浅埋软岩隧道大变形特征及控制措施

为了解决浅埋软岩隧道在开挖过程中发生大变形的问题,依托在建隧道工程,分析隧道初支变形及破坏特征,并利用数值模拟软件对大变形原因进行分析,提出合理的变形控制措施。结果表明：洞口浅埋段围岩受到开挖扰动和地下水影响,围岩变形量大,纵向变形分布不规律;开挖初期变形快且变形速率大,最高达到38.4 mm/d;变形持续时间长,变形后期能达到10.2 mm/d;变形主要发生在上、中台阶开挖阶段,约70%;初支应力过大,且塑性区过度发展是隧道发生大变形的主要原因。根据现场监测数据和数值模拟结果提出优化工法、提高支护参数、进行洞内降水和加大预留变形量的综合处治措施。研究结果可为类似软岩隧道的大变形预防与处置提供参考。     

高地应力软岩隧道大变形控制及支护对策研究

兰渝铁路黑山隧道出口DK98+890~DK100+242段属高地应力软岩,在施工过程中初期支护出现严重破坏及大变形,对施工造成了不利影响。本文基于高地应力条件下二叠系板岩、碳质板岩地层的试验与理论研究,得到了该地层的变形规律及支护受力特征:同时现场试验证明,采用H175全环钢架结合深孔锚杆、喷射C30早高强混凝土可以有效地解决软岩隧道高地应力大变形问题,实际应用效果良好。     

兴源隧道围岩变形与初期支护受力特征分析

软岩隧道具有变形大,稳定时间长的特点,无论是对于设计还是施工,一直是困扰隧道建设者们的难题。本文以滨绥铁路兴源隧道现场试验段拱顶沉降,围岩压力及钢架应力的监控量测值为依据,分析研究了初期支护的变形和受力特征。研究结果表明:炭质页岩的初期变形速率较大,围岩压力,钢拱架应力一致呈现出"急速变形-缓慢变形-变形趋于稳定"的特点,因此对初期支护早期的强度和刚度要求较高;地下水对于炭质页岩隧道的危害相当大,采用适当的排水、降水措施是保证隧道进度和安全的关键;为了避免台阶法开挖时同一个断面的钢拱架整体发生卸荷作用,同一台阶左右两侧开挖时一般错开2~3 m,确保隧道施工安全。研究成果可为今后类似工程的设计、施工和研究提供一定的参考价值。     

浅埋土岩复合段隧道冒顶分析与防治

通过对正习高速公路隧道浅埋段开挖过程中坍塌冒顶事件进行分析,提出冒顶处治措施,并建立隧道风化残积深度处于拱顶以及拱顶以下1 m的数值模型,进行无超前支护不同开挖步距的变形特征数值试验,试验表明无超前支护情况下即使采用上下台阶法对隧道进行开挖0.6 m,拱顶的围岩变形最大仍达到3.578、4.789 mm,隧道拱顶残积体对隧道开挖后续支护作业产生较大安全风险。在风化残积深度处于拱顶以下1 m时,原设计小导管纵向间距由2.4 m调整为0.6 m后,开挖0.6 m的拱顶最大变形由2.348 mm降低至1.747 mm,结合现场坍塌冒顶事件,为确保后续隧道浅埋土岩复合段落施工安全,提出了冒顶防治措施并在隧道开挖施工中取得良好的效果。     

富水软弱围岩隧道塌方机理及治理措施

以国家"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为依托,通过有限元软件迈达斯GTS NX模拟隧道塌方段围岩稳定性,对隧道塌方机理进行了分析,并提出相应治理措施.研究结果表明:隧道塌方段拱顶沉降值最大达到了41.3 mm,仰拱隆起值最大为54.5 mm,围岩结构松散软弱,极易发生塌方事故.围岩最大塑性...     

隧道时效大变形灾害的数值模拟与处治技术研究

随着我国社会经济的快速发展,高速铁路、公路和水利水电等工程的大规模建设,隧道软岩流变带来的大变形灾害越来越多.依托福建永宁高速石林隧道软岩大变形灾害相关问题,采用流变本构对大变形段进行了数值模拟分析,确定了二次衬砌最佳支护时段,并结合工程实际提出了大变形段围岩变形的控制技术.     

炭质页岩隧道变形特征研究与稳定性分析

大丽铁路松桂1号隧道在施工过程中围岩变形较大,出现了喷射混凝土开裂、净空侵限、钢架变形等施工难题,造成施工进展极其缓慢的现状.通过试验对炭质页岩的膨胀性、崩解性、风化性等物理特性进行研究,并分析层理产状对隧道稳定性的影响,指出垂直节理最不利于隧道的稳定.在隧道施工过程中对围岩变形进行现场测试,根据现场监测结果得出发质页岩隧道的最大累计变形量和变形速度都发生在边墙位置,水平地应力为最大主应力.     

