基于统计分析的隧道围岩压力分布规律研究

围岩压力和支护荷载的确定是隧道支护结构设计的关键问题。利用调研和统计分析等方法,通过对54座已建隧道的174个监测断面的围岩压力实测数据进行统计分析,探明了深埋隧道围岩压力的总体分布特征,给出了深埋隧道围岩压力与围岩级别和跨度的关系,修正了铁路隧规深埋荷载宽度影响系数计算公式,并修正了《铁路隧道设计规范》深埋隧道荷载计算公式。研究结果对分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法提供一定的参考价值。     

京张高铁八达岭长城站大跨深埋三连拱围岩压力计算方法研究

大跨度深埋三连拱隧道具有开挖跨度大、施工工序复杂、各洞室协同受力等特点,支护结构设计需要进行荷载-结构模型验算,而荷载如何确定尚无成熟的计算方法。依托京张高铁八达岭长城站三连拱隧道工程,基于普氏平衡拱基本假定并借鉴深埋双连拱隧道荷载计算方法,推导出深埋三连拱情况下围岩压力计算解析解。研究表明:三连拱隧道围岩压力由拱部松散土压力和中隔墙共同承担;中隔墙的主动支撑作用非常重要,这与双连拱隧道的受力变化规律吻合;该计算方法适用于具备一定强度的接近松散体围岩;通过解析法计算结果与现场监测数据对比分析,水平与竖向围岩压力最大相对误差分别为9.75%和10%,验证解析法计算结果的合理性。     

京张高铁八达岭长城站大跨度深埋三连拱隧道设计及施工方法研究

目前三连拱隧道衬砌荷载尚无成熟的计算方法且类似工程施工经验相对较少,以京张高铁八达岭长城站为例,研究在V级围岩地质条件下,大跨度深埋三连拱隧道设计计算方法及合理的施工工序。依据普氏平衡拱理论并借鉴双连拱隧道围岩荷载计算方法,提出深埋三连拱隧道围岩荷载模型,通过建立有限元模型,分析三连拱隧道的合理施工工序。研究表明:三连拱隧道围岩压力可以看作拱部松散土压力及中隔墙所承受的压力之和;三连拱施工工序推荐采用先侧洞后中洞的工序,对于施工过程中保持围岩及支护结构体系的稳定较为有利;通过右洞围岩压力计算结果与现场检测结果对比分析,围岩压力最大相对误差在10%以内,全施工阶段监测情况一切正常,验证了解析法计算结果的合理性及施工工序的优越性。     

铁路硬岩隧道支护结构非线性分析

在某铁路隧道支护结构实测围岩压力的基础上 ,采用荷载—结构法对该隧道支护结构在实测围岩压力作用下进行非线性分析。并对隧道支护结构内力进行了分析 ,支护结构内力状态处于弹性工作状态 ,拱顶沉降计算结果与实测结果比较吻合 ,具有很高的安全度。     

考虑峰后效应的围岩特征曲线

运用UDEC离散元程序对直剪试验进行数值模拟,结果表明该方法可以有效模拟岩石峰后剪胀效应.运用理论分析和数值模拟试验的方法,对某一在建四线铁路车站隧道的全过程围岩特征曲线进行研究.研究结果表明:提出的"统一围岩特征曲线"考虑了弹塑性介质向松弛介质的过渡,运用了弹甥性支护理论、松动圈支护理论和普氏理论,反映了形变压力到松弛压力的转变,体现了不同阶段存在着不同性质的支护荷载;在岩石峰后区应使用可伸缩性支护或多次支护;盲目加大支护刚度反而会使支护承担较大的碎胀力.     

大断面深浅埋黄土隧道围岩压力试验研究

研究目的:针对郑州至西安客运专线黄土隧道设计中存在的问题,开展大断面黄土隧道深浅埋分界、深浅埋围岩压力计算研究,提出大断面黄土隧道深浅埋分界高度;确定深浅埋黄土隧道围岩压力计算方法;明确深浅埋黄土隧道二次衬砌厚度的设计原则,指导郑州至西安客运专线黄土隧道的设计与施工,并为类似大断面黄土隧道工程的设计提供技术支持. 研究结论:通过对大断面深浅埋黄土隧道围岩压力的试验研究,提出了郑州至西安客运专线大断面黄土隧道深浅埋分界高度、围岩压力计算方法和二次衬砌厚度的设计原则.郑州至西安客运专线黄土隧道深浅埋分界高度应为40～60 m;浅埋黄土隧道荷载按谢家烋公式计算,深埋黄土隧道荷载按太沙基理论计算;不同埋深黄土隧道二次衬砌宜采用相同厚度.     

