岩溶隧道带压溶腔对围岩稳定性影响分析

以某3车道大断面公路隧道工程为对象,采用有限元软件FLAC3D数值模拟施工中掌子面前方遇到带压溶腔的情况,计算隧道开挖至安全距离时,掌子面前方溶腔水压力变化对隧道围岩稳定的影响分析。计算结果表明:溶腔压力变化会造成掌子面位移的变化,从而释放周围应力;掌子面位移的变化情况是影响围岩压力及围岩应变的主要因素,而溶腔压力自身的大小为次要因素。     

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。     

瞬变电磁法在隧洞富水性超前探测中的应用

采用瞬变电磁法对新疆克州盖孜水电站引水隧洞K0+520里程前方导水构造及围岩岩性变化情况进行超前探测。现场探测结果表明:隧道掌子面前方围岩富水可能性较大,在开挖过程中涌水量可能较大;在掌子面前方50 m~65 m左右位置,出水点会转移至隧道底部;出水点在隧道底板中部靠右位置。现场开挖56 m后程中出水点从拱顶逐渐下移至底板,与探测结果相同,瞬变电磁法对小断面地下隧洞围岩富水性探测具有良好的适用性。     

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。     

小间距大跨度隧道施工变形分析

小间距大跨度隧道由于其开挖断面大、间距小以及结构特殊等特点,在左右洞交错开挖和支护的同时,增加了隧道设计和施工的难度.采用某分析软件对某高速公路小间距大跨度隧道的施工全过程进行有限元模拟.得到双侧壁导坑开挖时的围岩内部位移变化规律,并将其与现场监控量测得到的围岩内部位移进行比较,所得到的结论对隧道设计和施工具有一定的指导意义.     

利用变分法探索地震作用隧道掌子面破坏形式

介绍基于变分法给出地震作用下隧道掌子面坍塌破坏极值曲线解析表达式的方法。首先建立隧道开挖纵向参考平面,通过引入地震系数k给出地震作用下掌子面坍塌破坏块体拟静力计算模型,然后由Hoek–Brown破坏准则及关联流动给出破坏块体的内力耗散功率,从而根据上限定理建立关于掌子面破坏曲线的泛函,再由Euler–Lagrange方程得到相应破坏极值曲线的非线性偏微分方程,最后给出B=0.5时掌子面破坏极值曲线特解。经与数值分析对比表明解析结果在预测掌子面前方最远距离zmax与数值结果较为一致,但破坏区域偏大。亦探讨了滑动方向角?与掌子面压力T?等参数变化对破坏极值曲线形状的影响。分析表明:该方法预测地震作用下掌子面破坏曲线的具体表达式可以较为简单且有效准确的反映掌子面前方区域受扰动特征,亦可以作为地震多发区隧道施工风险评价定量依据之一。     

白鹤滩水电站主厂房第Ⅰ层开挖期围岩变形规律与机制研究

白鹤滩水电站地下洞室群规模宏大,厂房区构造应力高,地质条件复杂。主厂房第I层施工期,围岩变形和稳定问题突出。根据主厂房第I层开挖支护完毕后围岩变形监测资料,结合地质资料、施工情况,分析主厂房围岩变形规律与机制。统计分析得到,在高地应力和软弱地质构造控制下,围岩位移量值较大;由于右岸场区初始地应力大于左岸,右厂扩挖跨度大于左厂,且不良地质构造较左厂发育,右岸主厂房围岩变形量值普遍大于左厂;受初始最大主应力方向影响,左右岸主厂房拱顶和下游拱肩围岩变形普遍大于上游拱肩,且围岩变形较大部位均发育软弱构造带或岩体较破碎;围岩位移与开挖卸荷关系密切,监测断面附近开挖时,位移–时程曲线随开挖呈台阶式增长;岩体质量较好的洞段,掌子面的位移空间效应范围约一倍洞室跨度;软弱构造处,围岩变形在较长时期内随施工活动小幅跳跃增长,掌子面空间效应达到两倍洞室跨度;围岩时效变形不明显;软弱构造处围岩变形速率数倍于完整岩体。分析总结白鹤滩水电站地下厂房围岩变形规律对保障施工期安全和预测下阶段开挖围岩稳定性具有重要意义。     

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。     

大广坝水电站地下主厂房施工监控

本文全面介绍了海南大广坝水电站地下主厂房的施工方法，支护结构以及洞室围岩原位监测的设计与实施，通过对洞室各施工阶段进行监测与分析，得出了施工过程中围岩位移的变化规律。影响范围、施工各阶段的位移分配比例和锚杆支护受力特征等结论，并对洞室稳定性进行了评价，对该厂房断面形式、开挖方法。支护手段和量测监控等若干问题进行了探讨。     

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。     

大帽山小净距隧道群中夹岩累计损伤效应研究

 小净距隧道的爆破施工不可避免地造成围岩累计损伤,岩体力学性能劣化。结合大帽山小净距隧道群的监控量测实践,基于动力损伤变量和围岩内部位移,研究小净距隧道群中夹岩的累计损伤效应。声波波速和围岩内部位移的监测结果表明,新建大帽山隧道的爆破施工已经导致中夹岩产生一定程度的损伤、破坏和滑移,但围岩位移并没有持续变化失稳,岩体仍具有一定的强度;通过对新建隧道和原有隧道损伤范围的比较发现,双侧壁导坑法施工造成围岩的累计损伤范围比全断面法施工大近3倍,并且循环爆破施工造成围岩的累计损伤更显著,所以围岩累计损伤效应是小净距隧道施工过程中必须高度重视的;上断面爆破施工一般使岩体内的裂纹被激活,声波波速显著下降,下断面爆破致中夹岩墙产生类墙体的振动,使岩体变松散滑动,围岩内部位移显著增大;并且围岩的滑动都是爆破时发生的,爆破停止滑动也就停止;在判断围岩的累计损伤程度和范围时,应充分考虑声波波速变化率和位移量,仅通过声波波速变化率可能做出误判;与爆源越近,围岩的损伤度和位移量越大,越远越小,且累计损伤效应呈现明显的非线性特征。     

