高地应力深埋隧道开挖扰动规律

以颗粒离散元理论为基础,建立不同应力场作用下的大尺度深埋隧道模型,从开挖过程中的能量转换规律、应力波传播衰减规律及应力重分布规律等角度研究构造应力场对双线硬岩隧道的影响。结果表明:隧道瞬时开挖后,围岩系统的应变能、动能及耗散能均存在三阶段演化规律。侧压力系数越大,围岩受到的扰动越剧烈;侧压力系数小于1时,拱顶、拱底由于处于应力松弛区,无扰动波产生;拱腰处于应力加载区,卸荷后期会产生同向的第二峰值扰动波;侧压力系数为1时,无明显扰动波产生;侧压力系数大于1时,扰动波产生位置为拱顶、拱底处,且扰动波的方向与卸载波相反;应力卸荷过程可以分为剧烈扰动、卸荷调整以及卸荷完成3个阶段。     

高地应力区深埋隧道三维应力场数值模拟

结合高地应力区某深埋隧道工程,通过三维弹塑性有限元数值模拟,分析隧道掌子面推进过程中的围岩空间应力场状态和演化趋势.结果表明:当掌子面接近和通过某一断面时,围岩主应力大小和方向发生相应的变化.隧道开挖对平面σx、σy的主要影响范围约为0.5B,对围岩空间主应力和剪应力的影响范围约1.0B,对围岩位移和屈服接近度的影响范围分别为2.0B和1.0B.对高地应力区深埋隧道围岩稳定性分析、确定合理的支护措施以及制定合理的开挖方案具有重要的意义.     

蓝家岩隧道初始地应力测量及应用

为指导蓝家岩隧道变形预测、合理选择支护参数、安全施工,本文简要介绍了应力解除法测量地应力的基本原理及试验步骤,采用空心包体套孔应力解除法对不同埋深隧道现场地应力实测,通过对钻孔应力解除测试结果分析,得出该隧道部分区间的地应力分布规律:蓝家岩隧道为高地应力隧道,最大主应力方向与隧道轴向垂直,不利于隧道稳定。最大水平主应力方向与岩层走向基本一致,最小水平主应力方向与岩层倾向基本一致。采用Hoek公式预测变形,优化软弱围岩大变形的控制措施,选择合理的支护参数,确保安全施工。     

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。     

大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策

本文以乐西高速大凉山2号隧道工程为依托,对大凉山地区深埋高地应力公路隧道岩爆机理及防治对策进行研究。从深埋隧道岩爆孕育力学角度出发,结合能量及应力条件,运用有限元分析软件MIDAS-GTS-NX分别建立隧道在不同埋深、进深及断面形状的三维有限元模型,对围岩应力特征进行比较分析。研究结果表明：从力学角度来看,岩爆的孕育过程是由弹性转换为塑性,并发生在塑性岩体中,周围弹性岩体负责为其提供能量,围岩储存的能量和开挖导致的应力集中分别是岩爆发生的根本条件和触发条件;隧道埋深、进深以及断面形状是影响隧道岩爆的重要因素,其中埋深对其影响最为明显,围岩最大主应力与隧道埋深、开挖进深及断面大小呈正相关性;隧道埋深在600 m左右时,围岩最大主应力达到45.90 MPa。根据强度应力比法,结合施工钻孔取芯参数,最终结果表明大凉山隧道属于极高地应力区,具有发生岩爆的风险,施工时应当采取相关防范措施。     