干湿交替条件下膨胀围岩隧道的力学性态研究

以广西南宁膨胀土为围岩材料,制作室内膨胀围岩隧道物理模型。通过对隧道模型进行干湿循环试验,得出围岩在吸水及失水条件下的围岩应力-时间关系曲线及衬砌应变-时间关系曲线。试验认为在吸水过程中大部分测点的围岩压力都经历了增长、减小、不同速率的再增长3个阶段。衬砌变形则经历缓慢增长、急剧增长、急剧减小、微增长4个阶段;在失水过程中,从整体上可以将围岩压力变化分为两部分,即围岩失水收缩致使衬砌和围岩的接触压力下降导致围岩应力值减小以及土体收缩产生收缩应力导致应力监测值增大。并分析这种变化规律的形成机理,证明时间效应和空间效应的存在。为今后膨胀围岩隧道的结构设计和施工优化提供一定的理论参考。     

高速铁路大断面深埋黄土隧道围岩压力计算方法

依托郑西铁路客运专线大断而深埋黄土隧道洞群,进行现场围岩压力量测试验,得到不同黄土地层的围岩压力,发现围岩压力沿隧道全断面分布相对较为均匀.采用太沙基松散体围岩压力理论、铁路隧道设计规范深埋围岩压力公式、普氏理论、卡柯理论4种方法分别计算围岩压力,并与实测值对比.结果表明,基于太沙皋理论的计算值最接近实测值,且具有一定的安全余量,因此推荐采用太沙基理论计算大断面深埋黄土隧道的围岩压力量值.依据实测围岩压力的垂直与水平分量沿隧道跨度与高度方向的统计规律,确定垂直方向与水平方向围岩压力的计算图式.分析指出,垂直方向围岩压力计算图式可采用均匀分布或"尖峰"形分布,水平方向围岩压力计算图式可采用"鼓肚子"形分布.     

基于谷仓效应的砂卵石隧道围岩荷载计算研究

研究目的:砂卵石围岩颗粒体系级配分布不均匀，颗粒间点对点接触，隧道施工过程中易引起围岩松散、失稳坍塌等突出问题。本文针对砂卵石围岩典型的颗粒物质特性，基于谷仓效应原理，采用颗粒物质离散元理论，探明砂卵石隧道围岩荷载计算方法，分析砂卵石土在不同细观组构下的细观力学行为，探究砂卵石颗粒级配对土体压力的影响特征，揭示隧道跨度对隧道围岩荷载的影响规律。研究结论:(1)提出了用于计算砂卵石土竖向压力的修正Janssen计算公式，并确定了公式中重要系数转向比；(2)揭示了砂卵石颗粒级配对土体竖向压力与侧压力的影响规律，得到了砂卵石土体底部压力和侧压力的计算公式；(3)通过不同跨度的隧道模型模拟试验，提出了竖向荷载修正系数，使用修正系数法的砂卵石围岩荷载计算值与模拟计算的结果相近，验证了该公式计算的准确性；(4)建立了基于Janssen模型的砂卵石围岩荷载计算方法，可为砂卵石地层隧道精细化设计提供理论基础。     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

温州雁荡山地区铁路隧道施工地质问题探讨

塌方、掉块、围岩整体失稳等是隧道施工中要解决的主要难点问题。浙江雁荡山地区的铁路客运专线和货运专线两个项目分布有28 km双线隧道、6.4 km单线隧道。各隧道所穿越的山体地形、岩石地层等存在一定差异,围岩稳定性、施工工况具有丰富性和多样性。雁荡山地区工程地质条件较好,但在隧道进出口、浅埋地段,特别是风化层深厚地段,隧道施工易发生拱顶塌方冒顶;加之围岩压力过大、隧底软化,地基承载力不足,易导致围岩整体变形下沉。本文结合雁荡山地区火山运动及成岩背景,分析了该地区岩体结构、隧道工程地质条件,并结合隧道施工中出现的问题提出改进隧道设计、施工、现场管理的建议,可为本地区以后隧道工程的勘察、设计及施工提供参考。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。     

大跨度四线铁路车站隧道内轮廓研究

对于大跨度四线隧道,相比传统单、双线铁路隧道,其开挖跨度及开挖面积要大得多。一方面,为提高隧道空间的利用率、降低工程成本,其断面形式将更加扁平,开挖后的应力重分布状态恶化,增加了隧道结构设计和施工的难度。反之,单纯从受力考虑,衬砌结构宜采用近圆形的内轮廓,导致空间利用率降低,开挖量及圬工大幅度增加,势必产生浪费,增加成本。基于贵昆铁路六盘水至沾益段增建二线上的乌蒙山2号四线车站大跨度隧道,在满足建筑限界及相关作业要求条件下,在技术可行、经济合理的范围内,通过对大跨度四线隧道不同扁平率洞室的围岩应力、位移及塑性区,衬砌结构的承载力及经济性对比等进行研究,以确定经济合理的衬砌内轮廓及其扁平率范围,为特大跨度隧道衬砌内净空拟定提供参考与指导。     

