薄层炭质板岩地层隧道围岩大变形特征及支护方法研究

依托香丽高速海巴洛隧道,针对隧道施工中的大变形以及二衬、仰拱填充开裂情况,结合隧道变形监测数据和FLAC3D数值软件,采用广义Hoek-Brown准则反演围岩参数,开展高海拔地区炭质板岩地层隧道大变形特征分析和支护优化研究。结果表明:高海拔地区薄层炭质板岩隧道围岩变形特征为:初期变形速率大且持续时间长、变形量大、变形在空间上的不对称性以及受开挖扰动影响大。当选取SF5c支护形式,锁脚锚管采用直径Φ42mm,长4.5 m,打设角度45°,注浆范围1 m时,能较好的控制围岩变形,以期为类似工程提供参考。     

隧道各向异性软岩力学参数反演及蠕变研究

在高地应力条件下具有层理构造的横观各向同性软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的流变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。采用数值模型模拟木寨岭隧道大战沟斜井试验洞的开挖蠕变过程,建立并验证了隧道宏观变形特征值与围岩力学计算参数之间的BP神经网络。在此基础上根据6+90试验洞现场变形监测数据,反演得到了该处炭质板岩的塑性及蠕变力学参数。应用另两处监测断面的现场监测曲线验证了基于BP神经网络的反演方法及所得炭质板岩力学参数的可靠性。另外分析了横观各向同性炭质板岩的开挖蠕变力学变形性质,对高地应力条件下横观各向同性软弱围岩中隧洞开挖及支护结构的设计、施工具有重要的指导意义。     

雅康高速公路二郎山隧道花岗岩区二衬支护时机分析

如何确定二次衬砌的合理施作时机一直是新奥法隧道施工中的热点、难点问题。为了研究二郎山隧道花岗岩区二衬支护时机,首先,结合现场实测数据分析了隧道变形的特征规律,总结归纳出两类变形时程曲线并分析了曲线形态差异的原因和产生条件;然后,根据现场实测数据的回归分析和数值拟合得到了Ⅲ级和Ⅳ级围岩净空变形的预测公式;最后,基于现场监控量测反分析法、收敛限制半解析法,以变形量、时间、空间参数的形式给出了Ⅲ级和Ⅳ级围岩下的二衬支护时机。结果表明:(1)实测变形时程曲线有两类;(2)Ⅲ级围岩二衬支护时机:周边收敛量为8.2~9.2 mm、拱顶下沉量为6.9~7.8 mm,开挖后的第11天,距离掌子面24~35 m;(3)Ⅳ级围岩二衬支护时机:周边收敛量为16.8~18.9 mm、拱顶下沉量为10.0~11.2 mm,开挖后的第16天,距离掌子面46~65 m。研究成果可对二郎山隧道后续花岗岩区施工和同类工程提供参考。     

小净距泊上隧道现场监控量测分析

以贵州省余庆县白泥镇泊上隧道为例,通过现场监控量测,运用指数模型对监测数据进行回归分析,推测围岩最大变形量,并结合变形速率和变形加速度判断围岩收敛情况,指导隧道二衬施作时机,为以后类似工程实践提供经验。     

软岩隧道变形特性与监控预警体系优化

以四川绵阳市梅家沟软岩隧道为工程背景,分析了现场软岩隧道大变形特性和机理。基于监控量测数据对隧道的周边收敛和拱顶下沉的变形规律进行了研究。基于数理统计的原理对数据进行统计分析,结合现场分步开挖工况,提出了隧道台阶法开挖下分级分步,动态预警的监控思想。依据现场软岩隧道预警频率,确定周边收敛的分级预警阈值,建立了周边收敛预警体系,总结了实时监测的适用条件。工程现场监控实践表明:该预警体系能够充分发挥支护结构的承载能力,为现场安全施工提供有效的判据,并给支护体系的优化提供积极的指导作用,对开展软岩隧道施工监控量测工作具有重要的实践价值。     

