考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

公路偏压隧道开挖及支护的数值模拟研究

在查明隧道围岩工程地质条件的基础上,运用有限元研究了公路隧道开挖与支护过程中的应力、位移及塑性区的分布规律。结果表明,锚喷支护对于控制围岩拱顶和底鼓的变形作用明显,拱顶竖向位移在施作锚喷支护后增幅明显减小,在二次衬砌施作之前趋于稳定;隧道稳定性最不利位置在拱顶、拱腰和底部,建议设计时适当增加锚杆的数量,施工时要加强初期支护并控制好喷射混凝土的厚度,防止过大的回弹变形。     

黄土隧道围岩局部浸水静力特征分析

我国西北地区湿陷性黄土分布广泛,由于其具有孔隙大,强度低等性质,导致黄土隧道修建时面临极大的困难与挑战。为了深入研究黄土隧道围岩局部浸水后对隧道结构稳定性的影响,本文依托定西锦屏隧道,借助Midas/GTS建立隧道模型,分别针对正常开挖后和局部浸水两种工况进行对比分析。研究局部浸水后黄土隧道围岩和衬砌结构的变形规律和力学特征。结果显示：正常开挖与浸水后,围岩最大沉降值均出现在隧道拱顶,开挖后最大沉降值为9.60mm,局部浸水后围岩最大沉降量增大到13.18mm;隧道开挖后围岩最大主应力为59kPa,浸水后,围岩最大主应力出现在拱顶与仰拱处,最大值为89kPa。黄土隧道围岩局部浸水后,衬砌结构的最大压应力为5.06MPa,最大拉应力2.08MPa。最大压应力只达到设计强度的42%,最大拉应力超过抗拉设计强度。     

黄土隧道施工的监测与信息化施工

黄土隧道围岩应力和变形具有多变的特点,采取量测手段,跟踪掌握围岩应力和变形,及时调整支护参数,是黄土隧道施工技术工作的一项重要内容。隧道施工和监控量测工作要放在首要位置,准确掌握围岩沉降、收敛规律以及支护压力,便于及时调整施工参数。同时也为二次衬砌施作时间提供了准确的信息依据。本文介绍了黄土隧道施工监测的目的和常用的监测方法,并通过实例说明监测和信息化施工的重要性。     

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。     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

黄土公路隧道衬砌开裂分析

衬砌开裂是黄土公路隧道普遍存在的病害。为了预防和处治衬砌开裂,保证黄土隧道结构的长期稳定性,针对甘肃省榆中县新庄岭黄土公路隧道衬砌开裂的病害特征,运用数值仿真、实测等手段分析了病害产生的机理和原因。结果表明,黄土浸水导致土体强度降低、变形增大,从而增大了围岩塑性区范围和变形压力,恶化了衬砌结构受力状况,使衬砌结构拱顶内侧及拱脚外侧被拉裂,进而使拱脚内侧被压裂。根据隧道病害状况,提出了采用环氧树脂嵌补及凿槽嵌入钢拱架法处治衬砌开裂的建议,为分析和处治黄土公路隧道衬砌开裂提供了依据。     

大跨度公路隧道长期稳定性数值模拟

采用FLAC软件,应用黏弹性理论,对韩家岭大跨度公路隧道开挖进行了蠕变效应模拟,并对其长期稳定性进行分析.计算结果表明,隧道开挖完成后围岩变形将经历较长一段时间的蠕变变形期后逐渐趋于稳定,拱顶蠕变效应最大,其次为拱脚→底板→墙腰,这与现场实测结果相一致,说明拱顶处不仅应作为大跨度公路隧道开挖过程分析时的重点,也应作为长期蠕变分析时的重点.所得计算结果和有关结论弥补了我国在大跨度隧道分析方面的空白,可为隧道设计及施工提供重要参考.     

特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应

为探明特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩时空效应规律,进而为类似隧道工程提供系统性借鉴,通过现场监控量测及大数据回归分析方法研究特大断面砂质板岩隧道Ⅴ级围岩变形时空效应。结果表明:隧道开挖,施做初期支护后,拱顶沉降及洞室围岩水平收敛过程分为3个阶段,分别为急剧变形阶段、缓慢变形阶段、稳定阶段;隧道开挖,施做初期支护25 d后,是施做二次衬砌最佳时机;隧道结构体系与掌子面空间距离约3倍洞径时,是施做二次衬砌最佳时机,且Ⅴ级围岩二衬距离掌子面距离不应大于50 m。     

梅花山隧道新奥法施工围岩变形监测研究

监控量测是隧道新奥法施工的重要组成要素之一。基于梅花山隧道新奥法施工实际,对该隧道监控量测方案进行了设计,结合隧道围岩变形典型代表性断面监测数据,进行数学回归分析;采用速率和累计位移双重控制标准探讨了梅花山隧道围岩二次衬砌合理施作时机,以确保隧道施工安全。     

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。     

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.     

