深埋隧道软弱围岩支护体系受力特征的试验研究

 软弱围岩由于强度低、稳定性差、变形持续时间长等特点,在隧道施工中常引起大变形、崩塌等破坏现象,导致初支结构强烈变形甚至破坏,严重影响隧道施工和安全,是隧道建设中遇到的主要难题之一。通过对贵阳-广州铁路天平山隧道试验段锚杆轴力、围岩压力及钢架应力的监测,分析各支护构件的受力特征。研究结果表明：对于初期变形速率较大的软弱围岩,锚杆轴力多呈中间大、两端小的分布型式,且轴力变化历时长,不易稳定;在同等地质软弱围岩条件下,型钢钢架的围岩压力比格栅钢架增大70%～90%,型钢钢架的应力分布较均匀,支护效果要优于格栅钢架。     

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。     

基于围岩-支护特征理论的高地应力软岩隧道初期支护选型研究

结合正在修建的兰新铁路第二双线LXS-7标的极高地应力大梁隧道,开展型钢钢架与格栅钢架支护机理研究。在综合考虑喷射混凝土时间硬化效应对初期支护强度的影响基础上,基于围岩-支护特征理论综合分析型钢钢架及格栅钢架的支护机理及其适应性,探索高地应力软岩隧道工程中不同刚度支护的力学响应过程,绘制高地应力软岩隧道几种可能的围岩-支护特征曲线,为高地应力软岩隧道合理支护形式的确定提供理论依据,并提出适合于围岩大变形的合理支护形式,以及控制高地应力软岩隧道大变形的合理措施。     

基于有限元的浅埋隧道格栅钢架支护方案比选方法研究

以广州某浅埋暗挖隧道工程为依托,采用有限元法对短台阶施工法中格栅钢架选型及其布置方案进行研究。首先根据工程实际提出三种格栅钢架布置方案,再对不同格栅钢架布置方案下的地表沉降、格栅钢架应力、衬砌应力等有限元计算结果进行分析比较,确定适合该工程的格栅钢架支护方案,其研究思路与方法可为同类工程提供参考。     

高强钢筋格栅在Ⅴ级围岩隧道中的支护效果研究

与普通钢筋相比,热处理高强钢筋具有强度高、延性好、强屈比高等力学性能优势,然而在铁路软岩隧道中能否用高强钢筋格栅来代替型钢拱架尚需要进一步研究。该文依托成兰铁路柿子园隧道,选取条件基本相同的60m典型Ⅴ级围岩段为试验段,对高强钢筋格栅和型钢钢架支护时的围岩与初支接触压力、拱架应力及洞周位移进行实测对比分析,分析了高强钢筋格栅在软岩隧道中的支护效果。研究表明:(1)φ22mm高强钢筋格栅支护抗弯刚度较小,呈现出柔性支护特点;(2)高强钢筋格栅与混凝土结合性能好,二者协同工作效果好,能够更好的控制支护内力,围岩压力与隧道变形;(3)高强钢筋格栅强度等级高,能提供更高的支护强度安全储备。高强钢筋格栅在软岩隧道中展现出很好的适用性。     

大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验

正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,开挖面积达160m2,因此,开展型钢拱架与格栅拱架研究,明确型钢拱架和格栅拱架的适用条件对设计和施工都具有重要的指导意义。研究方法采用现场对比试验,为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置型钢拱架段40m和格栅拱架段40m。测试内容有:拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力等。试验结果表明:格栅拱架比型钢拱架的沉降略大,水平收敛基本相等;格栅拱架比型钢拱架应力小,且应力分布相对均匀;土压力普遍很小,但格栅拱架土压力更小些;隧道掘进四榀钢架(3.2m)后,钢架沉降达总沉降的26%左右,最大应力达总应力的33%左右。经综合分析认为型钢拱架及格栅拱架均能适用于IV级黏质老黄土隧道,但格栅拱架更具优越性。     

高海拔地区软岩隧道施工技术

从隧道围岩的岩体成分、地下水发育情况等方面入手,分析了软岩隧道初期支护变形大的成因,提出采用网构钢架支护体系,并根据老折山隧道试验段的成功经验,认为格栅支护为柔性支护体系易与围岩共同形成承载体,可有效控制围岩变形。     

