软岩公路隧道二次衬砌支护时间的优化研究

软岩隧道围岩变形速率快、持续时间长,变形量大,使得二衬最佳支护时间的确定成为传统新奥法在软岩隧道应用的难点。基于充分利用围岩自承能力的新奥法理念,对现场多个Ⅳ级围岩断面初期支护变形监测数据进行统计分析,得出二次衬砌的最佳支护时间段为初期支护后22 d~26 d。采用拟合回归分析,得出油坊坪隧道的合理二衬支护时间为初期支护施作以后第24 d。借助FLAC3D内嵌蠕变模型对二衬支护时间进行验证,分析不同支护时机下支护结构的受力特征。结果表明:在蠕变计算计算第25 d以后混凝土喷层和锚杆已发生破坏或者错位,在初支以后第24 d进行二衬支护,二衬拱顶所分担的荷载为马上进行二衬支护的17.5%,周边为8.2%,下降明显,则监测数据分析所得二衬支护时机是合理的,适当提前施作二衬支护是有利的。     

软岩大跨隧道施工力学研究

深圳大梅沙隧道修建于软弱围岩中，断面呈扁平状，且施工工序复杂，地层和支护结构的受力状态频繁变化。为保证施工过程中支护结构和围岩的稳定，采用ANSYS程序对施工过程中围岩和支护结构体的受力状态进行了模拟计算，结果表明：采用双侧壁导坑法施工，导坑的围岩应力呈不对称分布，尤其在临时支护与永久支护的结合部位会出现应力集中现象；中洞上步开挖是施工过程中最不利环节，容易产生较大的卸荷效应，引起拱顶和地表的大幅度沉降。据此提出了对拱部支护及时施作二次衬砌以及对拱腰和边墙底部围岩采取注浆加固等技术措施，保证了围岩和支护结构的稳定。     

云雾山隧道围岩力学性质研究

对宜万铁路云雾山隧道灰岩进行室内三轴压缩试验研究,分析与比较了自然状态和饱和状态试样在不同围压下应力-应变关系曲线,结果表明,含水状态和围压对岩石的峰值强度、轴向应变及弹性模量均具有一定影响.在主应力空间内,利用线性莫尔-库伦强度准则拟合试验数据得到岩石的强度参数C,φ值,为该隧道工程的计算分析提供参考.对岩样的破坏特征进行分析后得出:在较低围压下,试样基本上为宏观单一断面的剪切破坏,随着围压的增大,试样有向两个相交的剪切面发展的趋势.     

高应力软岩巷道围岩二次加固支护技术

泉店煤矿-540m东翼轨道大巷属于典型断层构造带高应力软岩巷道,围岩较为破碎,裂隙发育,应力集中程度较高。巷道易陷入"前掘后修"的恶性循环。针对初次锚网索喷支护方式整体支护强度偏低及整体稳定性较差的特点,通过采用二次支护技术进行围岩加固,有效地抑制了新掘进巷道围岩的离层及变形,取得了良好的支护效果。     

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。     

软岩巷道三锚支护过程对巷道围岩稳定性影响

通过数值模拟和正交试验确定锚索、锚注、复喷的相关参数和最佳的支护工艺过程即：开挖→初次喷射混凝土→锚杆→锚索→复喷→锚注;运用FLAC模拟了软岩巷道逐步开挖和支护的过程,分析了不同的支护工艺过程下巷道围岩应力和位移的变化,进一步论证了最佳的支护工艺过程能有效的控制围岩的变形。这些为软岩巷道的支护工艺过程设计提供了理论参考,同时对于复杂条件下巷道支护的技术实践,具有重要的指导作用。     

软弱围岩隧道的施工技术

隧道和地下工程施工,遇到软弱围岩,通常是施工组织者和技术人员感到持久压力和伤脑筋的一件事。软弱围岩隧道通常被列为重难点控制工程,对工期、安全、质量、投资均产生重大影响。本文分析了软弱围岩隧道的施工技术,阐述了软弱地质围岩地段隧道的施工方法、技术要领,供大家参考。     

