弱光栅技术在隧洞深层围岩变形监测中的应用

隧洞深层围岩变形监测对确保隧洞工程安全具有十分重要的意义，但传统监测技术难以满足目前隧洞监测的要求。弱光栅传感技术具有高密度、高精度和耐腐蚀性等特点，为隧洞监测领域提供了新的思路和技术手段。本文以平阳县南湖分洪隧洞工程为例，基于弱光栅技术设计了隧洞深层围岩变形监测方案，实现了对隧洞钻爆开挖期和开挖后期的深层围岩变形的原位实时监测。研究结果表明：本文研发的弱光栅感测光缆装置可以有效监测隧洞深层围岩变形；变形主要发生在浅部围岩，随着围岩深度增加变形程度减小；隧洞的钻爆开挖施工影响围岩变形，横向范围可以达到160m,纵向深度范围可以达到25m,且以围岩收敛变形为主；开挖后期围岩变形较小，保持基本稳定状态。研究结果可为同类隧洞工程变形监测与评价提供相应参考。     

骡坪隧道施工监控量测及其成果分析

新奥法施工的核心思想是把隧道围岩和支护结构作为一个完整的支护体系,而监控量测是新奥法施工的重要组成部分.以渝宜高速公路骡坪隧道为工程背景,基于隧道埋深大、大变形等工程特点,通过围岩变形监测、支护体系受力监测和锚杆轴力等现场监测,分析了隧道大变形段典型围岩的变形特点,得到了隧道在软弱岩体施工开挖过程中的围岩变形规律及支护...     

三台阶七步开挖法黄土铁路隧道围岩变形规律研究

三台阶七步开挖工法运用在大断面黄土隧道开挖,具有较好的效果,研究各个开挖步中围岩的变形与受力,对隧道施工过程中的安全、支护措施和质量控制以及施工结束后对结构内力的影响,具有重要的工程应用意义。以太兴铁路二标段向阳村大断面黄土铁路隧道Ⅴ级围岩加强段工程为背景,采用断面预埋压力计、应变计等监测仪器对围岩压力及钢拱架变形进行动态监测,掌握围岩的变形特性;同时利用有限差分软件,模拟七步开挖工法开挖过程,并用壳结构单元模拟初期支护,分析得出不同开挖步下围岩的塑性区、位移、应力以及初期支护的内力变化。结合数值计算和现场试验采集的数据,从而确定开挖过程中围岩变形规律和支护受力分布特征。     

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。     

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。     

山岭隧道洞口段围岩变形特征分析

为了研究山岭隧道洞口段围岩变形特征,以贵州省晴隆-兴义高速公路登攀隧道为工程依托,对洞口段围岩变形展开研究,通过对现场围岩变形进行监测和数据处理,分析了山岭隧道洞口段围岩变形的时间与空间效应,进而对山岭隧道洞口段围岩变形时间特征和空间特征展开研究。研究结果表明:隧道开挖引起围岩变形具有明显的时间效应和空间效应,监测断面围岩变形在开挖后历经8 d和27 m～30 m后稳定;山岭隧道洞口段围岩变形具有明显的空间特征,周边收敛值在时间轴上规律性较差,但累计变形量较小,对隧道围岩稳定性影响有限;洞口段拱顶沉降与地表沉降时间历程曲线有明显的规律,但累计变形量、分布特征与围岩本身属性紧密相关,地域差异性较大。     

盾构掘进过程中围岩变形规律的研究

无论采用什么样的施工工艺开挖隧道,都不可避免隧道开挖过程中围岩的应力释放。通常,土体颗粒在新的应力平衡条件下发生位移,引起围岩变形,变形较大时更可能诱发隧道失稳坍塌,最终破坏。为此,对隧道在开挖过程中围岩的变形规律的研究一直从未间断。并结合工程实例,建立三维有限元分析模型,通过对比理论计算和实测数据相结合的方法,对盾构法施工隧道掘进过程中围岩的变形进行了深入的研究,总结了盾构施工过程中围岩变形规律,能够为类似工程设计及施工提供参考意义。     

