富水炭质板岩地层隧道底部结构破损原因分析及防治措施探讨

云南香丽高速公路穿越富水炭质板岩地段,多座隧道出现隧底结构破损,破损主要特征为隧底填充混凝土沿隧道中线纵向开裂,裂缝上宽下窄,呈"V"字形,对于隧道施工以及后期运营带来极大的安全隐患。该文以香丽高速公路典型富水炭质板岩地层隧道为工程背景,通过现场调查和数值计算分析等方法,分析隧道底部结构破损原因,提出相应的防治措施。结果表明:隧道底部结构破损主要是由于仰拱积水,隧道基底围岩遇水软化,导致隧道底部结构所受拉应力过大,出现张拉裂缝;隧道仰拱现状也对于仰拱受力不利。对于基底围岩进行加固,以及适当调整仰拱曲率可以避免隧道底部结构破损的发生。     

铁路隧道仰拱、底板质量缺陷整治技术

随着高速铁路的迅猛发展,无砟轨道被广泛应用,桥隧群、长大铁路隧道等多采用无砟轨道结构。无砟轨道对隧道仰拱、底板等下部结构质量要求高,隧道施工质量提升跟不上高速铁路发展的脚步,在施工过程中产生了部分质量缺陷,严重影响铁路工程整体质量,必须进行彻底整治,确保铁路运营安全。     

结合交通组织方案的营运隧道仰拱病害处治方案研究

仰拱隆起底鼓是高速公路隧道的常见病害,威胁到隧道的行车和衬砌结构安全,而针对车流量大的营运高速公路隧道,仰拱病害的处治会对交通带来较大影响。文中通过对某高速公路干线上的隧道仰拱病害进行分析,结合交通组织方案提出相应的处治措施,为营运高速公路隧道仰拱病害处治提供参考。     

不同结构形式下公路隧道的稳定性数值分析

主要对平底隧道和仰拱隧道二者的围岩受力和隧道周围位移进行对比分析,得到以下结论:开挖过程中两种隧道模型最大压应力值存在差别,且上台阶开挖要比下台阶开挖时最大压应力值要大;开挖过程中仰拱隧道的最大拉应力一直略小于平底隧道,说明施加仰拱对围岩整体受力较好;随着隧道开挖步的进行,两种隧道模型均呈现出拱顶沉降和拱底隆起位移增长的趋势,且仰拱隧道拱顶沉降值一直略大于平底隧道,而仰拱隧道拱底隆起值一直略小于平底隧道;两种隧道模型上拱墙竖向沉降基本一致,而仰拱隧道底部隆起位移均小于平底隧道,且仰拱隧道隆起位移最大值要比平底隧道小6. 78%,这与仰拱隧道底部围岩和衬砌的"拱作用"有关。实际工程中应综合考虑各方面进行方案选取。     

公路隧道在膨胀性围岩地段施工的稳定性分析

基于现场试验的调查与工程实例的统计，本文对公路隧道在膨胀性围碉地段施工不稳定性的难题，从技术的角度给以了分析与研究。指出应当从隧道仰拱方向给膨胀性围碉以足够刚度的约束，这是确保隧道支护稳定所必需的基本条件，同时应当允许爷拱底部围岩发生适量的变形以降低存在于仰拱与围岩之间的高接触应力，在此了，建议采用一种内含柔性变形层的复合式仰拱支护结构，作为膨胀性围岩地段隧道支护的合理技术措施，本文研究对于在建的     

缓倾顺层岩质边坡病害成因数值分析及处治对策研究

针对永宁高速公路的边坡病害,以石壁滑坡为依托,采用数值分析法,对缓倾顺层岩质边坡受主控结构面影响的沿基岩面的平面变形进行数值定量分析,其主要变形模式为岩体的拉裂滑移破坏。其病害是由于坡体不利结构面存在、工程开挖破坏坡脚和大气降雨所致。同时结合极限平衡法反分析,对滑坡各阶段的稳定系数及加固措施进行计算,结果表明,治理措施满足工程实际与规范的要求。     

