ级浅埋富水全风化花岗岩隧道的施工工艺和施工方法,采用洞内降水和洞内外土体改良及加固方法。实践证明,针对隧道下穿玉龙湖泄洪道段隧道洞身超浅埋、强-弱风花岗岩软弱围岩、裂隙发育、地表水发育等特点采用的脚手架网格配合防水板铺底、水平选喷桩超前支护以及在进行水平选喷的前提下采用三台阶加临时仰拱的开挖方法等技术方案在提高隧道围岩强度、防止地表水渗流至洞内、降低地表沉降和变形方面是成功的,确保了隧道的开挖安全,顺利通过泄洪通道。针对浅埋富水软弱围岩段隧道下穿过程中围岩软弱、下穿道路过程中沉降控制严格的特点,在施工过程中从加强超前支护强度、全断面注浆等技术、保证隧道开挖安全;对隧道开挖地表段采用了旋喷桩和搅拌桩组合加固措施进行地表加固,控制隧道开挖过程中地下水的流动。通过采用以上技术措施,实现了隧道下穿过程中安全施工,保证了地面城市道路和周围建筑物的安全。     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。     

公路隧道围岩现场快速分级方法研究

隧道围岩分级是正确地进行隧道设计与施工的基础,一个符合隧道工程实际情况的围岩分级对提高隧道掘进速度保证施工质量有着十分重要的意义.隧道在施工期间常出现揭露围岩状况与勘察期间给定围岩级别不符的情况,加之地质条件较为复杂,造成围岩级别变化很大,为了保证施工质量和施工进度,在施工过程中需要进一步的围岩级别变更,但是目前规范中所采用的分级方法需要进行室内试验,而现场却无法提供试验条件.因此,需要寻找一种基于现行《公路隧道设计规范》并且便于在现场实施的围岩快速准确的分级方法.文中以十天线明垭子隧道为工程背景,采用数字式点荷载试验、数码照相技术和围岩钻孔内窥试验为综合性现场测试试验手段对隧道围岩进行快速分级.实践证明,利用现场试验技术开展隧道围岩快速分级技术研究具有重要的工程应用价值.     

浅埋扁平超大断面隧道断面优化设计研究

对于超大断面浅埋扁平隧道,合理的扁平率设计对于隧道围岩稳定性和隧道建设的经济性至关重要.采用大型数值分析软件ANSYS,对重庆轨道交通5号线3标超大断面浅埋扁平隧道在5种不同扁平率下的断面形式进行了参数化设计;通过不同扁平率下隧道围岩的变形和隧道结构受力情况进行分析,以层次分析法为优化分析理论基础,对影响扁平隧道结构稳定性的开挖面积、拱顶下沉、地表沉降、初支弯矩等目标值进行优化,并将计算结果与现场监测数据进行对比分析.最终确定了依托工程最优扁平率为0.63,为此类工程断面优化设计提供借鉴.     

浅埋软岩大跨度隧道开挖工法研究

目的研究浅埋软弱围岩大跨度隧道的开挖工法,为该类隧道工程的设计和施工提供理论参考.方法采用FLAC3D有限差分软件,针对广州某大跨度隧道进口段在双侧壁导坑法、CRD法和三台阶七步法下的开挖进行数值模拟,分别对三种工法下的隧道拱顶下沉值、围岩水平位移值、塑性区以及最大和最小主应力进行对比分析.结果在控制隧道拱顶下沉和拱脚水平位移及围岩应力集中现象方面,双侧壁导坑法均优于CRD法和三台阶七步法;在控制围岩塑性区方面,双侧壁导坑法与CRD法相差不大,但均优于三台阶七步法;三台阶七步法开挖相比双侧壁导坑法和CRD法更容易发生围岩失稳现象.结论大跨度隧道浅埋软岩段的开挖不建议采用CRD法和三台阶七步法,而应优先考虑双侧壁导坑法.