大型地下洞室围岩稳定性分析及实践探讨

对出露较弱夹层的巨型地下洞室进行断面布控监测,通过对围岩变形的时效关系分析,总结了在该大型地下洞室的开挖过程中在软弱夹层及洞室群效应影响下的围岩变形收敛特征,讨论了围岩支护时间的合理性及重要性,对类似的大型地下洞室的设计与施工有借鉴作用。     

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛典型特征与规律

地下水封洞库施工期洞室围岩变形松弛特征与规律对其稳定性评价与灾害防治具有重要意义。基于地下水封洞库工程特征与典型洞库工程实例,整理分析了大量洞室围岩内部变形、表层变形、波速与锚杆应力等监测数据。结果表明：预埋的多点位移计测点位移主要为0.5-3mm,收敛位移监测值主要为4-8mm,拱顶沉降监测值主要为3-6mm,围岩时效变形不明显;围岩变形与爆破开挖有关,当掌子面或后续台阶开挖面接近监测断面时,变形出现陡增;围岩质量越差,开挖面空间效应越不明显;基于典型围岩特征曲线经验公式,结合预埋的多点位移计监测数据与数值模拟,提出了地下水封洞库洞室围岩损失位移确定方法,发现损失位移占最终收敛位移50%-60%;基于波速变化率提出围岩松弛程度评价指标,发现围岩最大松弛程度约为0.47,松弛深度为1.5m;洞室围岩锚杆受力普遍较小,锚杆拉应力与围岩变形基本同步变化。     

大型地下洞室群变形实测与数值模拟

以某水电站大型地下洞室群开挖为例,建立了三维数值分析模型,研究了洞室群开挖后洞周围岩的变形特性并分析了锚索应力损失对周围岩体变形和应力状态的影响;通过模拟结果与实测结果进行对比,分析模拟方法的合理性和支护方案的可行性.结果表明,围岩水平位移在洞室边墙中部最大,竖向位移在洞室拱顶最大,在洞室交叉部变形也较为显著;模拟结果与实测结果较接近,能良好地反映洞室实际开挖的过程和围岩的变形规律;锚索预应力损失达到某一程度时会使围岩水平位移显著增大.     

三车道大断面高速公路隧道信息化施工

本文通过对三车道大断面高速公路隧道的现场监控量测,并对各量测项目进行分析,分析结果：DK23＋296断面最大累计拱顶下沉量为5.85mm,最大累计水平收敛为4.278mm,且最终拱顶下沉变化速度小于0.2mm/d,即该断面的变形已达到稳定;DK23＋190断面围岩压力较小,最大值为-0.093791MPa;钢支撑内侧最大值为27.134MPa,外侧最大值为7.194MPa;锚杆轴力最大值为2.4kN;围岩位移最大值为1.36mm。各受力考察参数均较小,远小于允许应力,围岩-支护体系已趋于稳定;从监测结果看,各量测断面现阶段变形稳定,洞室安全,衬砌受力及变形在合理范围之内,可继续按设计进行施工。配合和指导现场施工,确保了隧道施工的安全和结构的稳定,并积累了经验,可用于类似工程借鉴。     

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.     

深埋洞室软岩开挖卸荷-流变与支护时机研究

由于软岩的流变特性,深埋软岩洞室开挖后的很长一段时间内围岩变形持续发展,支护不当或不及时支护极易引发洞室围岩失稳.以四川省甘孜藏族自治州丹巴县大渡河丹巴水电站工程为背景,以室内试验为基础,开展软岩卸荷力学参数劣化分析,确定开挖卸荷、开挖卸荷-流变的计算参数,对穿越断层破碎带的深埋软岩开展开挖卸荷-流变与支护时机的数值模拟研究.结果表明:洞室的流变变形在选取的4种二次支护时机中均为5年左右洞室变形基本收敛,10年左右洞室变形完全收敛,其后支护结构稳定基本不发生变形;同时考虑工程实际中的"先让后抗"的支护原则,当初衬拱顶拱底相对位移(Δ_(A1B1))为Δ_(A1B1max)的80%时进行二次支护为4种二次支护时机中相对最佳的二次支护时机.     

