高地应力软岩隧道大变形控制方案现场试验

为了研究高地应力条件下隧道软弱围岩的变形破坏机制,探索适用于高地应力条件下的软岩隧道大变形控制技术,基于宝汉(宝鸡—汉中)高速某高地应力软岩隧道工程,提出了“双层H形钢拱架”初期支护和“原位应力释放+双层H形钢拱架”初期支护2种建设方案,并通过现场试验的方法对比分析2种方案的控制效果。结果表明：“双层H形钢拱架”方案优于“原位应力释放+双层H形钢拱架”初期支护方案,后者对围岩的扰动较大,在围岩松散破碎条件下,优先选用“双层H形钢拱架”方案,但在地应力极高的条件下,采用“原位应力释放+双层H形钢拱架”方案更合适。采用双层初期支护方案,可降低围岩损伤。此外,支护施工中应合理确定预留变形量,宁超勿欠,以保证拱架支护效果。     

高地应力软岩隧道内层的初期支护施作时机

高地应力软岩隧道由于变形持续时间长、变形量大,隧道初期支护多采用双层结构。如果内层初期支护施作过早,支护结构承受形变压力会过大,容易导致支护开裂失效,如果施做太迟则围岩容易失稳。因此,确定内层初期支护合理施作时机十分重要。依托渭武高速公路木寨岭隧道2号斜井工程,采用现场监测和数值模拟相结合的方法对隧道内层初期支护合理施作时机进行研究。结果表明,在2号斜井的围岩条件下,上台阶外层钢架施作7.2~14.4米（6~12榀）间施作内层初期支护最合理。     

软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征

为解软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征,以宜巴高速公路卧佛山隧道实体工程为依托,选取2个典型断面开展现场测试工作,对初期支护变形与受荷特征进行研究。研究结果表明:围岩非对称大变形隧道围岩前期变形速度快,稳定持续时间长,水平收敛值大;围岩压力前期增加速率快,变化持续时间长,水平围岩压力大、最大值出现在围岩较差一侧拱肩处;钢拱架在围岩较好一侧拱肩处出现压应力集中,在围岩较差一侧拱肩处出现拉应力集中,钢拱架扭曲变形严重;喷射混凝土在围岩较差一侧承受较大的拉应力,且超过混凝土的抗拉强度,大面积开裂剥落,围岩较好一侧压应力较大,但其值未超过C20喷射混凝土抗压强度;围岩非对称大变形隧道设计时应加大围岩较差一侧超前支护强度,加大预留变形量,加强初期支护,施工时宜采用预留核心土的三台阶开挖方法。     

公路隧道软岩非线性力学变形特征及优化控制支护探讨

隧道软岩的变形过程是一个高度非线性的混沌力学过程,其变形破坏和力学行为具有很大的随机性和不可预测性;软岩工程力学条件（初始条件、边界条件及其作用过程）对其工程力学特性的影响非常敏感;本文基于软岩工程非线性变形力学特征、环境影响因素和工程力学条件,提出了软岩工程优化控制支护设计方法和优化控制机理,该优化设计方法在工程实践应用中取得了良好的效果。     

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。     

火车岭隧道软弱围岩大变形特征及机理分析

在现场调研、工程地质勘察及隧道监控量测的基础上,研究了十漫高速公路火车岭隧道施工中出现的大变形问题,通过分析该隧道变形破坏特征,从围岩岩性条件、地下水条件及地应力条件等因素对该隧道大变形机制进行了研究,结果表明,大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用.提出了综合治理措施,以确保隧道安全顺利贯通.     

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。     

大采深软岩巷道支护优化研究

通过对北二采区轨道下山和北二煤仓里外200m范围做的支护研究,利用软岩支护应采用全长锚固、及时支护、高承载力和较好的可缩性的锚杆.初喷超前支护及时封闭围岩,支护设计以树脂锚杆为支护主体,利用锚索增加支护承载能力,以及钢筋网增加表面刚度.采用锚、网、喷 锚索的联合支护形式,局部加套U钢全断面加固取得了很好的效果.     

青东矿大断面高地应力软岩煤仓综合支护技术

根据青东矿东翼煤仓复杂的施工地质条件,详细阐述了东翼煤仓采用多种手段支护对围岩进行有效的控制,在很大程度上减少了围岩变形量,满足了安全生产,降低了维护费用,节约了成本,具有较大的经济和社会效益。     

高地应力富水软岩铁路隧道变形机理及施工控制措施

云南玉磨铁路曼勒一号隧道地处喀斯特地貌区,现场施工中遇围岩地应力高、变形量大、变形持续时间较长等问题,导致初支变形严重,影响施工进度,其中高地应力是导致围岩大变形的主要原因。通过建立力学模型分析与施工现场试验,提出开挖迂回导坑释放高地应力的控制措施,降低隧道围岩大变形风险。研究结果显示：通过数值模拟分析增设迂回导坑后,隧道正洞围岩变形量有效降低,拱顶沉降及拱腰收敛分别降低38.46%和58.34%,围岩塑性区最大塑性应变减小25.40%,围岩及初支结构应力减少了20%～24%。现场施工中,迂回导坑段隧道比仅开挖隧道正洞的围岩变形量减少了61.92%。迂回导坑的开挖能够有效控制变形量及变形速率,现场试验效果良好,施工进度得以加快。     

