基于监控量测的隧道的稳定性研究

在隧道施工过程中,对围岩及支护结构的位移进行监控量测,监测围岩的自承能力和变形,以便最大限度地利用围岩自承能力,并利用掌子面附近的量测资料和已施作初期支护隧道的量测资料,对围岩及隧道支护结构当前的和最终的稳定性进行分析,并据之对设计和施工安全进行动态判断。     

公路隧道二次衬砌支护时机影响因素研究

现阶段对隧道二次衬砌支护时机的合理选择进行了大量的研究工作,但主要都是采用经验方法来确定,相关的理论研究较少,缺乏统一的准则.通过对谷竹高速公路油坊坪、大坪山等隧道的工程实例分析,结合现场监测数据,从围岩条件、隧道开挖方法、隧道埋深、二次衬砌到掌子面距离以及初期支护形式、开挖断面结构等方面来探讨对二次衬砌支护时机的作用和影响,根据这些影响因素提出了对新奥法的修正意见,旨在完善支护优化理论和确定合理的二次衬砌支护时机.     

地铁车站拱盖法施工沉降监测分析及控制对策

青岛地铁3号线中山公园站位于土岩复合地层中,采用拱盖法施工,车站开挖最深约27.24 m,上层为第四系强风化花岗岩,下部为中微风化花岗岩、花岗斑岩。局部强风化厚度大,中、微风化岩面局部较陡峭,岩层接触部位易失稳。为使开挖工程顺利进行,对开挖过程地表沉降进行监测分析。结果表明:采用拱盖法施工时,导洞掌子面施工至监测断面前方20 m左右时开始出现沉降;随着掌子面与监测断面距离的减少,沉降速率不断增加;掌子面下穿监测断面时,一般沉降量为7～15 mm;穿过监测断面5～10 m时,监测点沉降速率达到最大;穿过监测断面10 m后,沉降速率开始下降;穿过监测断面20 m后,大部分监测点趋于稳定。为保证支护起到良好的控制地表沉降的作用,初期支护应在开挖后立即施作,并尽早闭合。此外,左、右导洞在开挖过程中会相互产生较大的沉降影响,监测发现左、右导洞开挖间距在2.5倍洞径左右为宜。通过监测分析,提出一系列控制对策,实践证明,这些措施是可行且有效的。     

超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律

 为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明：(1) 软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;(2) 软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3) 台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;(4) 台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;(5) 隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定。     

软岩大变形隧道二次衬砌施作时机探讨

软岩大变形隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题,但目前还没有具体的软岩大变形隧道二次衬砌施作时机的判别指标.结合乌鞘岭隧道工程实例,分析二次衬砌稳定性的影响因素,以及初期支护变形与二次衬砌变形的关系、施作二次衬砌前支护变形速率与二次衬砌变形的关系、二次衬砌开裂断面对应的支护变形及二次衬砌分担围岩压力比例等.根据实测变形统计值、理论计算的极限位移及弹性位移,推算量测丢失位移,并得出实测变形、二次衬砌前变形速率与极限位移等之间的相互关系.最后提出不同大变形级别的乌鞘岭隧道二次衬砌施作时机的两个判别指标,即以隧道极限位移为基础,以现场量测日变形量与量测总变形量为依托的判别指标,在软岩大变形隧道二次衬砌施作时机方面进行探讨和尝试.     

碎裂岩体浅埋隧道相向施工稳定性优化控制研究

龙烟铁路凤凰山隧道施工中,采用数值模拟结合现场监测的方法,分析相向施工不同掌子面间距下的隧道围岩变形分布、关键部位主应力特征及围岩塑性区扩展情况,提出临近贯通段的支护方案,结果表明随两侧掌子面间距的减小,围岩稳定性显著降低,岩体变形及劣化程度加剧;掌子面距离大于20m时采用常规支护方案,到达20m时停止一侧掌子面施工,采用小导管超前支护+全断面超前帷幕注浆的支护方案进行另一侧掌子面施工,确保了隧道成功贯通。     