破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学效应研究

以某高速公路连拱隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学响应特征,并分析加固措施和开挖顺序对隧道围岩和结构应力与位移的影响规律。研究结果表明,偏压连拱隧道围岩水平和竖向位移均呈非对称分布,斜坡左上方为水平位移敏感区,拱顶和隧底竖向位移分别表现为沉降和隆起;中墙墙脚处出现水平应力集中现象,深埋侧中墙墙身受偏压作用显著,加固围岩可降低中墙墙身应力约16%以上,而先开挖深埋侧隧道会引起中墙墙身竖向应力增加达22%;初期支护结构位移呈非对称曲线分布,拱脚位置水平位移较大,左右两侧位移方向相反;从控制围岩和支护结构位移角度,采取斜坡与隧底破碎围岩注浆加固措施后处治效果显著,且宜优先进行地形偏压浅埋侧隧道施工。研究成果可为类似地质地形条件的偏压隧道设计与施工提供科学参考。     

高速公路隧道新奥法施工监控量测

隧道采用新奥法原理施工时,利用围岩周边变形和拱顶下沉量的观测值可对隧道周边岩体内的应力动态过程及发展趋势、围岩稳定性以及支护的合理性进行监控,这对安全施工及保证工程质量具有重要作用.通过对崇遵高速公路风梅垭隧道的实时监控,研究了隧道围岩的稳定状况,实时确定了合理的二次衬砌施工时间,成功避免了施工中重大事故的发生,确保了隧道施工安全和质量,对隧道施工具有指导意义.     

浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

流固耦合作用下富水深埋隧道帷幕注浆力学模型

富水隧道的施工中往往采用帷幕注浆法对围岩进行堵水加固,需准确获取富水深埋隧道帷幕注浆法加固后隧道围岩的位移场与应力场大小;基于流固耦合理论,建立隧道注浆帷幕力学模型,推导了围岩位移与有效应力的解析式;以大瑞铁路某富水深埋隧道为工程背景,采用建立的力学模型计算了6种加固方案,并分析了围岩剪切模量和弹性系数对位移场与应力场变化的影响;通过与有限元数值模拟结果以及现场监测结果对比,验证所建立力学模型的准确性。研究结果表明：所建立的力学模型可较为准确地计算帷幕注浆法施工的隧道围岩位移与有效应力;较大的剪切模量和弹性系数可抑制围岩位移,但会增大围岩的径向和环向有效应力。     

深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围研究

为揭示深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围,基于复变理论及经典弹塑性理论,结合M-C屈服准则,提出了一种准确预测围岩压力拱内、外边界的方法,并通过数值计算验证了预测方法的正确性.在验证预测结果正确的基础上,研究了隧道埋深、侧压力系数和围岩条件3个主要因素对围岩压力拱范围的敏感性.研究结果表明:1)软弱松散岩体中深埋圆形毛洞隧道上半部分是施工的关键,施工时应考虑对隧道拱顶120°范围内采取适当的超前支护手段,以确保隧道施工安全;2)围岩条件较差时,隧道施工促使周边围岩松动区贯通,必要时建议采取全断面超前注浆加固措施,以防止围岩松动区进一步发展.研究理论为判定毛洞隧道周围松动区是否贯通和确定隧道超前支护的位置及范围提供参考.     

小秦岭井巷工程岩爆控制试验

 有岩爆倾向岩石遇到较高的支承压力时常发生岩爆.为了控制岩爆,依据支承压力分布规律,借助钻孔受压变形释放部分集中应力,并借助爆破震动引起支承压力峰值向岩体深部转移而增加减压区的承载能力.现场爆破试验得到了巷道、马头门和竖井掘进的岩爆控制施工参数及防范卡钻的措施.试验表明：超深钻孔与掘进进尺的比例达到2~3时可成功控制掘进端面的岩爆,呈三角形布置超深钻孔可成功控制巷道、马头门及竖井掘进的端面岩爆,间隔1.5~2.5m布置深2.0~3.0m的震动炮孔可以成功控制巷道帮墙或竖井井壁的岩爆,光面爆破或台阶光面爆破成巷并临时锚杆支护码头门能避免冒顶或片帮.     