平导对控制高应力隧道围岩变形的作用机理分析

传统意义上,平行导洞的作用在于为正洞开挖探明地质,并通过一系列横通道实现正洞长隧短打.此工艺不仅具有分部开挖的特点,还可利用导洞解决排水问题,导洞挖通后,还可改善洞内通风条件.研究的堡镇隧道右线出口高地应力环境下软弱围岩中的平行导洞,围岩变形量大,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重.主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等,变形破坏具有不均匀性和不对称性.与平导围岩变形特征相反,平导扩挖时的变形特征具有均匀性和对称性.从工程岩体二次演化、应力场二次演化以及平导围岩和平导扩挖围岩变形破坏特征等方面进行分析,提出了平行导洞在穿越高地应力软岩中能释放应力、减弱正洞围岩变形的破坏程度.     

浅谈二次耦合支护在陶二矿的应用

通过对-836米软岩巷道关键部位进行的二次耦合支护实践,确定采用锚网梁索喷二次支护的深部软岩巷道的最佳二次支护时间,修正了以往根据距迎头的距离确定二次支护的最佳时间的传统模式,在巷道支护上取得了良好的效果。     

浅谈软岩巷道锚网喷支护工艺的改进

软岩巷道支护历来是巷道工程的难题,文章通过对锚网喷巷道一次性支护的不足的描述,并通过试验,将展现出二次支护的理念与特点,解决了软岩巷道支护的难题.     

锚注支护巷道围岩变形的粘弹性分析

锚注支护是一项维护围岩稳定的新技术.根据锚注支护机理,将注浆锚杆简化为作用于圈岩的一种体积力,并将注浆作用看作为对围岩力学性能的改善,从而建立了锚注支护计算的力学模型.依据围岩流变特性的试验结果,选择了一个合适的流变模型.最后应用粘弹性理论,分析了对具有流变特性围岩,锚注支护在维护其稳定性方面的作用.计算结果表明,锚注支护对维护流变性围岩稳定的效果显著.     

均匀单轴压应力场下岩石的力学性质

为了研究在均匀压应力场下岩石的力学性质,制作了中等壁厚的环形岩石试件,该试件在承受均布外压时,其内壁处于均匀单轴压应力状态,且内壁的应变可直接量测。控制试件的壁厚,内壁的应力可在一定的误差范围内由静力平衡条件求得。试验在自行研制的中壁圆环抗压试验机上进行,结果表明:在均匀压应力场下,岩石的应力——应变曲线无明显的峰后段,且其强度高于常规单轴抗压强度并具有较小的变异系数。     

考虑围岩松动圈支护体影响的深埋圆形隧道衬砌优化设计

首先考虑围岩松动圈支护体的影响,在完全接触条件下,根据弹塑性力学理论,推导出深埋圆形隧道每层衬砌切向应力和径向应力分量的解析解;然后根据混凝土和围岩材料受力状态的不同,选用不同的破坏准则,引入功能梯度材料思想,构建了不同弹性模量双层混凝土圆形衬砌优化设计的目标函数,即当目标函数为最小值时,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ层结构同时接近或达到预设破坏状态,在设计上才最为合理;最后对衬砌材料的弹性模量和衬砌厚度分别进行了优化设计.算例分析表明:(1)随着围岩应力的增大,E2/E1和E2/E3都减小.在相同大小的围岩应力作用下,总有E2/E1＜E2/E3,故而建议设计时Ⅰ层衬砌的弹性模量应大于围岩松动圈支护体的弹性模量.(2)随着围岩应力的增大,Ⅰ层衬砌的厚度增大.在相同大小的围岩应力作用下,当E2/E1＞E2/E3时所求得的Ⅰ层衬砌最优厚度总是小于E2/E1＜E2/E3时所求得的Ⅰ层衬砌厚度,故而可通过改变Ⅰ层衬砌和围岩松动圈支护体的弹性模量相对大小来调整Ⅰ、Ⅱ层衬砌的厚度.     

