乔家山隧道粘土岩大变形及支护结构稳定性分析

在大西客运专线乔家山隧道粘土岩地层前期施工中,支护结构出现大变形现象和混凝土开裂。为了寻求粘土岩地层隧道的有效支护方案,采用室内外试验对粘土岩物理特性展开了调查。物相分析和微观结构试验结果表明,该粘土岩中含有较多的片状粘土矿物绿泥石和伊利石,致使现场围岩具有流变特性。针对围岩流变大变形,优化调整了支护结构参数。选取典型断面进行支护结构内力监测,结果表明,初期支护钢拱架和二次衬砌混凝土基本上呈受压状态,钢拱架均有部位压应力达到或接近于钢材的屈服强度。然而,在初期支护强度充分发挥基础上,及时施做二次衬砌。二次衬砌受力较小,有效地保证了粘土岩地层的隧道结构安全。本研究可望为粘土岩地层隧道设计和施工提供借鉴,具有一定的工程应用价值。     

考虑围岩蠕变特性的隧道二衬合理支护时机确定方法

 通过对考虑隧道围岩蠕变特性的初衬变形的理论公式的分析,利用现场实测数据的拟合公式,确定了围岩的流变参数。结合规范对于隧道二衬支护时间的确定准则,确定各级别围岩中隧道二次衬砌支护的合理时机,并利用已知的流变参数进一步求得不同初衬厚度、开挖跨度时的二衬合理支护时机。给出的流变参数和二衬合理支护时机,可为类似工程参考。     

木寨岭隧道大变形分级标准与支护时机研究

依托兰渝铁路木寨岭隧道工程,对建设过程中大量监控量测数据的统计分析,获得了木寨岭隧道最大水平收敛变形、沉降变形以及挤压大变形的分布规律。基于现场监控量测数据和现场施工过程调查,从有利于应力释放、支护变形可控及降低二衬挤压形变压力的角度,建立了炭质板岩隧道支护位移管理基准和挤压大变形分级标准,这些标准对于炭质板岩等挤压大变形地层中隧道的建设管理具有重要指导意义。最后,基于监控量测得到的初期支护收敛速率与大变形分级标准,开展了炭质板岩隧道二衬施作时机研究,结合工程经验类比,得到了大变形地层二衬施作时机的变形控制基准。这些基准在木寨岭隧道等其他隧道工程中得到了广泛的应用。     

全风化断层破碎带公路隧道施工技术

三亚某公路隧道穿越一条石英岩断层破碎带,隧道开挖揭示该断层破碎带呈全风化状态,地层自稳能力极差。在施工中出现了涌泥、拱部大变形及变形严重侵限等问题,采用原来的台阶法施工无法保证施工安全。通过对比分析,采用水泥-水玻璃双浆液注浆加固隧道周边地层,然后进行中管棚超前支护,采用六分部CRD法开挖,及时封闭每一部支护结构,增强隧道支护结构的刚度,控制隧道变形。用三维数值模拟方法对CRD施工过程中隧道变形、支护和二衬受力进行了分析,验证了施工方法的可行性。现场监测结果和施工效果表明,所采用施工方案能有效保证隧道施工安全。     

软弱地层浅埋大跨双连拱隧道支护结构受力现场监测试验研究

由于跨度大,施工分步多,软弱地层大跨度连拱隧道支护结构受力规律难以把握,双连拱隧道设计施工难度较大。本文依托南山路浅埋大跨双连拱隧道工程,通过现场试验研究双连拱隧道施工过程初期支护和二次衬砌的受力,着重分析了围岩压力、钢架应力、初期支护与二衬接触压力、二衬钢筋应力的变化规律,结果表明:(1)由于后行洞的施工对先行洞围岩的扰动,使先行洞围岩发生多次应力重分布,使得先行洞受力比后行洞受力大且变化更为复杂;(2)拱顶和拱脚位置是整个结构受力最大的位置,仰拱封闭会使结构受力减小,因此及时使结构封闭成环有利于结构受力;(3)二衬承受了一定的围岩压力,且可以在较短时间内达到稳定受力状态,在现场二衬施做步距下,二衬不会发生屈服破坏。     

