基于现场实测数据统计的隧道围岩全过程变形规律及稳定性判据确定

隧道围岩全过程变形是认识支护与围岩相互作用演化机制的基本前提,也是围岩稳定性评价和支护设计的重要依据。在对40座隧道与地下工程围岩全过程变形进行收集和整理的基础上,系统分析了隧道围岩全过程变形及其关键节点、围岩变形速率与变形加速度分布规律与影响因素。研究表明:隧道围岩超前变形量和基本稳定变形量随施工进度呈总体增大趋势,随开挖半径呈减小趋势,而相应的位移释放率则无明显相关关系;随着围岩级别的增大,超前变形量与基本稳定变形量增大,而相应的位移释放率则反而减小;通过改进Hoek公式对深、浅埋条件下围岩全过程变形进行拟合,拟合优度在0.95以上,可为围岩损失位移的求解提供依据;隧道围岩变形速率随时间发展趋势为先增大后减小,而变形加速度则表现出"正弦曲线"特征,二者随隧道半径和施工速率变化显著。根据分析结果,指出对于不良地质条件下的大断面隧道,围岩变形速率小而变形持续时间长,此时围岩稳定性的判断应以变形加速度作为主要指标,并进一步给出了变形加速度阈值的确定方法。     

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统 ,对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中 ,隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究 ,实验结果表明 ,开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现减函数变化 ;在有溶洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小 ;开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势 ,约为 2 3%- 2 5 %。开挖后的流变位移释放率与溶洞距离没有明显的关系     

岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

 岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受“偏压”。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

特大断面大跨度隧道围岩变形的现场试验研究

 结合广州龙头山双洞八车道高速公路隧道工程实践,对特大断面大跨度隧道施工中围岩变形进行相关监测,分析变形随时间变化规律、不同开挖工序引起的纵向和径向空间围岩变形规律。研究结果表明：特大断面大跨度隧道采用双侧壁导洞法施工,能较好地控制围岩变形;在特大断面大跨度隧道施工过程中,右导洞上台阶、左导洞下台阶以及核心土开挖对围岩变形影响较大,是施工主要控制点;特大断面大跨度隧道开挖的纵向影响距离大致为一倍洞径左右,与导洞跨度基本相同,为6～8 m;洞顶垂直向径向影响距离约为25 m,左导洞顶30°方向的径向影响距离约为15 m。该研究结论可为类似条件下特大断面大跨度隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

隧道顶部溶洞影响围岩稳定性的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合实验系统，对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中，隧道顶部不同距离上的溶洞对围岩稳定性的影响进行相似模型实验研究，实验结果表明，开挖引起的总释放位移随溶洞的距离呈现成函数变化；在有容洞的断面开挖瞬间释放位移增量随溶洞离隧道的距离增大而减小；开挖后的流变位移也随溶洞的距离增大而减小。开挖瞬间的位移释放率随溶洞距离而呈现减小的趋势，约为23％—25％。开挖后的流变位移释放率与溶洞距离没有明显的关系。     

大跨隧道CD法施工稳定性与力学特征

为研究超大跨隧道施工安全性,结合某隧道大跨段,基于强度折减上限有限元与下限有限元法,分析大跨隧道在CD工法下各开挖步下的上下限稳定系数,以及能量耗散特征,并研究围岩条件以及跨对稳定性的影响,进而分析其变形受力特性。结果表明:随着隧道跨度增大,整体安全系数降低;围岩条件差,整体安全系数降低;隧道开挖部增大,开挖断面变大,安全系数降低。但各部安全系数均大于1.5,表明采用CD法施工整体安全性满足要求。开挖跨度越大,围岩变形越大;各施工步下,较大值发生在开挖部范围周边的中部;由于竖撑的约束,拱顶与仰拱位移较小;竖撑能很好控制变形。中墙轴力较大,且存在横向弯矩,易发生失稳,建议加强横向联系或约束。拱顶、边墙、拱脚及仰拱等部位应力较集中,施工应注意,保证锁脚锚杆等安设质量。     