软岩及土质隧洞围岩稳定性评价新方法

首先提出对于软岩(土质)隧洞及时支护下的围岩变形稳定性可转化为支护结构的安全性这一评判理念,在此基础上进一步将初期支护(喷层)不出现拉压破坏时围岩与支护结构的对应变形作为评判标准,提出软质隧洞围岩稳定性评判新思路;考虑到支护结构内力的监测不便、不准,而支护结构的收敛变形监测较为方便与可靠这一工程现实,再次通过数值试验的方法,将支护结构的极限应力科学地转化为对应的支护结构的允许变形,进而建立能够考虑初期支护安全性的围岩稳定性评价新方法。该评判方法在新疆库尉输水隧洞工程的成功应用表明其具有较好的可靠性和适用性。     

锦屏深埋大理岩破裂特征与损伤演化规律

 锦屏二级引水隧洞最大主应力超过70 MPa,在如此高应力条件下,必然存在岩体强度和地应力之间的尖锐矛盾。深入认识大理岩的破裂特征,把握围岩的损伤演化规律,对于支护优化设计和评价围岩稳定性具有重要意义。在已有关于脆性岩石破裂问题研究成果的基础上,借助于裂纹体积应变拐点和大理岩体积应变拐点配合声发射测试,确定不同围压条件下大理岩的特征强度,并将特征强度在主应力空间中进行表达,形成现场可用的强度包线。利用起裂强度曲线分析损伤区的应力状态,并根据计算成果确定不同损伤区分区的范围,描述监测断面随掌子面推进过程中损伤区的演化过程。为进一步分析损伤区的演化规律,在监测断面布置声波和声发射测试,声波检测获得的松弛圈深度主要与损伤区中的破坏区相对应,而声发射测试可以获得完整的损伤区分布特征,更有利于了解围岩的损伤特征,可为支护优化设计和支护时机的选择提供更加科学的依据。     

媒体重头文章概览

正《施工技术》24/2018软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著     

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。     

隧道衬砌支护施作时机研究综述

综述了近年来隧道工程衬砌最佳支护时机的研究现状,总结了支护时机的影响因素、支护时机对围岩稳定性影响以及特殊地质环境支护时机等。提出因隧道支护工程隐蔽性和复杂性,隧道衬砌施作时机还有待深入研究。     

公路隧道二次衬砌支护时机影响因素分析

通过对谷竹高速公路隧道工程的实例分析,结合现场监测数据,从围岩条件、隧道开挖方法、隧道埋深、二衬到掌子面距离以及初期支护形式、开挖断面结构等方面探讨对二衬支护时机的作用和影响,根据这些影响因素提出了对新奥法的修正意见.     

基于数据融合的山岭隧道围岩稳定性评价方法

随着隧道信息化设计和施工的发展,如何利用隧道施工过程中的现场监测值对隧道安全进行准确合理的评价成为一项亟待解决的技术问题。本文针对新奥法隧道施工过程,提出了一种基于监测数据的施工安全评价方法,该方法通过将不同的监测数据相融合(如拱顶下沉和水平收敛),并结合数值计算方法,对隧道围岩的稳定性进行综合性评价。本文用折减节点力来模拟隧道初期支护前后的围岩应力释放过程,并计算出围岩稳定极限状态下的隧道变形值,作为围岩稳定性评价的重要依据。最后,将该方法应用到营盘山隧道的围岩稳定性评价中,根据隧道各断面水平收敛与拱顶下沉数据,计算隧道围岩稳定性安全系数,为施工决策提供理论参考。     

预加固措施对隧道开挖稳定性的影响研究

 以厦门海底隧道陆域段为工程背景,通过模型试验研究注浆、小导管、正面锚杆及其组合措施对该段土质围岩的未支护段破坏模式和掌子面破坏模式的加固效果,分别从围岩破坏荷载、围岩位移和初期支护安全性3个方面分析预加固措施对隧道稳定性的影响。研究表明：单个措施比组合措施的控制效果差,同时单个控制措施与围岩类型存在适应性;对单个措施控制围岩破坏程度而言,注浆比小导管和正面锚杆好;正面锚杆对地中位移影响不明显,但对掌子面位移控制效果比小导管好;初期支护的轴力和安全系数的变化规律与预加固措施控制效果有关,而最大弯矩的位置与破坏模式有关。     

软弱围岩隧道二次支护施作时机的数值模拟

结合软弱围岩铁路隧道工程,运用三维有限元数值分析方法,对软弱围岩中隧道采用双侧壁导坑开挖法的施工全过程进行了数值模拟与分析,重点研究了大断面隧道施工中二次支护与掌子面的距离对隧道稳定性的影响,以期寻找隧道二次支护的最佳施作时机.     