千枚岩隧道传统与新型支护结构现场对比试验研究

 以在建穿越5•12汶川强震区成都至兰州高速铁路站前试验段某隧道大变形极高风险段为工程依托,运用现场试验与数值模拟手段,针对传统的型钢拱架和新型自主研发的钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,分别对围岩收敛变形、围岩深部位移、围岩与初支接触压力、拱架内力、锚杆轴力、初支与二衬接触压力以及二衬轴向应变变化特征与规律进行研究。结果表明钢格栅混凝土核心筒支护结构体系可有效控制强震区软弱破碎围岩隧道大变形,结构体系变形及受力合理,可为类似工程建设提供借鉴。     

海底隧道风化囊围岩-支护系统相互作用的流变时效研究

厦门海底隧道工程穿越四条断层破碎带,破碎带处洞体围岩软弱、破碎,岩石主要为风化破碎类花岗岩,其流变时效属性非常显著。通过对风化破碎类花岗岩试样进行流变试验研究,建立适合风化囊围岩特点的流变力学模型;再在考虑围岩流变时效的基础上,采用有限元数值模拟方法,开展风化囊围岩-支护系统的相互作用研究。研究表明:松散破碎岩体的流变时效作用明显,在隧道的设计施工中必须计入粘性蠕变的影响;风化囊区段的隧道二衬厚度采用60cm是合适的,不宜再过分增厚;为确保工程安全,开挖后立即施作初期支护,紧跟施作二衬支护。最后,阐述了围岩变形速率比值判别的施工变形控制方法,在判据认定的险情区段,必须实时加固,避免塌方。     

破碎千枚岩隧道施工工法比选试验研究

 为探明破碎千枚岩隧道在不同工法下的变形及支护力学响应特征,寻求一套适宜该种地层的合理工法体系,以该地层的隧道开挖为依托,采取现场试验与数值模拟相结合的方法,研究隧道在7种不同工法下的洞周变形、锚杆轴力、围岩–初期支护和初期支护–二衬接触压力、拱架及二衬内力变化规律。研究表明：工法S1,S2因较易引发洞室大变形等病害而不适合隧道开挖;工法S3能满足开挖条件但需增强支护参数体系;工法S4～S7均能有效抑制变形、保障隧道稳定,其中,工法S5,S6以支护承受较大荷载为代价,且施工难度大、工期长、造价高,工法S7对围岩扰动次数最多且初期支护不能及时封闭成环,工法S4既可抑制围岩变形,减小作用至衬砌的形变压力,又可提供稳定的支护力,在特殊地层时该法能迅速转变成工法S6,S7,缩短工法转换时间,有利于破碎千枚岩等软岩隧道的长期稳定。     

隧道初期支护变形侵限分析及补强设计检算

不良地质条件等原因造成某高铁隧道初期支护发生侵限变形，隧道二次衬砌厚度不能满足原设计的要求，经过对初期支护侵限变形段落的现场量测数据分析，该段初期支护变形已趋于稳定。为减少拆换钢架对隧道初期支护造成的扰动，确保隧道施工和隧道结构安全，采取减薄隧道二次衬砌厚度并对二次衬砌钢筋进行补强的方法进行变更设计，利用Midas-GTS NX软件对隧道二衬结构进行有限元检算分析，得出补强设计的衬砌安全系数满足规范要求，并较侵限段安全系数有增加等结论。按照补强设计施工完成后，隧道侵限段结构安全稳定，未发生变形开裂现象。     

闭合支护体系在兰渝铁路软弱围岩隧道中的应用

以兰渝铁路LYS-2标段胡家湾隧道、马家坡隧道为背景,揭示了断层破碎岩体、上第三系粉细砂岩等软弱围岩地质特征和变形特征;分析了隧道软弱围岩大变形的产生原因,并提出了通过形成断面闭合支护体系控制软岩大变形的施工方法.结合现场上台阶临时仰拱法、CRD法施工,介绍软弱围岩隧道闭合支护体系的形成过程.实践证明,闭合支护体系应用于兰渝铁路LYS-2标软弱围岩隧道大变形控制中取得了较好的效果.     