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。     

软硬互层隧道稳定性分析及初期支护优化

采用ANSYS非线性接触分析方法,考虑层理效应并应用于重庆四面山隧道V级砂泥互层段进行围岩稳定性分析及初期支护优化.研究表明:隧道开挖后拱顶下沉值为水平收敛值1.5~2.0倍,拱肩处锚杆受力较拱顶处大,拱腰及拱脚处锚杆几乎不受力;根据水平软硬互层隧道开挖后围岩变形及支护受力特点,优化锚杆支护,得出砂泥互层施工段可将与岩层夹角小于35°范围的锚杆取消.在原有方案及优化方案施工段进行现场测试,结果显示模拟及优化数值与测试值基本符合.研究成果可在类似隧道施工中推广应用.     

Application of support vector machine in the prediction of mechanical property of steel materials

The investigation of the influences of important parameters including steel chemical composition and hot rolling parameters on the mechanical properties of steel is a key for the systems that are used to predict mechanical properties. To improve the prediction accuracy, support vector machine was used to predict the mechanical properties of hot-rolled plain carbon steel Q235B. Support vector machine is a novel machine learning method, which is a powerful tool used to solve the problem characterized by small sample, nonlinearity, and high dimension with a good generalization performance. On the basis of the data collected from the supervisor of hot-rolling process, the support vector regression algorithm was used to build prediction models, and the off-line simulation indicates that predicted and measured results are in good agreement.     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

热力耦合作用下圆形水工隧洞围岩弹塑性解析解

为研究圆形水工隧洞围岩弹塑性区受力特点,基于Mogi-Coulomb强度准则和弹塑性理论,考虑温度和衬砌结构的影响,推导热力耦合作用下水工隧洞围岩应力、洞壁位移和围岩塑性区半径的解析解。依托新疆某高地温水工隧洞工程进行计算分析,对中间主应力系数、温度、混凝土强度、衬砌厚度和围岩应力分布及塑性区半径间的关系展开参数分析。结果表明：温度变化产生的拉应力会使衬砌结构对围岩支反力减小,围岩塑性区半径和洞壁位移有所增大,隧洞岩体稳定性变差;中间主应力系数b对岩体强度影响较大,b=0.5时围岩塑性区半径明显小于不考虑中间主应力时的塑性区半径;提高混凝土强度和增加衬砌厚度在初始阶段都能明显限制围岩塑性区发展,虽后续效果都不佳,但增大衬砌厚度更能限制围岩塑性区发展。     

硫酸盐侵蚀环境下隧道结构损伤机制及力学性能演化规律

采用现场调查和室内人工环境模拟试验相结合的方法,针对硫酸盐侵蚀环境下隧道衬砌结构损伤机制及其力学性能演化规律进行研究.结果表明:隧道衬砌结构损伤受赋存环境、结构特点、防水能力以及材料本身质量等因素的综合影响,主要损伤形式可分为结构开裂剥落、渗漏滤析(结晶)和腐蚀变质3种,对应的损伤机制分别为结晶侵蚀性物理损伤、溶蚀性化学损伤以及综合型损伤3类.随着侵蚀时间的延长,隧道衬砌混凝土表面结晶面积、剥落程度、裂缝宽度均表现为发散型二次曲线特征;衬砌结构变形、内力均随之增大,结构刚度整体下降,承载能力呈抛物线形式衰减.     

全断面硬岩隧道掘进机隧洞钢拱架支护现场试验的力学性能及稳定性判断

以北疆供水二期KS隧洞工程为依托,通过实时监测钢拱架内外翼缘应力并分析其分布特征和变化规律,利用材料力学原理计算钢拱架轴力和弯矩,结合钢拱架稳定性判断流程分析其安全等级,研究结果表明,钢拱架整体表现为受压状态,同一测点处内侧应力普遍大于外侧应力,钢拱架应力最大值为50.88 MPa,位于边墙处。钢拱架轴力均为负值,表现为受压状态,最大值为-94.25 kN,位于边墙处。钢拱架弯矩自上而下逐步由负值变为正值,最大值为3.22 kN.m,位于拱肩处,稳定后除边墙外弯矩均为负值。通过钢拱架稳定性判断拱顶处稳定性等级为安全,拱肩、拱腰和边墙处为基本安全,施工中应加强观测,减少安全事故的发生。