基于现场监测数据的隧道围岩变形特性研究

 隧道变形是衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,该指标可以科学、及时、可靠、便捷地反映隧道工程的安全性。在收集、整理我国103座山岭隧道836个拱顶沉降数据、806个水平收敛数据的基础上,系统分析围岩变形量、围岩变形稳定时间与围岩级别、隧道开挖面积等因素之间的关系。研究表明：隧道围岩变形数据主要集中在低值区间,中高值区间数据较少但分布范围较广,随着围岩级别增大,围岩变形值增大,数据集中区间增大,变形分布区间增大;隧道断面面积对隧道围岩变形影响较大,随着隧道断面面积的增大,变形值增大;实测数据表明,隧道围岩变形与隧道埋深并没有明显的联系;隧道围岩变形稳定时间主要集中在中低值区间,高值区间的数据相对较少,随着围岩级别增大,围岩变形稳定时间增大,分布区间增大。根据统计结果,提出不同围岩级别下,隧道变形的建议控制值以及变形稳定时间参考值。     

等值地应力下岩质圆形隧道位移释放系数比较及应用

 隧道前期变形是利用收敛约束法确定支护压力和围岩稳定变形的关键,在分析隧道开挖面空间效应机制的基础上,总结具有代表性的深埋岩质圆形隧道位移释放系数公式,对其进行分类、适用性及空间效应的比较,得到不同位移释放系数、不同支护施作距离和不同控制目标下的收敛约束差异。研究结果表明：以围岩塑性区最大半径为基础的位移释放系数对弹性围岩和各种弹塑性围岩均适用,具有广泛的工程应用前景;弹性位移释放系数仅适用于弹性围岩,常用塑性位移释放系数仅适用于相对半径为2的隧道围岩;不宜将依据距开挖面较远处得到的支护压力而设计的支护结构随意前移构筑,应依据实际工程的围岩特性,合理选择位移释放系数公式,适时施作不同刚度的支护。     

大断面软岩隧道开挖空间效应影响分析

以长城岭软岩隧道为背景,通过现场监测和数值模拟,分析了隧道施工过程中围岩变形的三维空间演化规律,得出不同施工工法、断面尺寸和围岩等级对隧道开挖面空间效应的影响;结合正交实验和极差分析得到三类因素对开挖面空间效应影响的优先次序。结果表明:开挖面从逼近监测断面到通过监测断面再到远离,围岩主要经历了预变形、急剧变形和变形稳定3个阶段;软弱围岩的三维扰动深度沿开挖、竖直和水平方向分别在1.5、3和1倍洞径内;开挖工法对围岩变形的影响程度大小关系为全断面开挖法>台阶法>CD法;围岩等级越低,隧道断面尺寸越大,围岩变形量和范围越大;通过正交实验结合极差分析的方法得出对围岩变形的影响优先次序中围岩等级＞断面尺寸＞施工方法。     

基于收敛约束法的隧道开挖纵剖面变形曲线研究

收敛约束法是应用于隧道支护设计的一种简化分析方法,纵剖面变形曲线是该分析法的重要曲线。考虑隧道开挖工作面效应和纵剖面变形曲线的关系,进行数值模拟研究,探讨纵剖面变形曲线的影响因素,并与理论公式计算结果进行对比分析。结果表明:隧道纵剖面变形曲线与收敛损失随开挖的变化规律是一致的;弹性条件下隧道的前期位移量为25%~34%,本次模拟结果为32.8%;归一化的纵剖面变形曲线受支护条件影响较大,受埋深、弹模和泊松比影响较小;由二维纵剖面变形曲线的分布,可计算得隧道前期位移量及各个阶段的收敛损失值,了解隧道开挖工作面效应的三维影响,进而能够分析计算隧道围岩结构的应力与位移等变量。     

