监控量测技术在通渝隧道中的应用

重庆通渝隧道是典型的复杂条件下的长大公路隧道.在施工过程中,严格进行了新奥法监控量测指导施工,通过开挖面地质素描、拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴向力、喷层应力、格栅拱架压力、围岩内变形、二衬应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数的跟踪量测,并及时将量测数据的散点、回归图等处理信息反馈给施工,以了解隧道开挖后围岩的稳定情况及采取相应的支护措施,实践证明效果可靠.     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明：不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚＞拱顶＞拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

高地应力双隧道施工围岩应力变化规律数值模拟研究

以云县至凤庆高速公路隧道开挖工程为研究对象,采用数值分析和相似模拟相结合的手段,对其处于不同埋深岩层围岩变化规律展开研究。为保证隧道开挖施工安全,分别对隧道拱顶围岩压力、拱腰围岩压力以及上方围岩压力进行监测。基于监测数据分析围岩应力变化规律,明确了隧道开挖对其拱顶上部岩层影响程度和拱腰不同位置岩层应力在应力释放阶段所表现形式。研究表明,拱腰围岩竖向应力在左右隧道开挖整个施工阶段,应力变化曲线主要可分为3种类型,逐渐增大最终趋于稳定型、先增加后快速下降再缓慢增加型和先增加后快速下降至0型;根据拱顶及拱顶上方岩层竖向应力曲线,可将隧道拱顶上方岩层分为3种状态,拱顶上方0~50 m应力释放“高影响区”,拱顶上方50~150 m岩层属于应力释放“次影响区”,拱顶上方150 m以上岩层属于应力释放“缓影响区”。     

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚拱顶拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。     

深埋隧道穿煤段围岩—支护结构变形特征研究

利用围岩位移、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测和有限元数值模拟分析了通渝隧道穿煤段隧道穿过煤段围岩—支护结构变形特征及稳定性分析.研究结果表明:穿煤段受高地应力与岩体结构影响,围岩初期变形剧烈,位移释放量大,整个变形持续时间长,拱顶下沉尤为显著,下沉量约为水平收敛的3倍;围岩浅部较深部变形快、大,且松动圈为2.5～3.0m;隧道环向受力不均等特征.这为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要科学依据.     

非对称连拱隧道不同开挖方案的比较分析

根据某高速公路非对称连拱隧道衬砌结构形式, 针对地表平、地表顺倾斜和地表逆倾斜等地表倾斜情况建立了相应的有限元分析模型, 选取围岩稳定性、衬砌安全性和偏压情况等反映隧道稳定性的性能指标, 采用数值模拟方法综合分析了不同地表倾斜情况下不同开挖方案对隧道稳定性的影响。结果表明, 地表倾斜状况显著影响非对称连拱隧道围岩和衬砌的受力和变形情况, 非对称连拱隧道地表平时应采用先大洞后小洞的开挖方案, 地表倾斜时必须综合考虑地表倾斜情况和大小洞的跨度差异, 才能合理确定开挖方案。非对称连拱隧道隧洞开挖时, 先开挖一侧的围岩应力释放会引起另一侧未开挖岩体的竖向应力增大, 导致另一侧岩体开挖时释放的荷载也相应增大, 使后开挖一侧隧洞的围岩位移和应力增大;开挖过程中应使左右洞的应力释放量尽量接近, 降低最终拱顶沉降和拱顶围压拉应力, 确保隧道围岩稳定及衬砌结构安全。     

乌鞘岭隧道岭脊段极限位移及变形控制基准的研究

乌鞘岭隧道岭脊段千枚岩地层地应力高,围岩松软.隧道开挖后,围岩收敛变形较大.施工过程中,曾出现格栅拱架扭曲变形,局部地段二衬开裂等现象.为了选择合理的支护参数,制定合理的支护措施,有效地控制隧道变形,对该区段隧道施工时的极限位移进行了数值模拟分析,并结合现场量测结果,制定了施工过程位移控制基准,用于指导施工,取得了明显的效果.     