挤压性破碎软岩隧道大变形特征及机制研究

在高地应力软岩地层中开挖隧道,易引发挤压性大变形,是隧道建设中的主要难题之一。依托成(成都)兰(兰州)铁路茂县隧道,通过岩石试验和现场测试,分析茂县隧道的变形特征及破坏模式,研究挤压性软岩大变形隧道的变形和支护作用机制。研究结果表明:高地应力软岩隧道施工期间围岩变形量大、速率快,围岩的挤压流动现象明显,变形持续时间长;围岩松动圈层数多、范围广,拱部锚杆受压,与围岩形成"压缩带",共同承载;支护结构承受较大的围岩形变压力,初支钢架多为"屈服承载"或破坏,破坏形式多样,但位置集中;围岩以剪切破坏为主,裂隙扩容现象明显,注浆对加固围岩及保持锚杆作用效果显著;多层支护可有控制的释放围岩变形,改善结构受力,降低围岩流变特性的影响。     

高地应力软岩隧道中型钢与格栅支护适应性现场对比试验研究

结合正在修建的兰新铁路第二双线LXS-7标存在极高地应力的大梁隧道,系统开展型钢钢架与格栅钢架在高地应力软岩隧道支护中适应性的现场对比试验研究。现场设置型钢钢架支护段与格栅钢架支护段各20 m,通过现场试验及三维数值仿真模拟,对施工过程中的围岩位移、初支钢架应力、围岩-初期支护接触压力进行对比分析,结果表明：(1)在高地应力软岩隧道支护中,型钢钢架对沉降及水平位移的约束作用较强,但支护后期变形呈现台阶式增长趋势,支护设立2个月后仍无明显收敛趋势。相应地,支护结构承受了较大的围岩压力,试验断面围岩-初期支护接触压力最大值为336 kPa,钢架应力较大;二衬施作后围岩变形仍在增加,对二衬结构会有一定影响。(2)格栅钢架属于柔性支护,初期支护设立一周后拱顶累计变形达350 mm,可较好地释放高地应力区围岩应力与变形,但支护内力及变形急剧增加无法收敛。(3)为更好地控制围岩变形,在格栅支护设立一周后增设工字钢套拱作为后期刚性支护,围岩变形曲线呈现明显收敛趋势,洞室变形稳定至446 mm。断面围岩-初期支护接触压力实测最大值为190 kPa,有效地控制支护的变形与格栅应力。(4)试验表明,现场采用“先柔后刚”的支护原则,即先架立格栅后加设套拱对高地应力软岩隧道进行支护,可有效控制软岩大变形及支护内力,结构合理。经济性分析也表明,此支护形式具有较好的经济性,是一种可适用于高地应力软岩隧道的支护结构。     

模架法在大断面地铁隧道施工中的应用

在城市地铁隧道的施工中,通常采用CD、CRD或双侧壁导坑法施工,二衬施工时需拆除临时支护结构,可能引起隧道变形开裂、地层过大沉降等不良后果.石家庄地铁一号线项目,采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,较台车施做二衬结构相比,降低了施工机械购买成本,加快了施工进度,降低了大断面的变形和地面沉降、对类似工程具有借鉴意义.     

关于北京地铁复合地层盾构选型的分析

北京地铁9号线6标盾构隧道穿越地层为第三系强风化～中等风化粘土岩、砾岩及卵砾、圆砾层,局部为粉质粘土、细砂层。在隧道范围内随机分布有大粒径卵石和漂石,区间隧道大部分处于潜水层中,且需穿越310m宽的玉渊潭东湖。本文根据北京地区的各种情况对盾构机选型问题进行探讨。     

基于安全系数的隧道二次衬砌支护设计新方法

通过Phase2软件,对圆形隧道开挖过程中围岩的变形和衬砌结构内力进行了分析,确定了满足收敛约束法原理的二衬支护时机和满足安全系数为1.4的支护方案,并给出了其具体的应用步骤,该分析方法为定量设计和改进隧道二衬支护方案提供了新思路。     