大断面小净距城市隧道洞口段穿越散岩堆积体施工技术

以曾家岩北延伸段二标段火凤山隧道工程为背景,采用FLAC3D软件研究不同施工工法、开挖顺序对大断面小净距城市隧道围岩变形规律的影响。结果表明:散岩堆积体地层条件下,隧道开挖采用台阶法造成的竖向位移较大,CRD法开挖围岩变形较小。由于左线隧道埋深大于右线隧道,左线隧道各监测点竖向位移均比右线隧道大。隧道开挖顺序对围岩变形有明显影响,右洞先行开挖竖向位移最小,左洞先行开挖次之,同时开挖最大。     

浅埋隧道下穿建筑物施工对地基沉降影响的研究

福平铁路岱岭段下穿福州外语外贸学院宿舍楼,为探究隧道施工对楼栋地基沉降的影响,通过三维建模模拟采用三台阶临时仰拱法开挖隧道,并监测三个典型断面的围岩应力应变、塑性区及楼栋桩基单元的沉降与水平位移,结果表明:随开挖距离的推进,隧道拱顶位移与地表沉降量逐渐增大,开挖断面处于建筑最下方时增长速率最快,拱顶最大位移为18mm,地基最大沉降量为10.8mm,受上方建筑荷载影响的沉降曲线更"陡峭"。     

导洞超前开挖施工性态空间效应分析

围岩变形机制及稳定性控制是隧道施工过程中关键技术之一。针对导洞超前开挖施工性态空间效应,采用有限差分软件FLAC3D模拟分析隧道施工过程中围岩变形规律,并与全断面法、上下台阶法作对比分析。研究表明:导洞超前开挖施工引起的水平收敛、拱顶沉降位移变化速率最小,开挖形成临空面之后产生的水平收敛和拱顶沉降值最小,有利于隧道围岩的稳定;水平收敛值随隧道埋深、侧压力系数的增大呈线性增大;拱顶沉降值随埋深的增大呈线性增大,随侧压力系数的增大呈非线性增大趋势;隧道埋深越大,水平收敛、拱顶沉降先行位移占总位移比例越大;侧压力系数越大,水平收敛先行位移所占比例越大,而拱顶沉降先行位移所占比例越小。结合宜巴(宜昌至巴东)高速公路石门垭隧道施工现场监测数据,验证所得结论的可靠性,可为同类工程借鉴,具有一定的科学意义和工程实用价值。     

港珠澳大桥拱北隧道施工变形规律分析

在地质条件复杂的沿海富水地层开挖浅埋超大断面隧道,面临诸多风险,暗挖施工易对围岩进行扰动,引起地层变形。新型"管幕冻结"支护可以有效控制暗挖施工引起的地表沉降过大问题,该工法下隧道开挖过程中地表位移变化主要受暗挖产生的地层损失和土体冻结膨胀以及隧道开挖卸荷后的上浮效应等因素影响。基于现场实测数据,对洞内拱顶位移、水平收敛和地表变形规律进行分析发现,拱顶位移与对应地表处的位移变化具有较强的一致性,纵向上在隧道中部段出现上浮,两侧洞口段出现下沉。受分层开挖扰动影响,隧道两侧土体向内变形导致洞内水平收敛增大,最大水平收敛为15.72 mm,约为隧道横向跨度的0.8%。新型管幕冻结暗挖施工工法可以很好地控制富水地层渗漏水问题,且极大地减小了隧道内部的位移变形,但其冻结膨胀引起地表隆起及解冻后的地表融沉问题仍需密切关注。     

软岩公路隧道全断面开挖下拱顶沉降和掌子面挤出变形研究

为研究软弱围岩隧道在全断面开挖方式下的施工安全,对隧道的拱顶沉降变形进行现场实测,并通过数值模拟研究隧道的拱顶沉降、掌子面挤出变形及其相互关系。得出隧道的现场监控量测数据比数值模拟结果小,因为实际监测数据仅监测隧道开挖支护后的沉降,未考虑隧道的先行位移;在隧道监控量测数据的处理中,只把拱顶沉降作为隧道围岩稳定的判定指标是不够合理的,还应该考虑到拱顶沉降的收敛速率;在隧道掌子面强度不足时,掌子面会发生水平左右大致对称、竖向中心偏下的"啤酒肚"形状的挤出变形;在掌子面上的各处的挤出变形均与该掌子面处的拱顶沉降变形大致呈线性关系。     