有无内支撑式型钢拱架在偏压隧道中的对比应用

针对浅埋偏压隧道初支围岩压力不均,型钢拱架作为常用的初支方式容易产生局部失稳破坏的现象,通过在某隧道FK45+500和FK45+600两断面分别安装无内支撑式型钢拱架和内支撑式型钢拱架,在各测点布置测试元件,对两断面的围岩压力、位移以及拱架的结构内力进行监测分析。     

近地表条件下平斜井巷道衬砌结构研究

由于巷道围岩力学性质不佳、初期支护所采用的衬砌截面较薄等因素,处于不良地质条件下的巷道在二次支护之前经常会产生变形,既影响施工进度,又危及施工人员安全。基于上述问题将近地表条件下巷道初期支护衬砌结构简化为两铰拱,利用结构力学原理推导了拱脚为活动铰半圆拱拱圈弯矩及轴力计算公式。以新疆伊犁煤矿一号矿井回风井为工程背景,采用FLAC3D软件对伊犁煤矿巷道开挖后的初期支护进行数值模拟。结果表明衬砌厚度、围岩级别对衬砌半圆拱内力分布有很大影响：当衬砌厚度及围岩强度级别都减少时,半圆拱拱脚处弯矩及轴力呈同步下降的趋势|半圆拱弯矩最大值在衬砌拱脚厚度为拱顶厚度1～1.5倍之间波动最为剧烈,在衬砌拱脚厚度进一步增长后趋于平稳。当衬砌厚度不足、围岩强度水平较低时,围岩弹性抗力对半圆拱拱脚轴力影响更大,表明活动铰计算方法更适合此种力学环境下的内力计算。     

隧道格栅拱架喷射混凝土支护力学特性

目前大部分山岭隧道均采用"新奥法"施工,在"新奥法"施工中"格栅拱架+喷射混凝土"被作为初期支护结构越来越被工程界广泛采用,但其二者间相互作用的力学机理及其对支护效果的影响研究还不够充分。因此利用弹性薄壳理论建立了"格栅拱架+喷射混凝土"的力学分析模型,结合工程实例得到了"格栅拱架+喷射混凝土"初期支护的弹性解,分析了初期支护的力学特性。研究了喷层厚度及拱架间距对支护效果的影响,当格栅拱架间距在0.6~1.0 m调整时,格栅拱架间距对支护效果影响不是很明显,当喷射混凝土层达到设计强度后,围岩荷载主要由混凝土层承担。     

隧道二次衬砌欠厚整治技术探究

二次衬砌厚度不足病害直接降低隧道结构的可靠度。以某隧道为研究对象,对左线和右线二次衬砌厚度不足病害进行整治,从纵向里程变化和横断面不同位置两个方面对病害进行统计分析,采用结构计算软件对衬砌结构受力进行数值模拟以验证整治效果,以期能够为隧道二次衬砌厚度不足病害整治提供借鉴。取得结果如下:(1)在横断面位置上,拱顶处二次衬砌厚度不足病害最严重,且由拱顶经拱腰至拱脚,缺陷率依次减小;(2)在纵向里程上,左线拱顶处ZK125+400~ZK125+800、拱腰处ZK126+200~ZK127+200、ZK127+400~ZK128+200段,右线拱顶处K125+900~K127+800段,左拱腰处K125+400~K126+400,右拱腰处K126+600~K127+600段二次衬砌厚度不足病害最严重,建议加强衬砌质量检测;(3)得到二次衬砌厚度不足病害整治前后衬砌结构的内力及安全系数变化,整治后衬砌结构的承载力明显增强,拱腰和墙脚处安全系数显著增大,十分利于坑道侧壁的受力,证明整治措施有效。     

深部层状围岩偏压特征分析

层状岩体是地下工程中经常遇到的一种岩体,具有明显的各向异性力学性质,其变形破坏特征与均值岩体相比表现得更为复杂.根据共和隧道地质调查和地应力量测的资料分析,隧道围岩偏压现象与地应力和岩性有极大的相关性.通过对隧道初期支护开裂段围岩位移收敛、围岩接触压力和锚杆轴向力监测,其结果表明,围岩变形及应力都在右拱肩处最大,即靠河侧大于靠山侧,与初始地应力的最大主应力方向不一致.因此,通过现场监测提前了解围岩—支护结构的变形及受力状况,及时修改了支护参数,避免了隧道垮塌等恶性事件的发生,从而有效地指导了隧道施工和设计.     

并行超小净距公路隧道施工变形监测分析

结合并行超小净距公路隧道工程实践,介绍了施工过程中围岩变形监测方案,主要对隧道地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛和围岩内部位移等监测项目进行了相关探讨;基于监测结果,分析了该隧道施工过程中围岩变形规律和特点,为隧道支护合理时机和衬砌参数的优化提供了重要依据和参考,也确保了隧道施工安全.     