大坪正洞右线双根H175型钢临时横支撑施工技术

新建兰渝铁路木寨岭隧道穿越木寨岭高山区,主要以二叠系下统的板岩为主,实测隧道水平地应力处于极高地应力状态,大坪正洞右线兰州方向施工以来,变形量一直较大,出现了初期支护侵限,二次衬砌开裂现象。为控制围岩变形,采取拱部和边墙范围径向注浆加固围岩,H175型钢临时横支撑,H型钢可明显提高钢架承载力和抗扭性能;监控量测数据反映单根H175型钢横支撑不能有效抵抗变形,遂采用双根H175型钢横向支撑。双根H175型钢比单根的抗扭截面大,架立后能直接承受荷载,从而有效地遏制了围岩变形,增强了支护结构的稳定性,增加了施工安全性,最终为围岩应力重分布和二次衬砌的施作争取了时间。     

玄武岩隧道两台阶法施工过程中支护受力及变形监测分析

本文工程背景为丽香铁路中义隧道。该隧道位置地质构造复杂,新构造运动剧烈,岩体整体性差,且高跨比较大（约1.4）,边墙结构设计为直墙,对水平收敛控制有不利影响,造成开挖后围岩有较明显变形。采用现场监测与理论分析相协同的方法,对玄武岩隧道两台阶法施工过程中结构受力及隧道拱顶下沉和水平净空收敛变形进行监测,获取监控数据以反映现场初支变形情况,为支护参数调整、二衬施作时机等提供参考。     

基于现场实测的炭质板岩隧道围岩大变形与衬砌受力特征研究

炭质板岩是西南地区普遍存在的一种典型软岩,隧道开挖过程中极易发生大变形、局部垮塌等灾害,甚至造成重大经济损失与人员伤亡。以香丽高速公路海巴洛隧道典型炭质板岩工程为背景,通过对炭质板岩围岩位移、初支内力和二衬内力的施工全过程进行监测,探讨不同施工阶段隧道大变形段衬砌受力特征。分析结果表明:上台阶开挖是围岩变形的主要发生阶段,且围岩变形呈现出"左小右大"的不对称变形模式,最大沉降(208.9mm)发生在右拱肩处;钢拱架应力沿洞周分布特点为"上大下小",上台阶最大压应力值为550.4 MPa,下台阶最大压应力值为134.9 MPa;初支拱顶、左拱肩、右拱肩监测点及二衬混凝土左仰拱处安全系数均小于规范限值,支护结构偏于危险。研究成果可为类似炭质板岩隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

基于核心土加固的破碎炭质板岩隧道大变形施工控制技术研究

云南地区地形地质条件复杂,隧道修建过程中常出现软岩大变形的危害。文章以新建大(理)临(沧)铁路杏子山隧道破碎炭质板岩段为工程依托,通过现场监测与理论分析,初步确定隧道大变形规律及产生的原因。在此基础上,针对原有施工工法进行优化,提出基于核心土加固的适用于破碎炭质板岩隧道的大变形施工控制措施,并对优化工法后的支护效果进行对比分析。现场实践表明:超前大管棚及玻璃纤维锚杆加固核心土,加强纵向连接器设置可有效控制破碎炭质板岩隧道大变形,并保证隧道有合理的施工进度。研究成果对今后类似地层的隧道施工具有一定的参考意义。     

第三系粉质粘土地层隧道大变形控制技术研究

结合某第三系粉质粘土地层隧道实体工程,对第三系粉质粘土地层隧道大变形控制技术进行研究;针对此类围岩大变形现象,进行的室内物相和微观结构试验表明第三系粉质粘土含有大量能产生大变形的片状粘土矿物,室外现场直剪流变试验,验证了第三系粉质粘土具有流变特性;采用数值分析方法研究了流变对隧道结构安全的影响,通过增强支护强度以及提高初支和二衬之间预留变形量的方式来改善隧道设计和施工工艺,让流变引起的主体变形在二衬施作前完成,最后通过现场监测结果验证优化后的隧道支护设计和施工方法。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