浅埋大断面下穿隧道软弱围岩变形规律测试分析

本文通过对下穿既有高速公路浅埋大断面下沙溪隧道在施工过程中既有隧道拱顶沉降和周边收敛位移展开监测。得到以下结论:拱顶沉降随着拱部导坑和核心土的开挖,产生急速的变形,直到核心土掌子面远离量测断面一定的距离,变形才趋于稳定;周边收敛位移也随着拱部导坑开挖,产生急速变形,当核心土开挖后,才呈现出缓慢变形。     

大断面超小净距隧道掌子面滞后距离的研究

受城市既有建筑结构、山体地质环境以及地下交通网络的影响,地下隧道常呈现出大断面、小净距等特点,而其开挖时为避免左右隧道之间扰动过大,需要严格控制隧道施工时左右掌子面的间距。因此依托攀枝花金山隧道工程,利用MIDAS GTS/NX软件对左右隧道不同的掌子面滞后距离进行了模拟。通过对隧道施工引起的地表沉降、围岩变形的结果分析,得出掌子面滞后距离对隧道围岩变形的影响可忽略不计的结论。考虑隧道变形受掌子面开挖的影响范围为(0.5~2.0)D,建议隧道开挖时的掌子面滞后距离为2.5倍的洞室宽度。该研究成果可为大断面超小净距隧道的施工提供一定的参考。     

台阶法施工公路隧道围岩变形预测模型研究

根据台阶法施工隧道的围岩变形特点与隧道位移监测的实际需要提出一种公路隧道围岩变形预测模型,即断面开挖后两周以内利用四维新陈代谢GM(1,1)模型进行短期预测,该期间通过控制每天变形量以达到指导开挖与支护的目的;两周以后利用回归分析法进行远期预测与最终位移量预测,该期间主要通过控制最终下沉量以达到指导开挖与支护的目的。结合京化高速黄羊山3号隧道的实际监测数据利用模型中的两种预测方法进行预测,预测结果证实了本模型的合理性和可行性。     

隧道临近下伏承压溶腔开挖稳定性施工工法比选

临近承压溶腔对隧道开挖不利影响显著,合理的施工工法对保证隧道开挖稳定性至关重要。以某3车道公路隧道为依托,对隧道临近下伏承压溶腔时,运用全断面法、上下台阶法等6种工法开挖进行模拟。监测隧道洞周位移、隧道与溶腔间围岩竖向位移及初期支护内力,分析不同施工工法对隧道开挖稳定性的影响。计算结果表明:工法不同,拱顶下沉、水平收敛增大趋势不同,出现小幅增大的次数也不同;当前溶腔尺寸及内压条件下,最终拱顶下沉与水平收敛量大小顺序为全断面法上下台阶法三台阶法侧壁导坑法弧形导坑法双侧壁导坑法;地层与隧道间距越大,隧道开挖对地层的影响越小,影响范围向左下、右下方扩散,隧道与溶腔间围岩的稳定性最差;双侧壁导坑法控制拱顶下沉、水平收敛、隧道与溶腔间地层竖向位移效果最好,且能降低仰拱处弯矩与初期支护偏心距,有利于洞周围岩及初支结构稳定性。     

陡倾岩层隧道开挖力学特性研究

陡倾岩层隧道由于层状结构的存在,在开挖过程中,围岩的破坏机理与方式、围岩与结构的变形、受力等特征明显不同于其它岩体隧道。本文在陡倾岩层隧道开挖破坏机理探讨的基础上,通过三维数值模拟,对不同陡倾角条件下围岩与结构的变形、受力特征进行了计算,分析了隧道开挖力学特性与倾角的关系,提出了陡倾岩层隧道设计施工建议。计算结果表明:倾角越大,隧道发生顺层滑移破坏的概率越大,地表沉降、拱顶位移、围岩主应力随倾角的增大而增大,但拱脚位移、围岩剪应力、喷射混凝土内力与倾角并非一致性关系。