川藏铁路色季拉山隧道装配式仰拱方案研究

为提高钻爆法单线铁路隧道仰拱施工质量,改善洞内作业环境,推进装配式结构绿色建造等,以新建川藏铁路色季拉山隧道工程为依托,对装配式仰拱的结构形式,环向、纵向连接,防水,拼装设备,隧底填充,施工工艺及经济性等进行研究。主要研究结论有:1)仰拱与填充层整体预制成单块空心结构,结构受力条件好,洞内拼装方便; 2)预制块与现浇二次衬砌采用方形榫槽或方形榫槽+预埋钢筋的连接方式,预制块纵向通过张拉精轧螺纹钢进行挤紧,预制块底部采用碎石+回填注浆的垫层进行基底处理。装配式仰拱应用于川藏铁路色季拉山隧道,可实现轨下结构机械化快速施工,有利于提高山岭铁路隧道机械化施工整体水平。     

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

仰拱作为隧道重要的组成部分,其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素,与车辆的安全运行息息相关,为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式,弄清仰拱底鼓产生机理,采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法,对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究,将试验结果与扩展有限元结果进行比较,验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优,侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况,以确保模型试验加载方式的可靠性,并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种;U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力,引起仰拱隆起变形,以仰拱中心受弯破坏为主,仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连,对其隆起有一定的阻碍作用,导致中心部位隆起速度明显高于两侧,最终形成W形的破坏形态;U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力,导致仰拱出现剪切破坏,最终形成W形的破坏形态;U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下,仰拱与边墙的连接部位受剪破坏,无法有效传递轴力,最终导致仰拱与边墙脱开;仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置;研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据,对保证隧道的安全运营具有重要意义。     

盐渍土地层隧道底部衬砌厚度缺陷对衬砌安全性影响分析

盐渍土地层隧道在运营期间底部结构产生的病害层出不穷,隧底的病害缺陷直接影响衬砌结构承载力。在全面调查新疆某隧道底部病害的基础上,运用ANSYS软件建立“荷载-结构”模型,改变隧底不同位置的衬砌厚度值,模拟衬砌厚度缺陷,分析典型截面安全系数的演变规律。结果表明:墙脚作为应力集中的部位,是隧道衬砌受力的最不利部位;隧底厚度缺陷值,围岩条件直接影响隧道衬砌结构的安全性能。拱顶安全系数随隧底厚度缺陷的增加而增大;左墙脚、右墙脚同时发生厚度缺陷时,拱顶安全系数上升最明显。     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

膨胀土隧道仰拱施工技术

结合新建铁路沈阳铁路枢纽东北环线团山子隧道膨胀土地段仰拱施工易发生底鼓的情况,介绍仰拱的受力分析、锚杆对控制膨胀土隧道底鼓的作用及效果、仰拱施工工艺及设计措施,并对膨胀土隧道仰拱施工提出建议,为类似工程提供一定的借鉴。     

某运营地铁区间浮置板道床隆起原因分析及整治措施

某已运营近2年的地铁区间浮置板道床出现隆起、下沉情况,针对该类型道床隆起原因及处理方法进行了分析,确认浮置板道床基层与仰拱填充层之间存在空腔,地下水在空腔中形成压力,导致道床发生隆起。为了防止道床面继续发生隆起,采取了钻孔放水降压、注浆填充空腔、将道床及衬砌与基岩锚拉等措施对浮置板道床进行综合治理,达到了预期治理目的。     

小相岭隧道围岩力学状态测试及大变形成因分析

为解决小相岭隧道平导和正洞的围岩大变形问题，采用现场试验的方法对围岩力学状态进行测试，基于实测数据对隧道大变形成因进行分析并提出针对性控制治理对策。结果表明： 1）隧道围岩强度偏低且存在明显的各向异性，初始地应力以水平应力为主，属极高地应力；现场实测结果显示底板处围岩损伤范围明显大于边墙处，推断隧道大变形为底隆变形，这与现场结构变形特征相符。2）隧道大变形的主要原因是下伏缓倾层状软弱岩层、高水平地应力、支护结构不对称等因素，尤其是平导底板的不对称结构对抵抗底隆变形能力较弱。3）在采取平导设置仰拱、正洞打设长锚杆、增大预留变形量、提升结构的刚度及强度等措施后，隧道变形得到了有效控制。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