地下洞室开挖围岩弹塑性动态稳定性分析

推导Drucker-Prager屈服准则强度储备安全系数的表达式。以糯扎渡水电站调压井大型地下洞室群施工为例,通过典型断面关键点位移、小主应力及安全系数随开挖步的变化,分析开挖对大型地下洞室群围岩稳定造成的影响。研究结果表明:强度储备安全系数随着主应力差的增大而减小。在开挖过程中,围岩整体稳定性较好,但是围岩位移、小主应力随开挖步的不断递进而持续增大,关键点安全系数持续减小,最大位移与最大拉应力均位于调压井下部,分别为10.57 mm及1.10 MPa,局部关键点最小安全系数不满足规范要求,所以洞室开挖后需及时支护。当二次衬砌高程大于关键点所处高程时,该点安全系数明显增大,且满足规范要求,通过支护方案比选,调压井混凝土浇筑至625.5 m高程是该工程最经济合理支护方案。     

西北地区某市水利工程地下洞室围岩变形破坏研究

以西北地区某市水利工程地下洞室工程为例，依据洞室围岩位移监测资料，研究了地下洞室围岩变形破坏特点及其主要影响因素。研究结果认为地下洞室开挖后，顶拱围岩沉降量明显大于侧壁位移收敛量，并指出了影响区内地下洞室围岩变形破坏的主要因素表现在七个方面。该项研究将有助于进一步研究地下洞室围岩变形破坏机理，同时也有利于保障地下洞室工程顺利进行。     

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.     

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。     

基于现场监测的原坝子隧道稳定性分析

隧道围岩稳定性分析对隧道安全施工和运营至关重要,采用现场监测方法是判定隧道围岩稳定性最直观的一种方法。以原坝子隧道为工程背景,通过对III、IV、V不同等级围岩初期支护后拱顶下沉和周边收敛进行系统的现场监控量测,研究复杂地质条件下大断面隧道围岩的稳定性,结果表明,隧道拱顶及周边位移一般稳定期为10~15 d,累计沉降量和周边累计收敛量随围岩等级的增大而显著增大,并处于允许范围以内,说明隧道开挖方式和支护方案是科学合理的。研究成果可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测提供参考和借鉴。     

新型接触式隧洞收敛监测系统及其应用

收敛位移是隧洞开挖过程中围岩变形与应力状态变化最直观的反映之一。为克服传统自动化收敛监测仪器精度不高、自动化程度偏低、数据处理复杂、耐久性较差等缺点,构建了新型接触式隧洞收敛监测系统(TPMS)。通过求取最优监测平面的优化目标函数,将测点空间三维坐标换算为监测平面二维坐标,并推导了围岩收敛位移计算公式。基于高放废物地质处置"北山坑探设施"工程,使用TPMS对断层破碎带围岩进行了长期收敛位移监测试验,获得了监测断面位移包络图和各测点位移时程曲线,并与人工监测数据对比分析,论证了其使用的可行性和监测数据的准确性。试验数据表明:各测点位移大致随时间先呈线性增长后增长速率逐渐减小;位移量自起拱处向拱顶逐渐增大,最大位移为1. 174 mm,最大位移速率为0. 007 98 mm/d。研究成果可为地下工程围岩收敛监测和分析提供借鉴与参考。     

某黄土隧道施工变形规律分析

通过对兰新二线某大断面黄土隧道施工过程中变形监控量测资料的分析,探索了大断面黄土隧道施工变形规律,据此提出了大断面黄土隧道施工变形控制方法和要点。该黄土隧道变形规律表现为:隧道开挖后隧道拱顶产生一定的下沉、两侧边墙收敛,量测断面累计沉降量大多在2～6cm,收敛量测值在15mm左右;隧道拱顶下沉量大于水平收敛,初期支护封闭后,隧道周边变形基本上不再发展。     

