大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果分析

为研究超大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果,依托隧道大变形事故案例,对隧道围岩变形破坏特征及原因进行分析,结合隧道地质条件及围岩特性,提出了合理有效的围岩变形控制技术及施工工艺,并应用数值模拟和现场测试对3种加固措施工况下的变形及应力进行分析。研究结果表明:超大断面浅埋黄土隧道围岩变形主要表现为前期变形速率大,变形持续时间长,累计变形量大,拱顶最大累计沉降为124.3 cm,围岩变形受开挖扰动和持续降雨影响显著;采取临时套拱加固有效抑制变形的持续发展,避免塌方事故的发生,而径向注浆加固和强化支护参数为后续顺利完成大变形段换拱施工提供安全保障;浅埋偏压地段采用地表超前预注浆技术,有效地改善上覆围岩特性,后续施工累计变形均在预留变形量范围内,确保了施工安全和进度。     

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

软岩大变形隧道的围岩级别判识方法及处治优化

对于山岭隧道软岩大变形地段,进行围岩级别判定对指导隧道安全施工有着极其重要的作用。利用TSP、地质雷达、瞬变电磁等综合探测方法对红岩寺隧道软岩地段进行围岩级别初步辨识,然后基于属性综合模型进行围岩级别数学方法二次评价。开挖后ZK20+839~ZK20+835段发生大变形,判断围岩级别为Ⅴ级,现场实际揭露情况与探测结果、二次评价结果吻合。基于数值模拟软件,从开挖断面、开挖方法、钢拱架、锚杆、注浆加固等方面进行参数优化。通过大变形段的补强监测,表明采用此方法处理隧道大变形效果良好。     

关山隧道高地应力破碎围岩地段变形及支护试验研究

本文以天平铁路关山隧道高地应力破碎围岩地段的掉块引起坍塌及初期支护大变形问题为研究对象,选取试验段,对工程地质和围岩监控量测数据进行分析,揭示了小断面隧道围岩破碎崩塌、初期支护变形破坏发生的主要因素,即小断面隧道施工工法、围岩破碎稳定性、围岩节理和微裂隙发育、节理密集带发育、支护结构刚度,提出了采用"多台阶、短进尺、少装药、快封闭、强支护"的工程实施措施,从而有效控制破碎围岩变形量,确保小断面隧道在高地应力破碎围岩地段支护质量和安全。     

大断面高速铁路隧道施工方法的三维数值研究

针对大断面高速铁路隧道施工过程中出现的复杂施工力学问题,以花甲山高速铁路隧道为依托工程,采用三维数值软件对花甲山隧道的施工动态过程进行数值模拟,得到了隧道围岩的应力、位移分布特征和地表变形规律,通过与现场实测数据进行对比,总结出大断面高速铁路隧道的动态施工力学特征,为大断面高速铁路隧道施工方案优化提供依据.     

高铁隧道穿越采空区段围岩变形受力规律分析

为研究高铁隧道过采空区段的围岩变形规律,本文以太焦高铁皇后岭隧道典型过采空区段工程为背景,通过对典型断面进行隧道围岩变形和拱架内力的持续监测,对比分析不同施工阶段下高铁隧道围岩变形受力规律。分析结果表明：上台阶开挖时是围岩变形发生的主要阶段,隧道最大沉降变形发生于拱顶,占总变形比值的50%以上,且隧道距离采空区底板距离越近,围岩受开挖和采空区扰动影响越大;钢拱架受力为全环压应力,整体分布呈现“上大下小”、“不均匀对称”的特点,受力最大位置出现在拱顶和右拱肩位置,并且拱架受力随着掌子面的远离,其轴力变化速率呈现出逐步减少的趋势。结合位移和应力监测数据分析结果,采空区对隧道的影响高度约为25.7m。研究成果可为类似隧道过采空区工程的设计、施工提供借鉴和参考。     

大断面小净距隧道的净距优化分析

为对大断面小净距隧道的净距进行全面优化,采用大型有限元软件ANSYS,对不同净距下的大断面隧道施工过程进行数值模拟,研究不同净距下隧道施工过程的围岩应力场和位移场分布情况及支护体系的受力情况,获得隧道净距对围岩应力分布、支护体系受力和断面收敛的影响,再运用层次分析法分析影响因素的目标度,进行一致性检验并确定权重.研究结果表明:大断面小净距隧道在开挖过程中,围岩应力及变形略呈对称状态,先开挖隧道支护受力及围岩变形略大于后开挖隧道,净距越大,对称现象越明显,围岩应力和变形及支护体系的受力越小,围岩及支护体系稳定性越高,综合考虑支护体系安全及围岩稳定等因素,该大断面小净距隧道的最优净距为1.6B(B为开挖净距).     