含水率对粉质黏土隧道稳定性的影响机制

粉质黏土地层含水率变化范围大、力学性能受含水率影响大，在该地层中修建隧道含水率对隧道稳定性影响极大。基于以上背景，依托杨(柳)宣(威)高速公路大营坡隧道，开展含水率变化对粉质黏土隧道稳定性的影响研究。首先分析大营坡隧道失稳段的变形特征及其变形机制，通过三轴压缩试验得到不同含水率粉质黏土的力学参数；其次基于试验数据应用数值计算方法，研究考虑隧道周边不同区域粉质黏土含水率变化对隧道稳定性的影响机制；最终提出粉质黏土隧道失稳判别基准。研究结果表明：(1)该地区粉质黏土具有较强的水敏性，力学性能随含水率升高显著下降，含水率达到40%时，其抗剪强度与弹性模量仅为含水率15%时的10%～20%，含水率的上升造成隧道的整体沉降，大营坡隧道最大沉降量76.7 cm;(2)粉质黏土隧道稳定性随含水率变化可分为4个阶段：稳定阶段(15%～25%)、预警阶段(25%～27.5%)、报警阶段(27.5%～wcr)及失稳阶段(>wcr);(3)拱脚区域围岩含水率升高导致地基承载力不足而无法提供足够的支护抗力，是造成初期支护整体下沉、错台及严重侵限的主要原因。     

泥质粉砂岩隧道变形及长期稳定性研究

以广东省惠清高速太和洞隧道工程为依托,通过室内试验和数值模拟,对典型软岩隧道大变形问题进行了研究。首先通过FLAC3D数值模拟软件对隧道开挖阶段的受力特征、施工变形进行计算;其次考虑了流变效应,通过单轴压缩流变试验得到泥质粉砂岩的应变-时间曲线,选取伯格斯黏弹性模型拟合出相关流变参数并运用于隧道长期变形的模拟计算中,对隧道运营期稳定性做出了评价。研究结果表明:(1)泥质粉砂岩具有明显的蠕变特性,在270 kPa左右的应力水平下进入非稳定蠕变阶段;(2)伯格斯黏弹性模型能够较好地描述泥质粉砂岩的流变特性;(3)隧道开挖阶段拱顶、拱底处有明显的应力释放,拱脚处有应力集中现象,右洞支护结构对围岩稳定性的提升,使左洞开挖阶段围岩的受力状态、变形情况均优于右洞;(4)隧道在运营期7年以前表现出较明显的蠕变特性,7年之后进入稳定阶段。     

高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

 为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出：初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。     

成兰铁路千枚岩隧道初期支护形式试验研究

在高地应力软岩地层中开挖隧道,易发生大变形,合理地选用初期支护的钢架形式,对软岩大变形的控制是非常重要的。本文依托成兰铁路-茂县隧道,通过现场试验和数值计算研究挤压性软岩大变形隧道的初支钢架选型,主要得出以下结论：（1）高地应力软岩隧道不宜选用强度较弱的钢架作为第一层支护,第一层支护应能保证支护封闭时的合理洞形|（2）挤压性大变形隧道宜采用多层、多次的支护方法,适当释放围岩应力,保证隧道的长期稳定|（3）大变形隧道多采用分部工法开挖,易导致支护结构受力不均,应提早支护封闭时机,改善结构受力。     

郑万高铁苏家岩隧道应力应变施工技术研究

针对高铁隧道IV, V级软弱围岩采用的大断面开挖工法,为确保作业安全,现场在围岩变形量测的基础上,对围岩、锚杆、钢架、初期支护混凝土、二衬混凝土进行了应力应变监测,切实掌握隧道开挖后,围岩、初期支护结构、二衬的各阶段受力状态,通过二者数据的对比分析,掌握软弱围岩条件下围岩变形速率、受力状态及稳定性评价,从而判断施工是否安全,可为类似作业工法提供经验借鉴。