深埋隧洞开挖围岩应力演化过程监测及特征研究

 由于TBM掘进不同于钻爆法,其对围岩的损伤程度较轻,不会破坏预埋的空心包体应力计,因此可以在现场预先设计位置埋设空心包体应力计,监测TBM掘进过程中围岩的应力变化。首先利用数值方法计算隧洞开挖后的二次应力分布,分析掌子面效应以及围岩的起裂强度,初步确定围岩的松弛区和损伤区范围,在此基础上确定空心包体应力计的埋设位置和开始监测的时间。然后通过试验洞向TBM掘进隧洞钻孔的方法在松弛区和损伤区分别预埋空心包体应力计,并监测从应力开始变化到最后趋于稳定的整个过程。监测结果证明掌子面效应的存在,应力变化开始于掌子面前大约1倍的开挖洞径,掌子面后0.5倍洞径范围内是应力调整最剧烈的区域,并利用空心包体应力计针对裂纹扩展的敏感性分析围岩损伤区范围,最后根据应力计的监测成果验证此处围岩的起裂强度,监测成果和数值计算结果比较吻合。本文的研究成果可以为现场确定损伤区范围和岩体的起裂强度提供参考,为支护设计和支护时机的选择提供科学依据。     

小净距隧道开挖工艺对围岩稳定性的影响

为研究小净距隧道的不同开挖工艺对围岩稳定性的影响,对重庆花土岗隧道分别利用全断面法、上下台阶法和单侧壁导坑法进行了开挖有限元数值模拟,分析了小净距隧道不同施工方法对洞周围岩稳定性的影响.结果表明:全断面法对隧道围岩及中夹岩柱的水平位移和应力影响较大;上下台阶法和单侧壁导坑法影响相对较小.施工中应根据实际情况选择合理的开挖方法,及时施作支护并加强监测,保证施工质量.本文的分析方法和计算结果对小净距隧道设计、施工具有一定的参考价值.     

三台阶七步法开挖法在沐池隧道的应用

V级围岩洞身开挖采用三台阶七步开挖法施工，是指在隧道开挖过程中，分七个开挖面，以前后七个不同的位置相互错开同时开挖，然后分部同时支护，形成支护整体，缩短作业循环时间，逐步向纵深推进的作业方法，形成开挖及施作初期支护，混凝土仰拱紧跟下台阶及时施作构成稳固的初期支护体系。     

超大断面隧道开挖围岩荷载释放过程的模型试验研究

以兰渝铁路两水隧道为工程背景,进行超大断面铁路隧道开挖支护的大比尺三维地质力学模型试验,对开挖过程中的围岩荷载释放过程进行研究。根据工程现场地质情况研制满足相似要求的新型模型试验相似材料,经室内试验验证,该相似材料与原岩材料的力学性质有很好的相似性,满足试验要求。结合现场实际工况在模型试验不同区段采用不同的开挖支护工法,首先研究全断面及台阶法开挖情况下的围岩荷载释放过程,通过试验数据的分析,揭示不同开挖工法隧道围岩荷载释放全过程的特点和差异。相同开挖工法下,同一断面上不同位置的荷载释放过程存在很大差异;同样,不同开挖工法条件下同一位置的围岩荷载释放过程也不尽相同。其次,掌子面前方围岩受开挖影响会在局部发生先行荷载集中,先行荷载集中程度与开挖工法和断面形式有很大关系,开挖面前方荷载集中程度过高会加剧掌子面围岩的挤出效应,不利于围岩的稳定。最后,通过有无支护开挖情况下围岩荷载释放过程的对比,说明施作支护能够有效缓解开挖过程中的掌子面先行荷载集中现象,减少荷载释放总量,优化隧道围岩荷载释放过程。     

隧道进洞段围岩安全性定量评价方法与应用

针对隧道修建过程中进洞段围岩稳定性相对较差的问题,基于Mohr-Coulomb屈服准则建立单元点安全系数定量计算方法,用于评估隧道洞口段的安全稳定性。该点安全系数计算方法基本原理是通过计算一点的应力Mohr圆到材料强度特征线的距离获得。西气东输二线工程二妹顶山隧道进洞段分步开挖过程中,对洞口段岩体的点安全系数演化过程的分析和对围岩支护参数的优化设计实践表明,该方法不仅可以方便地评价隧道洞口段的稳定性,还可为隧道洞口段围岩支护设计提供科学参考。