隐伏富水溶洞对隧道围岩稳定性影响分析： 以云南云盘山隧道为例

为研究岩溶隧道开挖过程中隐伏充水溶洞引起的围岩稳定性问题,依托云南营盘山隧道工程,以溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距三种因素为研究对象,结合新型的三维雷达探测技术,并采用PLAXIS 3D进行数值模拟,分析了隧道各监测点位移、应力场的变化规律和影响效应。研究结果表明：隧道开挖会使应力场发生变化,隧道拱顶、拱腰处的围岩以压应力为主,隧道仰拱下方的围岩以拉应力为主,各部分的应力变化也是导致围岩向隧道内扩张的主要原因;单一变量下,隧道半径为5 m时,位移、应力的变化最大,溶腔内水压增加至500 kN/m2时,位移、应力所受影响最大,溶洞与隧道的净距达到3 m时,位移、应力场变化尤为明显;围岩稳定性对溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距的敏感程度存在差异,大小为隧道与溶洞净距＞溶腔水压＞溶洞尺寸,可为相似工程的安全施工提供参考。     

隐伏溶洞影响下隧道开挖稳定性数值模拟

隐伏溶洞是引起隧道围岩失稳甚至塌方的常见不良地质之一,为分析其对隧道开挖稳定性的影响,采用FLAC3D有限差分法和现场监测手段,探讨了隐伏溶洞尺寸、溶洞与隧道净距及溶洞位置对隧道开挖过程中围岩应力场、应变场及隧道变形的影响规律。研究表明：①围岩最大剪应力与最大剪应变增量均随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）,塑性区集中于隧道-溶洞中间岩柱;②隧道变形时程曲线呈“S”形,隧道变形随溶洞尺寸增大而增大（随净距增大而减小）;③当溶洞直径大于0.6倍隧道宽度,且与隧道净距小于0.6倍隧道宽度时,隐伏溶洞对围岩塑性区和隧道变形具有明显影响,且隧道侧部溶洞对隧道稳定性最为不利;④建议岩溶隧道工程采用动态化设计、施工及监测,并采用综合超前地质预报探明实时地质情况。     

隧道与前方大型溶洞应力集中叠加效应

在陆家寨岩溶隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,施工过程中接近溶腔段围岩变形较大且伴随围岩块体脱落,给隧道施工带来极大的安全隐患。基于深埋球形洞室的弹塑性二次应力分布,结合新奥法隧道施工理念,利用FLAC3D模拟隧道开挖接近并进入大型溶洞的过程。在自重应力场下分析不同大小的球形洞室周围应力场对隧道围岩变形的影响。结果表明:球形洞室会在周围形成中心半径为1. 5倍洞室半径的应力集中带;隧道开挖接近应力集中带时,将引起隧道前方应力集中区与溶洞应力集中带的叠加;随着隧道继续开挖,叠加效应在下一个进尺完成后失效;分布在隧道两侧围岩,该叠加再分散的过程会造成拱顶、拱肩的变形增大,影响隧道开挖的安全。研究为中国岩溶隧道的建设有重要的参考和借鉴价值。     

溶洞影响下隧道围岩变形规律探讨

运用大小、位置不同溶洞对隧道围岩变形影响的数值模拟实验成果,通过对比分析隧道围岩正常变形特性,与溶洞影响下隧道围岩变形特性的差异,总结溶洞影响隧道围岩变形规律。通过位移监控量测,为预测开挖中未揭露的溶洞提供辅助判据。     