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.     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将负泊松比(negative Poisson’s ratio, NPR)锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性、物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC^3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、泊松比(Poisson’s ratio, PR)锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效地控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

富水泥岩大断面隧道开挖面稳定性及加固方式

富水泥岩隧道开挖过程中开挖面易失稳.以巴东隧道穿越富水紫红泥岩段为工程背景,基于岩土控制变形分析(ADECO-RS)及现场调查将开挖面稳定性评价为"C类稳定形态",提出超前帷幕注浆结合超前管棚的预加固措施.基于离散元方法构建泥岩隧道开挖模型,分析开挖面失稳过程及前方围岩变形破坏特征.结果 表明:开挖面失稳过程呈现"挤出变形-局部塌落-明显溜塌"的渐进破坏特性.发生溜塌后,开挖面前方拱部径向4.5m,纵向15 m范围松动区发育,孔(裂)隙率由0.1增至0.186;隧底出现相应范围的隆起区,颗粒接触力链分布稀疏,从宏细观层面进一步说明富水泥岩段开挖面前方失稳性强.考虑以上围岩扰动范围,提出了超前帷幕注浆参数,经现场应用,开挖面前方围岩加固效果良好,有效保证了大断面隧道施工安全,可为类似富水泥岩隧道设计、施工参考.     

隧道喇叭口及大跨段施工技术

毛羽山隧道进口段喇叭口断面特殊,不同断面间过渡段多,在前期施工中对隧道围岩特性作了详细研究后制定了小间距两单线隧道、连拱隧道及大跨隧道段的开挖顺序及施工方案,以及不同隧道断面之间进行过渡的复杂施工方案,对于跨度大、围岩软弱及构造复杂的高风险隧道段,详细阐述了开挖及支护方案,为以后类似铁路隧道断面施工提供了一定的借鉴意义。     

基于FLAC3D的大断面软弱围岩隧道注浆加固数值分析

大断面软弱围岩隧道,因其开挖面积大、岩石强度低、围岩赋存环境差、岩体破碎等特点,使其力学性能与一般围岩存在较大差异.为避免隧道开挖时可能产生的大变形甚至坍塌破坏,对大断面软弱围岩隧道进行注浆加固处理尤为重要.本文应用有限差分软件FLAC3D对不注浆、拱部注浆、全环注浆三种方案进行数值分析,研究隧道注浆加固后围岩的应力分布和位移的大小以及围岩稳定性.结果表明,注浆加固能够有效改善注浆区围岩的力学性能,提高注浆区围岩的强度,减小围岩的位移,增强隧道的自稳能力.     

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.     

浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟

针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律及其监测

运用相似模型试验和数值分析成果 ,分析岩溶区公路隧道在全断面开挖过程中的围岩变形特性 .提出了岩溶区全断面开挖隧道围岩变形时空曲线的一般模式 .在此基础上 ,建立了岩溶区围岩稳定性判别标准 ,给出超前支护和二次衬砌的最佳时机 .并运用现场量测数据的结果验证了所提出的岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律的正确性 .     

浅谈软弱围岩隧道塌方机理及处理技术措施

软弱围岩大变形是隧道塌方的重要因素。通过对软弱围岩隧道大变形及塌方机理的分析,总结研究了软弱围岩隧道施工防坍塌技术措施及隧道塌方处理技术措施,为以后软弱围岩隧道施工防坍塌以及坍塌处理提供了技术支持和经验支持。     

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形特征及加固方法

软岩公路隧道紧急停车带变截面段变形较正常段往往较为显著,易发生变形侵限,是软岩公路隧道施工的难点。以渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托,总结了隧道紧急停车带变截面段的变形特征,分析了其变形破坏原因;在此基础上,提出采用小孔径预应力锚索对变截面段围岩进行加固,利用FLAC3D有限差分软件对变截面段的开挖施工过程进行模拟,对比了不同小孔径预应力锚索加固方案的变形控制效果,并对选定方案进行了现场试验验证。研究结果表明：隧道由紧急停车道向正常段施工时,正常段距离紧急停车带端头约15m范围内一侧的围岩变形明显大于另一侧,位移最大值出现在上台阶拱脚,且出现了喷射混凝土开裂、钢架扭曲和局部变形侵限现象;紧急停车带变截面一侧围岩受到了爆破施工的多次扰动,同时紧急停车带端头所受支护的约束作用较弱,加上地下水对围岩的软化作用,是变截面一侧围岩产生大变形的主要原因;采用纵向预应力锚索+环向预应力锚索对紧急停车带端头附近围岩进行加固,可以有效提高变截面一侧围岩整体稳定性,减小变截面段围岩非对称变形。研究成果可为类似软岩公路隧道紧急停车带变截面段的变形控制提供重要借鉴。