西柏坡公路上东峪隧道施工技术

以隧道施工经验和岩体力学的理论为指导原则,介绍了锚杆、格栅钢架和喷射混凝土组合的支护技术,以及微差光面爆破的掘进技术,通过监测控制围岩变形,充分发挥和保护了围岩的自承能力,总结了隧道施工必须注意的事项,从而确保隧道施工安全顺利进行。     

基于Revit隧道格栅钢架参数化建模方法研究

随着"数字化隧道"及计算机图形技术的兴起,隧道工程设计与施工亟需由二维平面数据转化为三维可视化数据。针对隧道初期支护格栅钢架结构组成复杂,参数化建模困难的问题,本文首先利用改进的伯努双纽线建立了格栅钢架"蝴蝶筋"的数学模型,然后基于Revit软件,通过搭建二次开发环境实现了格栅钢架的快速参数化创建与自动布置。研究结果表明:改进的伯努双纽线可成功表达"蝴蝶筋"三维空间构成,通过代码编写可在Revit环境中可快速创建其构件及快速构建格栅钢架整体结构。研究结果为解决隧道及地下洞室结构三维模型参数化创建与自动布置提供了一种技术参考和方法。     

竖井格栅钢架SAP设计计算时边界条件的模拟

在分析格栅钢架受力特点的基础上，结合工程实例，介绍了一种格栅钢架边界条件模拟方法，实践证明：该方法能较快速真实的模拟格栅钢架的围岩边界条件，可推广应用。     

隧道下锚段衬砌施工技术

高速铁路建设发展迅速,国内高铁隧道修建比例较大,隧道内的下锚段施工质量影响高速列车运行的安全和稳定。文章结合铜玉铁路铜仁一号隧道工程实例,对隧道下锚段衬砌施工进行技术研究,详细阐述格栅钢架配合衬砌台车进行下锚段施工的施工技术,取得了较好的施工效果。     

隧道初期支护与围岩相互作用的时空演化特性

支护–围岩动态相互作用机制是支护设计的核心问题。首先基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,对深埋圆形隧道进行弹塑性解析,并进一步考虑喷射混凝土的时效特性和隧道施工过程特点,建立初期支护–围岩耦合模型,得到了在隧道开挖过程中,距开挖面不同距离的各分析断面支护与围岩的动态相互作用关系。通过具体实例计算,对型钢和格栅钢架结构在不同支护时机下的支护效果进行了对比分析,并研究喷射混凝土硬化特性对于围岩稳定性控制效果和支护结构安全性的影响,基于此给出了合理支护时机的确定方法。得到如下主要结论:格栅相对于型钢初期支护刚度较小,有利于围岩应力和位移的释放,但同时控制围岩变形能力较差,对于支护时机的变化也更为敏感;对于初期支护而言,喷射混凝土支护力的发展过程可分为缓慢增长、快速增长、增长减缓、趋于稳定4个阶段,且各阶段的分布比例随支护时机变化而有所不同;在支护结构施作早期,喷射混凝土承担的荷载可能大于其当前极限承载能力而导致其失稳;支护时机的选取应综合考虑钢架类型、喷射混凝土硬化特性及隧道掘进速率,在保证支护结构安全性的前提下达到理想的支护效果。该研究成果可对初期支护–围岩动态作用关系进行全过程预测,可使得收敛约束法在隧道支护设计中的应用更为准确,为隧道施工过程中支护结构设计提供理论依据。     

用全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩巷道变形破坏的研究与实践EI北大核心CSCD

膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙率高,膨胀性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加剧了围岩的变形失稳。针对性地提出以格栅钢架为主体结构的"全封闭格栅钢架+挂网+锚杆+喷射/浇筑混凝土"联合支护体系,通过数值模拟,揭示了全封闭支护设计的整体性优势,并对支护方案的格栅钢架间距和锚杆长度进行优化,制定出适用现场工况的钢架规格参数及其施工工艺流程。同时辅以集水坑降低底板水位,最终以全封闭格栅钢架为主体结构的联合支护体系有效地控制了巷道围岩变形,在小屯煤矿膨胀软岩巷道取得了成功应用。     