基于粘贴式智能石块的边坡大变形监测方法

边坡滑动大变形监测存在服役环境恶劣、传感器布设困难、需要精细维护、传感器的量程有限等问题。提出粘贴式智能石块的概念,发展基于粘贴式智能石块的边坡大变形监测方法,给出了基于粘贴式智能石块的边坡大变形监测的超宽带通信算法,通过推移加载的模型试验验证粘贴式智能石块的边坡大变形监测性能。结果表明:粘贴式智能石块的位移可反映边坡失稳滑动及坍塌的大变形演化,且与软尺常规测量结果的规律一致。     

高地应力条件下围岩稳定性分析及控制

在对比分析工程实测值和计算值差异的基础上,提出了围岩峰后大变形计算值出现显著偏差的问题;通过对比分析实际围岩和本构实验峰后阶段试块裂缝开展过程和特点,提出峰后阶段本构实验出现失真的问题;在分析岩石力学实验发展过程的基础上,与第一次失真相比较,提出了本构实验的第二次失真;在分析实际围岩大变形及其与支护结构相互作用的基础上,阐明围岩变形过程和支护承载过程不能相互协调是当前支护结构破坏的主要原因;遵循支护与围岩协调承载的基本原则,构思了一种新的衬砌结构形式。     

高应力软岩巷道壁后充填支护研究

高应力软岩巷道属非线性大变形问题,巷道支护必须满足其变形要求。总结了白皎煤矿高应力软岩砌碹巷道变形破坏特征,分析了砌碹巷道破坏机理,并对碹体壁后充填粉煤灰基材料改善"支护-围岩"关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。     

明垭子软岩隧道围岩稳定性评价

以明垭子软岩隧道为工程依托,结合现场围岩岩性应用理论分析得出隧道围岩变形的理论极限位移,通过FLAC数值模拟软件建立相应的计算模型,分析了现场施工引起的隧道围岩变形值,根据位移评判依据来评判隧道的稳定性,通过现场监测分析明垭子隧道围岩的变形特点。研究结论对软岩隧道的安全施工有一定的参考价值。     

高应力软岩巷道支护有限差分法

针对鸡西市荣华煤矿东主运输巷道软岩支护问题,结合X射线衍射分析结果和巷道变形监测结果,采用有限差分法,分析荣华煤矿巷道在不同的支护形式下的应力场分布及塑性区体积,优化筛选出较为合理的支护方式.计算结果表明,采用预应力全锚索支护技术可以有效地将围岩应力转移到岩层深部,降低喷层单元的切向应力.锚索与周围岩体相互作用,起到"组合梁"与"组合拱"作用,使得围岩塑性区体积与巷道底板位移量明显减小.     

隧道工程围岩扩容和塑性软化的变形解析

系统考虑隧道工程建设过程中隧道围岩岩体的扩容和塑性软化特性,引入岩石扩容梯度和软化模量的概念,推导出均匀介质中软岩隧道围岩应力场和变形场的理论解析,与其他研究者理论模型进行比较,验证本文理论模型研究的正确性。通过算例分析了隧道工程岩体的扩容梯度和软化模量对围岩塑性区、破裂区半径以及围岩变形和压力的影响,研究结果对隧道支护设计与施工具有指导意义。     

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。     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

组合拱支护理论在软岩巷道锚喷设计中应用

矿井巷道的锚喷支护参数设计时,通常采用工程类比法进行设计,但可能经济上不合理,为了使支护结构尽可能得到优化,从而达到支护费用相对最低的目的,应用组合拱理论对锚喷支护参数进行计算分析,可得出比较合理的参考值。在内蒙古大雁三矿井下巷道设计实践结果表明,组合拱理论是优化软岩巷道锚喷支护参数行之有效的方法之一。     

大强煤矿深井软岩马头门支护技术

以大强煤矿副立井马头门硐室为工程背景,根据工程地质条件和围岩特点,借助FLAC3D有限差分程序进行传统支护下的数值计算。结果表明,该硐室采用传统的锚网喷＋锚索＋普通混凝土支护形式,出现围岩变形明显、应力集中程度大、硐室围岩整体失稳破坏的情况。为解决这一问题,结合软岩工程力学理论及室内物化实验结果,分析马头门硐室的破坏机理,提出恒阻大变形锚网索＋底角锚杆＋柔层桁架耦合支护的力学控制对策。实践表明,新型支护技术有效地控制了深井软岩马头门硐室围岩的大变形破坏,取得了良好的支护效果,具有推广应用价值。