三层衬砌在高应力软岩隧道支护中的应用研究

以罗家隧道高应力软岩为例, 对隧道衬砌支护进行了探讨。采用三层衬砌设计, 一方面允许围岩产生一定变形, 增大变形释放掉的围岩压力; 另一方面提供较大的支护力, 防止围岩产生大变形, 保证隧道衬砌结构的安全。数值计算及现场监控数据表明, 三层衬砌设计合理, 对类似工程有一定借鉴意义。     

实测和规范荷载作用下地铁隧道二次衬砌的安全性对比分析

依托青岛地铁2号线五南区间隧道工程,采用现场监测方法得到浅埋花岗岩地铁隧道初期支护与二次衬砌间接触压力,然后结合铁路隧道设计规范计算作用于衬砌结构的计算荷载,采用荷载结构模型分别计算实测和规范荷载作用下的二次衬砌结构的安全系数并进行对比分析,得出实测荷载作用下二次衬砌的安全系数远高于规范荷载作用下的安全系数,为二次衬砌结构的设计提供了更加合理的建议。     

公路隧道衬砌技术的发展

从衬砌拱架技术和隧道防水两方面论述了公路隧道衬砌技术的发展过程,衬砌拱架技术经历了组装式拱架、横板台车、大模板台车的发展阶段,指出了各种技术的应用范围;隧道防水技术则经历了抗渗混凝土防水和塑料防水板防水阶段.     

深井井底车场高地应力硐室群稳定性分析

针对淮南朱集煤矿井底车场中央水泵房这一深埋大断面大规模高地应力松软围岩硐室群的长期稳定性问题,通过数值模拟研究了水泵房开挖、支护后围岩变形和应力场分布特征,采用振弦式混凝土应变计、钢筋应力计、压力盒监测水泵房二次衬砌,获取了二次衬砌混凝土应变、钢筋应力、二次衬砌所受压力的演化规律,分析评价了水泵房围岩稳定性和钢筋混凝土二次衬砌受力状态及其稳定性。数值模拟结果与现场监测结果吻合较好,研究结果表明：一次支护和二次衬砌支护后,泵房围岩变形收敛稳定,二次衬砌受力状态良好,所受最大围岩压力为62．5MPa,安全可靠,钢筋应力值、混凝土应变均未超过强度值。     

考虑溶洞影响条件下的隧道衬砌受力数值模拟分析

以云南蒙文砚高速公路项目东山隧道施工为依托,通过有限元分析软件abaqus从三个方面模拟溶洞对隧道衬砌受力的影响情况。这三个方面包括不同大小、距离隧道开挖面远近不同、与隧道竖轴夹角不同的溶洞对隧道衬砌的影响。当溶洞洞径2 m,距离隧道6 m时,随着溶洞中心与隧道衬砌轴线所夹角度变大,隧道拱墙和仰拱的Mises应力呈增大趋势;拱顶应力值则先减小,后增加。当溶洞洞径2 m,与隧道角度45°时,随着溶洞与隧道的距离不断增大,拱顶和拱墙处的Mises应力总体呈降低趋势;仰拱应力则是先增大后减小。当溶洞与隧道角度45°,距离6 m时,随着溶洞洞径不断变大,拱墙和仰拱处的Mises应力整体呈上升趋势;拱顶处则相反随着溶洞尺寸变大,其应力值在不断减小。与拱顶和仰拱相比,隧道衬砌拱墙处的应力值明显偏大。     

基于随机有限元理论的连拱隧道结构可靠性分析

应用基于神经网络的随机有限元方法, 把截面抗压强度条件视为承载能力的极限状态, 把截面受拉开裂条件视为正常使用的极限状态, 进行某高速公路连拱隧道衬砌结构可靠性分析, 得出了衬砌结构可靠度指标的分布规律和衬砌结构的概率破坏规律。按照抗压条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱墙的侧部, 而最大可靠度指标位于拱顶部位, 说明隧道衬砌结构的受压破坏容易发生在拱墙的侧部; 按照衬砌结构的抗裂条件计算, 衬砌结构的最小可靠度指标位于拱顶部位, 而最大可靠度指标位于拱墙的侧部, 说明隧道衬砌结构的受拉破坏容易从拱顶部位开始, 而拱墙侧部产生受拉开裂的可能性较小。     

炸山嘴隧道围岩大变形特征及其控制措施

强风化砂岩围岩自身承载能力弱,遇水后其强度迅速降低,发生围岩大变形的概率极大。该文以固西公路炸山嘴隧道工程为依托,通过现场监测,分析了强风化砂岩段围岩大变形的特点及其变形机理,并结合实际施工情况,提出了强风化砂岩围岩大变形的控制措施。得出在强风化砂岩段发生大变形的条件下,可通过施做临时刚护拱、临时仰拱以及临时支撑等加固补强措施,以稳住围岩变形;在强风化砂岩地区开挖隧道,应提高其支护体系的整体刚度,并在换拱时采用微型爆破、逐榀换拱等方法以减少对围岩的扰动,同时应及时施做仰拱和二次衬砌。所得结果为相似地质条件下隧道的施工提供借鉴。