中英钻爆法铁路隧道设计方法比较研究

针对钻爆法铁路隧道围岩分级、初期支护及二次衬砌设计方法等内容,对比分析了中英两国在隧道设计方法和理念方面的差异。对比分析表明,英国隧道设计基于巴顿的Q系统,该系统用表征岩体的RQD值,节理组数、粗糙度系数、地下水折减系数、蚀变系数及地应力折减系数来反映围岩整体力学性质,英国铁路隧道初期支护采用经验设计法,根据Q图谱进行预设计,采用有限元程序进行检算。二次衬砌采用极限状态理论进行设计,衬砌承受围岩压力的标准值由巴顿公式计算得出,二次衬砌设计时不考虑初期支护的作用。中国铁路隧道初期支护多采用类比法进行设计,并采用有限元法进行校核,二次衬砌普遍按破损阶段法设计,围岩压力根据统计回归公式计算,采用安全系数K控制结构安全性。相比而言,英国隧道设计方法和理念与围岩参数联系较为紧密和直观,而中国隧道设计方法基于定性与定量结合的围岩分级标准,两者差异明显。     

深埋3孔小净距隧道围岩压力计算方法及其工程应用

基于普氏理论,考虑开挖顺序以及中岩柱主要具有的承载松散岩土体和抑制围岩变形作用,提出3孔小净距隧道围岩压力的计算方法,并分析净距和开挖跨度对围岩压力分布规律的影响。通过与八达岭长城站3孔小净距隧道围岩压力实测值对比,验证计算方法的合理性和有效性。结果表明:中洞受力状态最为不利,边洞内侧围岩压力显著大于外侧;净距一定时,中洞或边洞跨度增大不仅导致各自洞室围岩压力增大,且会导致相邻洞室围岩压力增大;随净距增大,围岩压力逐渐降低并接近规范计算单洞值;Ⅴ级围岩段实测围岩压力约是Ⅲ级围岩段实测值的3倍,净距相同时,Ⅴ级围岩比Ⅲ级围岩更易形成极限承载拱;围岩压力理论计算值的偏差率在10%~25%。根据围岩压力的理论值和前期监测值,主动对隧道采取超前加固与加大锚杆长度,使实测围岩压力减小30%,可保障隧道施工安全。     

高速铁路山岭隧道智能化建造技术研究——以郑万高速铁路湖北段为例

高速铁路山岭隧道智能建造技术是“智能铁路”的有机组成部分,能有效节约人力资源,并更好的保证施工安全和质量,是我国高速铁路隧道建造技术的发展方向。为提升我国隧道工程建造技术水平,基于互联网、大数据分析、人工智能、BIM等技术,结合郑万高速铁路湖北段隧道机械化、信息化施工研究成果,围绕隧道支护参数设计、施工控制执行、施工质量管控及检测,提出了高速铁路山岭隧道智能化建造技术的总体架构,包括:高速铁路山岭隧道围岩智能分级系统、隧道设计参数智能化选择系统、隧道开挖及支护智能化施工系统、隧道质量智能化管控及检测系统、隧道智能化建造协同管理平台,分析了各系统的研究进展,并提出了我国隧道智能化建造技术发展的3个阶段。对推动我国隧道智能化建造标准体系的建立具有一定的参考价值。     

基于欧式距离的地铁隧道围岩韧性评估

为进一步认识地铁隧道围岩的工程属性,结合韧性理论,提出地铁隧道围岩韧性的概念。构建地铁隧道围岩韧性的评估模型,引入欧式距离,对围岩韧性直观量化,并采用主客观结合的"二级赋权"方式对评估指标进行赋权。通过对围岩干扰前后各影响因素的归纳,从岩体性质、现场施工和设计方案3个影响方面出发,确定了8个围岩韧性评估指标。以南宁市某地铁车站为工程背景,对车站下5处隧道围岩进行韧性评估。编号1～5的5处隧道围岩韧性等级分别是2.57级, 2.87级, 2.62级, 2.28级和2.47级。评估结果显示同一地层的5处隧道围岩,尽管岩体的结构特征和地质特征相同,抗干扰、维持围岩平衡的能力也存在差别。基于欧式距离的地铁隧道围岩韧性的评估结果与工程实际情况相符,为地铁隧道围岩韧性评估提供新方法,并可根据每个评估指标对最终韧性等级结果的影响程度,采取有针对性的保护措施。