复杂地质条件下隧道三维变形规律分析

对乌鞘岭隧道岭脊F7断层和志留系地层的三维位移进行现场测试,并与三维数值计算结果进行对比分析;采用均值比较方法分析F7断层和板岩地段的三维变形规律,并与地应力场反演结果进行印证分析。结果表明,F7断层和千枚岩地段软岩隧道三维位移十分明显,具有隧道大变形特性,其纵向位移背离开挖面方向发展并在相距开挖面约2.0倍洞径时趋于稳定状态;F7断层地段隧道三维位移呈不均匀对称地发展变化,而板岩地段三维位移变化的一致性较好;隧道三维变形规律与隧道区域地应力场的分布存在相互印证关系。因此,在复杂地质条件下开展隧道三维位移测试并掌握其三维变形规律,对隧道工程的修建具有较大的指导作用。     

软岩隧道湿喷纤维砼支护施工过程非线性分析

在赣州-龙岩铁路DKl33 095～DKl38 237段软弱围岩单线隧道施工过程中,采用湿喷纤维混凝土作为支护结构.介绍了隧道围岩的地质情况和隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工工艺,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟.分析模型考虑了台阶步施工过程中围岩应力的释放效应,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,并指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

单斜构造软硬互层围岩隧道变形特征及控制对策

为探究单斜构造软硬互层围岩隧道在不同岩层倾角下的变形特征,以渭源至武都高速公路木寨岭隧道工程为依托,对炭质千枚岩和砂质板岩互层围岩隧道开展了现场调研和现场监测,分析了隧道变形特征及影响因素; 利用有限差分软件FLAC 3D建立三维数值模型,研究了不同岩层倾角下的隧道变形规律; 针对不同的变形特征,总结了针对性的隧道变形控制措施。结果表明:隧道变形主要受岩层倾角和地下水影响,在单斜构造地层条件下隧道呈现出明显的非对称变形,隧道一侧岩层易发生弯曲变形和破坏,建议采用“非对称布设和长-短组合搭配”的预应力锚索对围岩进行主动加固; 在地下水汇集的情况下,隧道另一侧岩层易沿弱面发生顺层滑移破坏,应注意排水,避免地下水在初期支护背后汇集,减小地下水对围岩稳定性及初期支护变形的影响; 当岩层倾角小于50°时,隧道变形表现为沉降大于水平收敛; 当岩层倾角大于50°时,隧道变形则表现为水平收敛大于沉降; 隧道最大沉降随岩层倾角呈三角函数规律变化,当岩层倾角为40°～50°时,隧道沉降达到最大值; 最大收敛变形随岩层倾角呈指数规律变化,即岩层倾角越大,隧道收敛变形越显著。     

Displacement characteristics of high-speed railway tunnel construction in loess ground by using multi-step excavation method

The sequential excavation method (SEM), in which the tunnel face is partitioned into several temporary drifts, can promote face stability and reduce ground displacement. Three-bench seven-step excavation method (TSEM) as a kind of the SEM, which can stabilize the tunnel face but does not require any additional support, has been widely used in loess tunnels with large cross-sections for high-speed railway (HSR) in China. This study focuses on the effects of TSEM on the displacement characteristics for HSR tunnels in loess ground. A series of in-situ tests and numerical simulations were conducted to reveal displacement characteristics and obtain optimal construction approaches for large-span loess tunnels in China. The strata around the loess tunnels have undergone significant settlement either at the arch part or at the ground surface due to loess’s metastable structure especially in the new loess ground. Upper strata above loess tunnels subsided as a whole, and the subsidence developed suddenly and devastatingly. Large residual ground surface settlements still occurred after the ring closure of the primary support even after the application of the upper lining. The best construction approach of TSEM was proposed for its potential to limit surface and subsurface ground displacements, as revealed both by numerical simulation and field monitoring.     