用全封闭格栅钢架控制膨胀性软岩巷道变形破坏的研究与实践

膨胀软岩巷道围岩黏土矿物含量高、自身强度低、亲水膨胀性强,在复杂地应力和水理作用下极易发生变形失稳。结合小屯矿轨道大巷支护变更工程实践,通过地质调查、现场观测及室内试验等手段分析发现:巷道渗水量大,围岩节理裂隙发育、孔隙率高,膨胀性黏土含量高,水化作用后耐崩解性差都加剧了围岩的变形失稳。针对性地提出以格栅钢架为主体结构的"全封闭格栅钢架+挂网+锚杆+喷射/浇筑混凝土"联合支护体系,通过数值模拟,揭示了全封闭支护设计的整体性优势,并对支护方案的格栅钢架间距和锚杆长度进行优化,制定出适用现场工况的钢架规格参数及其施工工艺流程。同时辅以集水坑降低底板水位,最终以全封闭格栅钢架为主体结构的联合支护体系有效地控制了巷道围岩变形,在小屯煤矿膨胀软岩巷道取得了成功应用。     

隧道开挖步距对地层位移影响研究

以深圳地铁暗挖隧道施工资料为基础,利用三维模拟程序对暗挖隧道施工过程及支护结构进行了模拟分析。对于喷射混凝土和格栅钢架组成的隧道初支系统,考虑了喷射混凝土的时间效应及格栅钢架与喷射混凝土的不同刚度。在模拟过程中,研究了不同开挖步距对地层位移的影响规律。从分析结果可以得出,隧道拱顶沉降和地表沉降随着开挖步距增加而增大,其沉降与开挖步距近似服从二次多项式的函数关系。     

高地应力软弱围岩隧道初期支护受力特性的现场监测研究

由于作用在初期支护上的围岩压力大,高地应力软弱围岩隧道开挖后经常出现围岩大变形、喷混凝土开裂、钢架扭曲等破坏现象,影响隧道的施工和长期运营安全。依托宜万铁路堡镇隧道,通过对围岩压力、初期支护喷混凝土应力、钢架应力、锚杆轴力和围岩深部位移等的现场监测,得到围岩压力与初期支护体系各子构件的力学特性,讨论其随时间的演化特性和沿隧道横断面的空间分布规律,指出围岩压力、钢架应力、喷混凝土应力随开挖进程存在急剧变化阶段,受施工扰动的影响显著,敏感性依次降低,沿洞周分布总体表现出“上部大,下部小”等特征。研究方法和结论为建立科学合理的高地应力软弱围岩隧道支护结构设计方法具有一定的指导和借鉴意义。     

不良地质隧道初期支护变形特征及处理对策

不良地质隧道施工过程中常出现突水突泥、坍塌、软岩大变形等灾害,这些灾害严重影响了隧道的正常建设,困扰着广大工程技术人员。某铁路隧道施工过程中出现软岩变形问题,从隧道所处的地质构造、围岩量测数据等方面分析了初期支护的变形特征和原因,采用径向注浆、更换格栅钢架、排堵结合治水、先墙后拱法施做二次衬砌等措施,控制了围岩变形,解决了工程难题。可供其他工程参考借鉴。     

喷锚支护施工技术在隧道工程中的应用探讨

本文主要结合龙泉寺隧道施工案例,对该项目中喷锚支护主要施工技术做了分析,主要从砂浆锚杆施工、格栅钢架(型钢钢架)施工、喷射混凝土施工、钢筋网施工等方面做了探讨和阐述。     

太岳山隧道施工优化及数值模拟分析

针对太岳山隧道施工过程出现的顶部岩层掉块垮塌、台阶法步长不协调以及台阶高度与格栅钢架高度不匹配等工程问题,提出了施工优化方案,并采用数值计算方法对优化前后的施工方案进行了模拟分析,计算表明:优化后的施工方案有效地保证了隧道的施工质量和施工进度。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。