黄土公路隧道受力特性测试

为了解黄土公路隧道围岩压力及衬砌受力的特性,通过对青土岘隧道的现场测试,研究了一次衬砌和仰拱围岩压力、格栅拱架钢筋轴力、一次衬砌和二次衬砌接触压力以及仰拱和二次衬砌混凝土的应力应变随时间变化规律及分布特性.结果表明,围岩与一次衬砌接触压力分布不均匀,边墙底部表现出了较大压力,格栅拱架钢筋轴力稳定较快且全部受压,二次衬砌和仰拱承受较小的荷载.     

基于修正西原模型与Lade-Duncan准则的隧道围岩蠕变效应研究

为探究软岩隧道围岩变形的蠕变时效性,采用非定常黏滞体对西原模型进行修正。基于Lade-Duncan准则,分析了围岩黏弹性和塑性阶段隧道围岩变形过程,推导得到了隧道围岩黏弹塑性解。以某高速公路隧道为工程研究对象,计算了蠕变时效过程的围岩位移值;并通过现场拱顶沉降监测的方法,实测了隧道围岩的蠕变变形,通过对比理论计算值与现场实测值,验证了理论计算的准确性。理论计算显示,当t=0时,隧道围岩将发生蠕变现象,此时围岩位移值为17.890 mm;当t为常数时,围岩位移随着时间的变化逐渐增大;当t=∞时围岩发生充分蠕变,围岩位移达到极值为26.451 mm。现场监测结果显示,围岩变形第一次稳定拱顶累计变形为19.1 mm,此后进入蠕变阶段,达到第二次稳定拱顶累计变形为29.3 mm。初始蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为6.76%,最终蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为10.77%,两者误差较小,反映了理论计算具有较高的准确度。在理论层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了47.85%;在实际层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了53.4%,皆反映了蠕变效应举足轻重的作用。由此可见,对于软岩隧道在进行支护设计时,必须考虑蠕变效应,避免因后期围岩蠕变效应导致初支失效进而影响隧道的整体稳定性。     

流变荷载试验曲线的模型识别及其应用

基于粘弹性理论,建立了流变荷载试验的Maxwell、广义Kelvin和Burgers3种流变模型的位移反演模式,并给出了根据现场试验流变曲线进行流变模型识别的简便方法。分析了岩体流变荷载试验曲线,给出了能反映试验区域内岩体变形规律的最佳流变模型,反演获得了试验区域内岩体的瞬时弹性模量、长期弹性模量、粘弹性模量和粘弹性系数。结果表明,描述试验点岩体在不同荷载级别情况下的最佳流变模型均为广义Kelvin模型,但其弹性模量有所差异,其量值范围为4194～5235MPa,平均弹性模量为4900.316MPa;平均长期弹性模量为3081.65MPa。计算表明所建立的反演公式是正确的,模型及参数识别过程简便、实用。     

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．     

近水平沉积岩层公路隧道围岩变形特征研究

根据广元至巴中高速公路某隧道左线近水平沉积岩层周边收敛和拱顶下沉的观测数据,按照围岩级别和达到收敛位移总变形80%和90%的时间,通过对Ⅳ、Ⅴ级围岩段典型监测断面初期变形数据的数理统计和分析,得出了该隧道近水平沉积岩层围岩的变形特征和回归方程,并据此算出了与现场吻合程度较好的该隧道近水平沉积岩岩层隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩总收敛的均值及满足二次衬砌要求的时间均值.最后介绍了位移加速度判据在评价该类隧道围岩稳定性和确定隧道二次衬砌施工时间的应用.     

隧道提前施作二次衬砌分析

以在建兰渝铁路线板岩隧道的工程背景,面对在施工中大部分板岩隧道均不同程度地发生了大变形,出现了较长段落的初期支护拆换的问题。着重对有关专家提出的通过提前施作二次衬砌(二衬施作时机为双线2mm/d、单线1mm/d)来控制大变形的标准进行了论证,探讨了隧道提前施作二次衬砌的可行性和正确性。     

高坡冲隧道塌方处理

对高坡冲隧道塌方的原因进行了调查分析,针对现场塌方的实际情况,塌方处理分2步进行：首先对受塌方影响的初期衬砌裂缝地段进行加固,及时施作二次衬砌;其次是对塌方体进行抢险处理。在现场把握情况的基础上认真研究处理塌方对策,认真制定处理坍方的步骤、方法及预防坍方的施工措施。公路软弱围岩段隧道施工必须早封闭成环及紧跟二次衬砌,使其与初期衬砌共同参与受力。