软岩开挖卸荷变形及支护效果的数值模拟

金川Ⅱ矿区岩体属于高应力软岩,文章研究了深部软岩巷道开挖卸载过程中围岩变形及支护效果等问题,通过建立3D有限元模型对巷道开挖进行动态模拟,并对巷道不同支护情形下的围岩变形进行对比分析。结果表明:巷道开挖卸载引起周围岩体应力释放,致使围岩向巷道径向挤压,产生的最大位移达到13.1cm,影响巷道的安全使用;采用U型钢+底部反拱共同支护后,对巷道两帮及顶板的支护效果比较明显,巷道两帮围岩的水平位移减少6.1cm,顶板围岩的沉降范围减少,且围岩应力释放速度减缓,但对巷道底板围岩的支护未达到要求,底板隆起值增加1.5cm;采用全断面喷锚支护后,巷道顶、底板处围岩的竖向位移显著减小,同时巷道两帮围岩水平位移也相应减小,但围岩应力释放的速度加快。     

基于回归分析法的某隧道围岩变形规律研究

通过对G318线高尔寺隧道围岩变形监测,获得了拱顶沉降和边墙收敛准确数据.利用最小二乘法回归分析方法对监测成果数据进行拟合处理,并对其精度进行分析研究.根据回归拟合方程表明隧道围岩开挖后的一段时间内,其变形位移随开挖时间出现非线性的变化规律,最终趋于稳定值,此与实际监测结果一致.研究结论对隧道围岩开挖施工以及支护时间的选择具有重要指导意义.     

高铁隧道穿越断层破碎带围岩控制效果分析

为研究高铁隧道过断层破碎段采用三台阶临时仰拱法施工下的围岩变形规律,以皇后岭隧道断层破碎段为研究对象,选取两个典型断面,通过开展现场监测,对比分析不同工况支护下围岩收敛和拱架受力以及围岩接触压力的变化规律。研究结果表明,断层破碎带下,隧道开挖支护完成后,拱顶最大下沉量10.1mm,水平收敛最大值为5.8mm,均远小于预留变形量。断层破碎段下,在距离掌子面1.2m到6m这段,拱架轴力和围岩接触压力变化速率较快,在距离掌子面12m时,拱架轴力和围岩接触压力的分布规律趋于稳定。表明断层带条件下采用三台阶临时仰拱法合理可行,以I22型钢架为核心的支护方案满足围岩控制要求,研究成果为类似工程提供了参考。     

大跨硬岩地铁车站拱盖法开挖力学机制及适用性分析

为研究地铁大跨暗挖车站拱盖法开挖过程中的围岩受力及变形特征,开展了硬岩大跨度地铁车站开挖的大比尺三维室内模型试验,真实再现了车站全断面无支护开挖、全断面支护开挖及拱盖法开挖的全过程,分析不同施工工况下车站围岩受力、变形机制及其稳定性.研究结果表明:(1)相比于全断面支护开挖,拱盖法可有效控制围岩沉降及收敛变形,减少20%～35%,开挖引起的围岩扰动深度约为半个跨度范围;(2)车站采用拱盖法施工,随开挖的持续推进,围岩变形大体经历3个阶段,即缓慢变形、急速变形及稳定变形阶段.相比于全断面开挖,拱盖法可有效保证车站开挖的稳定性及安全性;(3)拱盖法施工中,中导洞的开挖是车站拱顶变形急剧变化阶段,而支护的及时施作可有效抑制开挖引起的扰动范围,减弱掌子面前方应力的集聚程度,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定.     

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC3D对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明：隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。     

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩-支护结构体系协同变形方程能很好的反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。（2）支护强度为0.75Mpa时,理论计算拱顶沉降为18.9mm、数值模拟拱顶沉降为21.6mm;支护强度为1.5Mpa时,理论计算拱顶沉降为11.2mm、数值模拟拱顶沉降为11.1mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。（3）针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和CRD工法施工时,建议支护强度设计为0.75-1.5Mpa、支护刚度设计为59.8-375.0KN/mm。     

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).