变质岩路堤湿化变形试验研究

为研究变质软岩填料路堤湿化变形规律,通过室内大比例尺路堤湿化变形模型试验,分析了秦岭山区糜棱岩化条带状粉砂质千枚岩湿化与时间的变形规律及湿化前后的变形量,并预测现场9．6m高的变质软岩填料路堤最大湿化沉降量;基于湿化变形的基本原理,编写了采用单线法进行路堤湿化变形有限元分析程序,并对变质软岩填料路堤进行湿化变形有限元分析,进一步与室内模型试验作对比分析。研究结果表明：预估现场高为9．6m变质软岩填料路堤最大湿化沉降量为6．3cm,符合公路路基设计规范关于路基工后沉降量小于10cm的要求。有限元计算结果与试验实测值较吻合,对秦岭山区软岩路基的设计、施工与质量控制起到一定借鉴作用。     

软弱围岩大变形治理措施有效性分析

近年来,我国新一轮铁路建设规划侧重点转向边疆多山地区,隧道建设过程中出现大量软岩区,软弱围岩因其变形大、难治理而严重阻碍施工,解决软岩大变形问题不可避免。依托边疆新建某隧道工程,结合原支护方案所得软岩段监测数据,制定改进治理方案。应用有限元软件Midas/GTS进行模拟,分析改善后治理方案的软岩变形情况,并结合现场实验段监测数据综合分析治理措施的合理性,以保证软弱围岩段顺利施工。     

涌水隧道支护对围岩力学性质的影响

以宜万铁路堡镇隧道为工程背景,首先对高地应力大变形段中所揭示的软弱围岩不同饱水状态下的单轴试验方案进行设计,进行单向应力状态下岩石力学性质测试,探讨饱水状态对软岩强度和峰后体积应变的影响规律;然后,根据试验结果和现场监测数据,对饱水时间1月的岩石试件进行了低围压(0.2,0.4,0.6,0.8和1.0MPa)条件下的三轴压缩试验,研究围压对软岩强度和体积应变的影响规律;最后,提出隧道二次衬砌的作用时机。研究结果表明:当堡镇隧道大变形段围岩变形量达到总变形量的70%时,适宜施作二衬。     

千枚岩隧道破碎带 TSP 超前预报解译标志

千枚岩等软岩隧道施工中易出现垮塌等地质灾害。以典型千枚岩隧道———汶马高速公路鹧鸪山隧道为例,以地震波传播理论为依据,结合工程地质分析及地震波正演模拟,探讨TSP 预报中针对千枚岩构造破碎带在不同含水率状况下的地震波反射特性及解译标志,结果表明：纵波及横波遇千枚岩构造破碎带反射现象明显,横波较纵波反射更强烈;破碎带富水时,千枚岩泥化变软,纵波反射加强;从深度偏移角度分析,破碎带内正负反射频繁变化,单个反射层延伸性差。研究结果可以提高 TSP 在软岩隧道中的预报准确性。     

长大隧道软岩大变形施工控制技术

随着我国铁路客专建设的不断发展,隧道工程已经向长、大、深、难的方向发展,如何在地质环境恶劣的软弱围岩区修建隧道,控制软岩大变形,是隧道施工中最大的难题。结合新建吉林至珲春客专工程Ⅵ标后安山隧道实例,详细介绍了长大隧道软岩大变形施工控制技术。     

软岩大变形隧道的围岩级别判识方法及处治优化

对于山岭隧道软岩大变形地段,进行围岩级别判定对指导隧道安全施工有着极其重要的作用。利用TSP、地质雷达、瞬变电磁等综合探测方法对红岩寺隧道软岩地段进行围岩级别初步辨识,然后基于属性综合模型进行围岩级别数学方法二次评价。开挖后ZK20+839~ZK20+835段发生大变形,判断围岩级别为Ⅴ级,现场实际揭露情况与探测结果、二次评价结果吻合。基于数值模拟软件,从开挖断面、开挖方法、钢拱架、锚杆、注浆加固等方面进行参数优化。通过大变形段的补强监测,表明采用此方法处理隧道大变形效果良好。     

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形特征及加固方法

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形较正常段往往较为显著,易发生变形侵限,是软岩公路隧道施工的难点。以渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托,总结了隧道紧急停车带变截面段的变形特征,分析了其变形破坏原因;在此基础上,提出采用小孔径预应力锚索对变截面段围岩进行加固,利用FLAC3D有限差分软件对变截面段的开挖施工过程进行模拟,对比了不同小孔径预应力锚索加固方案的变形控制效果,并对选定方案进行了现场试验验证。研究结果表明：隧道由紧急停车道向正常段施工时,正常段距离紧急停车带端头约15m范围内一侧的围岩变形明显大于另一侧,位移最大值出现在上台阶拱脚,且出现了喷射混凝土开裂、钢架扭曲和局部变形侵限现象;紧急停车带变截面一侧围岩受到了爆破施工的多次扰动,同时紧急停车带端头所受支护的约束作用较弱,加上地下水对围岩的软化作用,是变截面一侧围岩产生大变形的主要原因;采用纵向预应力锚索+环向预应力锚索对紧急停车带端头附近围岩进行加固,可以有效提高变截面一侧围岩整体稳定性,减小变截面段围岩非对称变形。研究成果可为类似软岩公路隧道紧急停车带变截面段的变形控制提供重要借鉴。     