某客专隧道洞口段道床隆起病害分析与整治

为解决GZ隧道洞口段道床隆起引起列车限速运行的问题,采用人工测量及补勘等手段,探索道床隆起病害的原因,并提出相应的整治措施; 采用人工及自动测量方法监测道床隆起整治前后的道床变形,以分析评价道床隆起的整治效果。结果表明： 1）洞口段位处浅埋、偏压和基底承载力不均的组合工况中是道床隆起的主要外因,隧道开挖引起的地层偏压调整不充分,偏压力对隧底结构的挤压造成道床横断面出现不同程度的隆起; 2）针对明洞段地基不均和隧道洞口浅埋且地形偏压等主要因素,提出道床隆起整治采用明洞耳墙底注浆、洞外锚固桩、道床锚杆等加固措施; 3）自动监测成果表明,整治前K1966+310.0～+322.5段测点L6～L8、L10、L11的上拱速率为1.38～3.70 mm/月,整治后2018年2月15日-9月7日测点L6～L8、L10的上拱速率为0.53～0.69 mm/月,上拱速率减小了56.6%～85.1%,2018年5月13日-9月7日测点L11未继续上拱; 4）人工监测成果表明,2018年3月22日-9月7日,除了K1966+320.0测点B2和K1966+325.0测点B2明显隆起外,K1966+300～+340段各测点上拱缓慢,且部分测点有小量值沉降; 5）据目前监测成果,初步分析认为本段道床隆起整治目标未完全实现,道床变形监测仍在继续,应继续进行整治效果监测与分析。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

高地应力软岩隧道围岩大变形NPR锚索控制方法研究

为解决高地应力软岩隧道建设过程中支护结构破坏、围岩大变形等问题,依托地处炭质板岩地层，具有地质构造复杂、断层发育、埋深大、地应力极高等特点的木寨岭特长公路隧道工程，对隧道围岩NPR锚索支护方案进行研究。首先，采用原位试验、现场勘察和室内试验方法，对其地质条件及破坏成因进行分析；然后，利用自主研发的高预紧力恒阻大变形锚索（NPR锚索）材料，设计出一种能够控制公路隧道围岩大变形的NPR锚索综合控制体系；最后，使用该控制体系在现场进行工业性试验，通过对NPR锚索加固区的围岩变形量、钢拱架应力和NPR锚索受力进行实时监测，分析NPR锚索支护方案的围岩控制效果。试验结果表明： 采用NPR锚索“非对称布设和长-短锚索组合搭配”的综合控制体系，能有效控制隧道围岩初期支护大变形难题，最大变形量从2 936 mm控制到240 mm以内，消除了初期支护侵限、开裂等破坏隐患，控制效果显著。     

极高地应力软岩隧道超前导洞应力释放及多层支护变形控制技术

为了解决极高地应力软岩隧道大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下主要结论:1)提出了"先放后抗,抗放结合,锚固加强"的变形控制理念;2)得出了该隧道岭脊核心段"超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)超前导洞应力释放效果明显,正洞累计变形减小幅度约为34%;4)得到了圆形多层支护结构变形规律;5)累计变形均控制在设计预留变形量内,保证了该隧道岭脊核心段大变形控制效果。     

基于数值模拟隧道仰拱开挖对初期支护的影响分析

在山岭隧道施工过程中,施作仰拱虽能很好地控制洞室位移,抑制底鼓现象发生,但隧道仰拱的开挖一般都在初期支护基本稳定之后,其开挖会使上部支护结构底角短暂悬空,底角应力释放,从而引起开挖段洞周位移的急剧增加。通过对阎家庄隧道开挖过程的实时监测,分析仰拱开挖前后拱顶下沉和净空收敛的变形量和变形速度,结合ANSYS有限元软件,分析隧道开挖前后初期支护内力的变化。仰拱的施作能使围岩内力分布更加均匀,避免应力集中,但隧道仰拱开挖引起的洞室围岩的变形约占总变形量的25%,需引起施工注意。