灵宝县豫灵镇万米平洞岩爆控制试验

  豫灵镇10000m深平洞,在埋深超过800m、巷道穿越灰白色大理岩或灰岩时常发生岩爆事故。为了控制岩爆,依据巷道地压分布规律,借助爆破震动,引起巷道两帮和端面前方的应力峰值向岩体深部转移,释放部分集中应力,增强减压区的承载能力。本文通过现场最大超深比、最小超深比与最多超深孔数、最少超深孔数的正交爆破试验,得出呈三角形布置3个超深达到掘进循环进尺1.2~2倍的辅助眼可成功控制3400mm×3000mm巷道端面的岩爆。在巷道腰墙处离底面1.8~2.0m沿走向每间隔1.0、1.5、2.0m分别布置深2.0m的震动炮眼。试验表明,沿走向间隔不大于2.0m布置震动炮眼,可成功控制巷道两帮岩爆;如果震动炮眼间距偏小,可能在帮墙上产生爆破震动裂纹。     

高速公路对输水隧洞稳定性影响的分析与评价

在现场地质调查、大量试验的基础上,从理论上评价了丹本高速公路直接交叉覆盖段隧洞的岩体质量、水文地质条件的变化、爆破施工对隧洞的稳定性影响以及对隧洞围岩在三种不同受荷状态下的应力场与位移场进行了对比分析。评价结果表明：丹本高速公路的修建,不会影响其下覆输水隧洞的安全运行。目前隧洞中局部存在小的掉块、塌落、渗水现象,其原因是由于岩体本身结构、岩体风化结果造成的。覆盖段的洞室岩体整体上是基本稳定的。     

会泽铅锌矿深部矿区巷道围岩稳定性研究

会泽铅锌矿开采已经进入深部矿段,"三高"特征日益严重.基于对已有资料分析及野外调查,对1031矿段原岩分析研究,对矿段揭露岩层进行综合分类,得出原岩特征.通过原位测试,得出原岩力学参数,运用FLAC3D对巷道围岩进行稳定性分析计算,计算结果表明巷道开挖之后,应力重新分布,出现应力集中现象,其中水平应力于边墙中点处达到最大值,竖直应力分别于底板中点及顶拱处达到最大值.岩体的抗压强度大于岩层模拟的最大压应力,说明巷道开挖之后是稳定的,只有局部需要支护,符合实际开挖情况.     

软岩圆形隧洞衬砌支护时机现场变形监测判据研究

结合软岩的应变软化力学特性,将隧道围岩状态分为弹性区、塑性区和松动区,采用非静水压力的柱状孔扩张与芬纳理论,推导圆形隧洞非静水压力下塑性区、松动区最大半径的求解公式,并结合实际工程经验建立了隧洞顶拱变形与塑性区、松动区半径大小的关系式,在此基础上结合衬砌提前施作的工程实际,提出了衬砌施作时机的收敛变形监测判据。该方法已在新疆引额济乌顶山隧洞施工、设计中得到了应用并取得了较好效果。     

电场中不均匀导电媒质的电荷分布及其应用

利用高斯定理和电荷守恒原理,求得电场中不均匀导电媒质的电荷分布规律,发现电荷分布与电场强度大小和方向及媒质的不均匀性有关,与初始条件无关,而且稳定电场和似稳电场中电荷分布是相同的。应用所得理论结果,对裸眼井井壁的面电荷分布和地层冲洗带内的体电荷分布情况作了初步的探讨。     

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．     

TSP技术在引水隧洞超前预报中的应用

TSP技术是隧道施工中一项常用的超前地质探测技术。在隧道工程中,为了能够高效且安全地进行施工,采用TSP超前预报技术探测隧道周边及掌子面前方未开挖的岩体及其状态,为隧道施工提供更多的信息和依据,确保施工安全顺利地进行。以新疆某输水隧道工程为依托,针对TSP技术在隧道围岩地质预报中的应用进行分析,并且进行数据采集及成果编译,最后在实际开挖中揭露真实的围岩情况,验证TSP技术的准确性和可靠性,为TSP技术在实际隧道中的应用提供借鉴作用。