隧道前方溶洞对盾构机掘进影响分析

城市岩溶地质对盾构施工易造成盾构机陷落、故障,溶洞坍塌;针对盾构掘进前方隧道范围内溶洞对施工影响这一问题,依托大连地铁5号线后后区间工程,基于理论分析和MIDAS GTS数值模拟试验,以地表沉降、洞周变形、塑性区作为分析指标,选取溶洞尺寸、溶洞充填情况作为分析工况,盾构掘进至溶洞距离作为变量,结合溶洞预处理后与处理前对比分析。研究结果表明：不同溶洞尺寸和不同填充物对洞顶上方和地表竖向变形影响不大;当掘进施工靠近溶洞时,洞腰水平变形和靠近掘进面的临空面纵向变形呈现非线性增长且与溶洞大小相关;掘进面与溶洞之间塑性区贯通距离与溶洞大小呈近线性关系,理论计算结果与数值模拟结果较为一致;处理后的溶洞变形得到有效控制,数值模拟结果与实测数据接近。研究结果为岩溶识别处理和施工提供参考。     

多溶洞超大断面隧道围岩应力解析

为探究多溶洞超大断面围岩稳定性,利用复变函数与积分变换,基于弹性理论的平衡微分方程和相容方程,推导出多溶洞超大断面隧道洞室任意点围岩应力分量的解析解,并利用有限元软件Midas GTS/NX验证解析解的正确性.结果表明:解析法与数值模拟的结果接近,验证了本文解析法的可行性与准确性;围岩应力受到洞室埋深、洞室尺寸、洞周荷...     

深埋隧道前方承压溶洞隔水岩体最小安全厚度研究

针对深埋隧道掌子面前方承压溶洞突水问题,采用COMSOL数值模拟分析方法,模拟深埋岩溶隧道开挖和突水过程.研究隧道开挖过程中围岩渗流场信息变化规律和塑性区分布特征,结合掌子面主应力差和最大水平位移的变化,提出隔水岩体最小安全厚度确定方法,并通过与模型试验对比,验证数值模拟结果的有效性.分析溶洞直径、溶洞水压、隧道埋深和...     

围岩物性参数对小净距隧道稳定性的影响

数值仿真模拟研究的关键是数值模型的建立和围岩物理力学参数的选取。以京福高速公路小净距隧道为例,结合现行规范和有关文献,对Ⅳ级围岩物理力学参数进行了细化和分组,通过数值模拟分析,以研究围岩物性参数对小净距隧道稳定性的影响。所得结论对小净距隧道稳定性分析、施工和支护设计具有指导意义。     

隐伏溶洞隧道围岩稳定性数值分析与围岩变形动态监测

以闭寨隧道为工程背景,用Midas GTS软件对施工过程进行数值模拟,并将数值模拟结果与现场测量结果进行比较分析。结果表明:开挖断面在经过溶洞的过程中,围岩位移增加较大,其中水平收敛位移增量最大,存在溶洞断面的水平位移是没有溶洞断面的2倍左右;溶洞左侧与隧道右侧塑性区基本连通,二者所夹围岩稳定性差;数值模拟与现场监控量测所得的围岩变形规律基本一致,所得结果可以有效地指导施工。     

万家寨引黄工程TBM施工隧洞溶洞处理技术探讨

在长隧洞施工中使用掘进机（简称TBM）具有诸多优点，但在岩溶洞段溶洞的处理是个十分棘手的问题，还没有较成熟的技术和经验，一般在掘进过程中先临时加固，待通过后再进行永久加固处理。介绍了引黄工程国际Ⅰ、Ⅱ标段岩溶段的技术处理方法。     

隧道与溶洞间复合围岩抗水压能力数值模拟研究

针对平行导洞扩挖施工导致隧道与溶洞间围岩安全厚度不足问题,将围岩与注浆结石体、衬砌结构与注浆结石体视为复合围岩,采用岩石真实破裂过程分析软件（Rock Failure Process Analysis, RFPA）软件对复合围岩破裂突水演化过程进行数值模拟,探讨了不同厚度和类型复合围岩的抗水压能力。结果表明：复合围岩破坏分为外层注浆结石体破坏和内层围岩破坏两个阶段;围岩、注浆结石体厚度越大,复合围岩抗水压能力越高;施作初期支护和二次衬砌将显著提升复合围岩抗水压能力,当二次衬砌厚度为1.2 m时,抗水压能力可提高至4.44 MPa,为新圆梁山隧道穿越2#溶洞施工合理选择临时二次衬砌参数提供依据。     

岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术

采用现场调查、模拟实验、理论分析与现场监测相结合的研究方法,对圆梁山隧道岩溶突水特征及突水机理进行了系统研究,揭示了隧道岩溶突水是受岩溶充填物、水压与隧道围岩塑性区范围等因素影响的渐进破坏过程.针对圆梁山隧道揭露的5个岩溶,分别制定了有效防治岩溶突水的关键技术对策.     

分部开挖法施工隧道中隔壁优化研究

针对大跨度公路隧道施工采用分部开挖法时,其临时支撑施工速度慢、加工困难等问题,以G312线清水驿至傅家窑公路隧道为依托,将弧形中隔壁替换为竖直中隔壁,采用MIDAS GTS软件分别对两种中隔壁进行对比分析,并结合现场实测数据对数值模拟结果进行验证.研究相同结构不同材料强度中隔壁对大跨度隧道施工的变形及受力影响情况.结果表明：(1)两种中隔壁支护均能满足施工稳定性要求,竖直中隔壁的竖向应力相比弧形中隔壁增大了97.16%,采用竖直中隔壁时隧道围岩和中隔壁的位移变形相比弧形中隔壁更小;(2)对比大跨度隧道施工中分别采用I18和I22b两种不同型号的竖直中隔壁,得到采用I22b钢架的中隔壁产生的最大应力能降低23.09%.     

叙大铁路某隧道溶洞超前预报及处理技术研究

跟随叙大铁路尹家岩隧道开挖,对其做了超前预报。当隧道开挖至DK70+551,在其后方出现一大型溶洞,分析了该溶洞的形态特征、岩性、水文地质等情况,提出了换填+护墙、改线和桥梁跨越3个方案,从工期、投资、技术条件、施工难易程度等进行比较,决定采用换填+护墙处理方案进行整治。     

牛湖山大断面公路隧道稳定性数值分析

牛湖山隧道位于惠深高速公路，为双向六车道分离式隧道，设计拟定开挖方式为双侧壁导坑．为了验证设计的开挖方式是否合理可行，选取隧道右线洞口段一典型横断面，运用FLAC2D建立数值计算模型，分析了隧道开挖且支护后最终的围岩位移、应力以及初期支护内力，确定了双侧壁导坑是适合该类地质条件下大断面隧道的开挖施工方法，为以后类似的大跨度隧道的设计和施工提供了参考．     

岩溶洞穴对隧道的稳定性影响及处理措施

213国道川主寺隧道全长500 m,开挖过程中出现多处岩溶洞穴。采用FLAC3D三维离散元模拟软件分析岩溶洞穴不同出露位置对隧道稳定性的影响,根据分析结果调整开挖方式,对洞石关键部位出现的岩溶洞穴进行加固处理。由加固段监测资料得出该段在经过略微变形后趋于稳定达到了预期效果。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟

运用相似模型试验和数值分析手段对石灰岩地区公路隧道在全断面开挖过程中 ,隧道周边不同溶洞分布对隧道围岩变形特性的影响进行了系统的研究 ,模型实验结果与三维动态开挖过程的数值模拟结果较为吻合 .研究结果表明 :有溶洞的围岩在开挖前有较大的前期变形 ,溶洞引起的隧道围岩变形主要发生在分布有溶洞的断面开挖前和开挖瞬间 ;位于隧道顶部附近的溶洞对拱顶下沉位移的影响大于侧壁位移的影响 ;位于隧道侧面的溶洞主要引起隧道的整体侧向位移 ,使隧道处于偏压状态 ;隧道底部的溶洞对隧道的顶部和侧壁径向位移的影响较小