厦门海底隧道地层变形监测与机制分析

厦门海底隧道施工过程中,工程技术人员将临着陆域段地层大变形、砂层施工控制、全风化花岗岩地层变形机制以及如何穿越结构交界面和全(强)风化深槽(囊)等诸多难题,这些都迫切需要深入研究海底隧道上覆地层的变形规律以及地层变形发展的机制和控制技术。通过陆域段地层变形实测以及对隧道施工过程进行三维流固耦合数值模拟分析,较好地反应了地层变形的分布、发展规律,地下水的运行、作用机制,以及地层大变形发生的力学原因。同时,也较好地描述了海底隧道中围岩-衬砌结构-超前支护-注浆加固-地下水,这一结构体系在地层变形中的相互影响和相互作用。研究结果可为海底隧道陆域段顺利施工提供了技术参考和安全保障,也为即将通过海域软弱风化深槽作研究准备。研究结果表明,考虑流固耦合作用的数值模拟结果与现场监测、观测结果具有良好的一致性,进一步说明围岩、地下水以及相应的施工控制是海底隧道的三大核心技术要素。     

小漩隧道拱部塌方处理施工技术

以某高速公路在炭质板岩的地质条件下,隧道开挖时发生拱部塌方事故的处理为例,介绍了滑坡产生的原因、处理方案的确定及处理后的效果等,本着确保安全、质量且经济使用的原则,采用短进尺、强支护、二衬紧跟等措施,安全、顺利地通过了塌方段,为类似的隧道施工提供了借鉴。     

地铁车站一次扣拱暗挖逆作体系模型试验研究

基于地铁暗挖车站一次扣拱逆作结构的1∶20三跨的较大比例模型实验,通过严格按照实际开挖过程模拟,对围岩与结构的关键部位进行力学和变形连续测试,包括初期支护、二次衬砌、中柱、地层应力及地中和地表位移。实验表明:拱顶位移均受到各自导洞的开挖影响最大,约占其全部位移的一半;地表位移受导洞开挖影响最大,且随导洞增多而变大,当两侧的4个导洞都开挖完后,其位移大约为总位移的一半多;初衬应力有拉有压,表现为随测试部位的不同而有差异,初衬的临时竖向支撑和仰拱为压应力,拱腰部位为拉应力,在导洞开挖过程中,初衬基本表现为压应力,随着拆除中间支撑,初衬的力学性状转换为拉应力,直到二衬施工完毕后,拉应力变小;钢管柱是传递和承受荷载的主要部件。实验结果完善了设计理论,有利于促进该工法的进一步推广应用。     

横通道施工对隧道衬砌结构影响的研究

以青海某高速隧道工程为依托,采用三维有限元数值模拟和现场实测的方法,对横通道施工阶段主隧道衬砌结构的变形和受力特性与裂缝分布进行分析。得到如下结果：（1）横通道施工的初期使主隧道衬砌的变形、主应力加剧,随着开挖深度的增加,逐渐趋于稳定;（2）横通道的施工导致主隧道衬砌产生变形、应力变化;（3）横通道的施工使主隧道衬砌产生不对称的变形、内力;（4）变形、应力变化比较大的位置也是裂缝分布比较多的位置。研究成果对类似工程的设计与施工具有借鉴作用。     

高地应力隧道台阶法施工过程数值模拟

结合高地应力区兰渝铁路某隧道实际施工方法,运用有限元分析软件MIDAS-GTS进行隧道三台阶法开挖数值模拟分析,通过选取合适物理力学参数进行建模,从模型中提取围岩位移、塑性区、二衬位移、轴力、弯矩等数据进行分析,通过对比分析,得出台阶法施工中应加强支护部位及支护控制措施(如超前支护、拱腰、拱脚加密锁脚锚管等),二衬受力、变形随侧压力系数变化趋势、二衬安全系数等,并和隧道实际监测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力隧道设计施工提供有益的参考。