基于现场实测的绢云母片岩隧道变形与受力特征

绢云母片岩是西南地区普遍存在的复杂地质软岩,遇水易软化、泥化,在该中地层条件下施工的隧道普遍出现软岩大变形问题,处理不当还会造成塌方,极易造成严重后果。以实际工程为载体,通过现场试验,研究绢云母片岩隧道的变形与受力特征。研究结果表明:三台阶开挖造成围岩压力的多级释放,每台阶开挖后围岩压力均经历快速增长与缓慢增加两个阶段,围岩压力总体呈现出"右上、左下大,右下、左上小"的非对称分布;初期支护钢架以受压为主,应力"上大下小"分布,右拱腰处钢架压应力最大237. 4 MPa,大于钢架抗压强度设计值;围岩整体向内挤压,隧道呈现"上大下小"不对称变形,右拱腰处最大变形量325 mm,大于预留变形。研究指出了施工过程中的安全隐患,并为绢云母片岩隧道的设计、施工提供了数据参考。     

高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩蠕变试验及非线性蠕变损伤模型

为克服高程障碍并降低施工风险,可采用长大隧道穿越崇山峻岭,但这些隧道往往处于深埋高地应力环境,并受到化学侵蚀影响。为了解决此问题,以丽江—香格里拉炭质板岩大变形隧道为研究对象,采用室内试验和理论推导,研究深埋炭质板岩隧道受化学侵蚀作用下的围岩变形特性。在Poyting-Thomson体蠕变体的基础上,根据模型元件的力学特性,叠加了损伤元件、化学损伤元件和非线性元件,提出高地应力-化学侵蚀耦合作用下炭质板岩非线性蠕变损伤本构关系。研究结果表明：1)炭质板岩试样受化学侵蚀影响显著,侵蚀90 d试样所产生的轴向蠕变应变为侵蚀0 d试样的2.02倍,侵蚀60 d试样所产生的径向蠕变为侵蚀0 d试样的1.85倍;2)受侵蚀的炭质板岩试样在三轴压缩状态下破裂以斜向贯通裂隙为主,并产生一定的滑移错动裂隙,且沿轴线的拉伸劈裂破坏受围压作用抑制明显,未产生竖向贯通裂隙。     

高速铁路隧道围岩大变形特征及机理分析

为研究高速铁路隧道围岩大变形的特征及其机理,以沪昆客运专线湖南段杨家隧道发生大变形塌方为工程背景,对隧道围岩大变形引起地表裂缝及初支侵限进行了介绍.选取隧道大变形里程段的典型断面设置多个监测断面,通过监控量测等手段对其灾变期变形特征展开了分析,在此基础上,从岩性、地质构造、围岩赋存环境三个方面分析了杨家隧道发生大变形的机理,能够为该隧道发生大变形后采取相应措施提供理论依据.     

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律，依托渭武高速木寨岭公路隧道，采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型，提出强、中、弱三种支护方案；分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响，并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明：开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较：强支护＜中支护＜弱支护；开挖相同距离下，随着支护强度上升，支护提供的弹性抗力越强，围岩沉降和收敛变形减小；以强支护为例，支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势，最终轴力不断上升但趋势变缓的特征，开挖距离50m趋于稳定；支护设计参数评价时，开挖距离（50m）结束，强、中、弱三种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264，#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏，混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666，#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏，故选择中支护方案，材料I25b×C25、初衬厚度26cm、钢架距离0.8m。研究结果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。     

秦巴山区某软岩公路隧道合理施工方法研究

以秦巴山区某软岩公路隧道为工程背景,采用FLAC数值模拟和现场监测相结合的方法对该隧道合理施工方法进行了研究。建立3种不同施工方法下的计算模型,数值计算结果显示,相比于台阶法施工和单侧导坑法,采用留核心土法施工引起的隧道围岩变形较小,能够满足设计要求,从经济和施工工期角度来看,留核心土法是该地区软岩隧道最为合理的施工方法。为了验证数值计算结果的可行性,在隧道周围设置了变形监测点,实测结果表明,采用留核心土法施工后,隧道最大周边收敛14.81 mm,最大拱顶沉降值为27.11 mm,隧道变形在允许范围之内。隧道围岩变形的实测值与预测值变化趋势基本一致,表明FLAC数值模拟可在隧道施工前对隧道施工方法的合理性做出评价,具有超前指导意义。     

某隧道进口段开挖的力学响应分析

在隧道开挖施工过程中,岩土体的结构发生了变化,应力也会发生相应的调整,将引起隧道周围岩土体产生变形或者发生破坏.以双向双洞公路单拱长隧道为例,利用COMSOL有限元软件,对隧道进口段一处剖面建立二维的有限元模型,研究在上覆层为软岩的情况下,截面尺寸为半圆拱型隧道进口段开挖期间的岩体力学响应情况.在隧道开挖过程中,临近开挖区的应力和变形范围是进行隧道加固预测的重要参数,为隧道进口段开挖和支护给出了一定的依据以指导工程施工.