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。     

官地地下厂房洞室群施工期围岩位移特征分析

对官地水电站地下厂房洞室群施工期围岩位移特征进行分析,以主厂房为例,研究结构面对位移的影响和位移随时间曲线的变化规律。分析表明：地下厂房围岩位移为0～20 mm,位移较大部位出现在主厂房边墙中上部和岩锚梁部位。开挖揭露量级较大部位的位移主要受到错动带控制,施工期洞室最大位移达到61.49 mm,结构面附近的张开位移是该部位的主要位移。锚杆和锚索对围岩位移起到很好的约束作用。位移主要发生在开挖施工期间,且随开挖过程表现出典型的阶跃上升特征;开挖施工结束后围岩位移收敛速度较快,围岩位移的时效特征不显著,洞室群稳定状况良好。     

大跨软岩公路隧道围岩稳定性分析

本文针对大跨度软岩隧道的围岩变形特点,以集呼高速公路旗下营隧道右线出口段YK197+040断面在CD法施工下围岩变形的现场监测数据为背景,整理了拱顶沉降的位移-时间曲线,探讨了拱顶沉降随开挖时间的变化情况。运用ABAQUS软件,结合实际隧道工艺建立了三维有限元模型,数值分析了隧道开挖后拱顶及周边位移的变化趋势,研究了围岩力学性能参数对隧道变形以及围岩稳定性的影响。在综合考虑监测数据与数值结果的基础上,为后续隧道安全施工提供了有益的理论建议。     

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模，应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟，从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明：对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内，约占其总量的2／3，而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖；在掌子面未开挖之前，围岩沉降和水平位移均已完成40％先右；从横断面上看，围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外，现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明，两者变化规律吻合较好。     

大风垭口岩石公路隧道围岩及初期支护变形与内力研究

按“新奥法”施工的云南大风垭口隧道全长约3300m，为上、下行分离的双洞单向行车双车道，属于长、大岩石公路隧道。通过现场施工量测，在分析了收敛位移、拱顶位移、围岩内部位移及钢支撑内力等大量实测数据的基础上，研究了围岩及初期支护的变形包括岩石蠕变变形、内力随开挖进度及时间变化的规律，讨论了上、下台阶开挖对围岩的影响。研究结论可望为岩石公路隧道施工提供一定的指导。     

圆巷开挖围岩偏应力应变能生成的分析解与图解

巷道开挖在围岩中产生偏应力,围岩应力是原岩应力与偏应力的叠加,偏应力或偏应力能控制岩体破坏。在假设静水压力和体积应变等于零条件下,利用文献[1]在弹性、非线性硬化和软化光滑连接的本构模型导得的圆巷围岩弹性、硬化和软化区光滑连接的应力分布表达式,用重积分计算了圆巷围岩弹性、硬化和软化区中的偏应力应变能U d,证明了Ud可以简捷地用地应力关于巷壁位移做一次积分再乘以巷壁周长得到。由此,可通过地应力–巷壁位移关系曲线及其所围面积的几何形式表示围岩偏应力能随巷壁位移变化的情况,此研究结果可以深化由于巷道开挖围岩的力学响应及挖成后巷道围岩工况规律的认识。     

公路隧道软弱围岩开挖方法研究

以漳龙高速公路龙岩段乌石山隧道软弱围岩施工为对象,基于公路隧道开挖常用的全断面法、上下台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁小导坑法进行数值计算和理论分析,研究开挖方式对围岩的变形量、应力场、塑性区以及洞周整体稳定性的影响,从力学的角度选择最适合在公路隧道软弱围岩地层的开挖方法,为隧道的合理支护和施工安全提供依据。     

软弱围岩隧洞位移和应力释放规律研究

软弱围岩强度低、自稳能力差,在隧洞施工中易引起不同程度的塌方,造成生命财产的损失。因此,研究及时支护情况下软岩隧洞围岩的位移和应力释放规律显得尤为重要。笔者采用三维数值方法系统研究了隧洞开挖过程中的位移变化规律,并结合二维数值分析方案研究了围岩应力释放系数随工作面推进的关系。研究表明:(1)埋深、洞径和洞型等对拱顶位移释放系数影响较小,而岩性对其影响显著;(2)拱顶位移释放随应力释放变化过程大致可分为3个阶段,且岩性越差达到相同位移释放率时所需的应力释放率也越大;(3)研究断面前后一倍洞径是围岩应力调整的主要阶段,且应力释放率随岩性的弱化而增强;(4)初期支护对岩性较差的隧洞效果更明显。     

扁平特大断面公路隧道核心土模拟与分析

破碎围岩段大断面隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.文章依托广州龙头山单向4车道公路隧道,对扁平特大断面公路隧道在破碎围岩段采用双侧壁导坑法开挖时,预留核心土厚度的区别和开挖方式的不同进行了有限元模拟,分析了围岩应力、围岩塑性区、拱顶沉降、二衬和核心土临时支护的内力,得出了核心土的合理厚度及较为合理的开挖方式.结论对扁平大跨隧道的设计和施工具有指导意义.