基于监测分析的隧道围岩与支护力学响应

结合具体工程实际,研究了复杂地质背景下围岩变形与初期支护受力特征,并基于现场监测数据,从隧道水平收敛监测、拱顶沉降监测两个角度,分析了施工期隧道围岩的受力状态及围岩与支护的力学响应规律。结果表明,隧道围岩位移-时间曲线图呈"台阶型",曲线类型可分为三个阶段:增长和急速增长阶段,该阶段一般出现在开挖的1~10d左右;缓慢增长阶段,该阶段一般出现在开挖的11~30d左右;趋于稳定阶段,该阶段一般出现在开挖的31~42d左右。"台阶型"曲线与实际相符,当开始开挖隧道时围岩变形速率急速增大,随着围岩变形速率逐渐减慢,然后受下一步开挖的影响,围岩变形仍然处于缓慢增长,最后随着开挖步骤的减少,围岩变形逐渐趋于稳定。     

新型套管式同轴多点位移计及其在隧道围岩变形监测中的应用

硐室围岩的变形监测是地下工程施工中的一项重要内容,如何研制改进现有的监测仪器,获得最接近实际的围岩变形信息是工程人员非常关心的问题。介绍了新型套管式同轴多点位移计的监测原理、结构,给出了监测结果换算的理论公式。通过隧道工程的实测分析,此位移计监测获取的围岩变形信息,可以揭示硐室开挖后围岩变形规律,确定合理的二次支护施作时间和施工方法,预测大变形等地质灾害,为信息化施工提供依据。     

高地应力特长大断面隧洞围岩稳定监测与分析

对大埋深高地应力大断面引水隧洞开挖围岩稳定问题,运用隧洞施工理论和监测技术与方法,充分结合工程实际,采用断面收敛仪、多点变位计、振弦式锚杆应力计等监测仪器及方法对围岩收敛变形、隧洞围岩深部变形以及锚杆轴力等围岩稳定进行监测和分析。结果表明：大埋深软L弱围岩地质条件下,隧洞会产生大变形,即使是在初期支护的作用下,净空收敛的量值和速率在测试初期也是很大：隧洞开挖效应对左右边墙锚杆的轴力变化影响较大,而对拱顶锚杆的轴力变化影响较小;洞室开挖侧墙水平应力释放容易导致高边墙产生片帮、剥落,在开挖时应加强高边墙的位移和应力监测,适时进行支护。     

地下洞室监测位移场的反演和围岩稳定评判分析

 针对地下洞室开挖过程中有限的位移监测仪器仅能反映局部围岩变形的情况,提出一种基于整个洞室围岩变形空间场的围岩稳定评判方法。首先通过物理场,对监测数据进行标准化处理,引入监测数据以外的围岩变形信息,然后进行三维空间反演。根据反演结果,运用警戒线法对洞室整体围岩进行评价。该评判方法已成功应用于瀑布沟、溪洛渡等大规模地下洞室的施工开挖围岩稳定分析中。实践表明,该方法能及时反映整个洞室群围岩的变形情况,相对其他数值计算方法能对围岩稳定做出快速、精确、直观的评判。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩变形与破坏特征分析

 结合地质、监测、物探及施工资料,对地下厂房施工期围岩的变形与破坏特征进行分析。分析结果表明,高地应力和低强度应力比条件下,围岩的变形不再主要由地质结构面的张开变形构成,由岩块破坏产生的变形所占比重增加。围岩的变形量级和松弛深度相对较大,边墙的主要松弛深度为12～15 m,部分大于15 m。围岩变形量级与松弛深度成正比,而松弛深度呈现出渐进扩展的趋势,因此变形的时效性应理解为围岩破坏的渐进扩展过程,与常规的流变概念存在差别。主厂房及主变室下游拱腰部位混凝土喷层鼓胀性裂缝是层状岩体在高应力条件下的卸荷劈裂和向临空面的屈曲破坏的结果,这种破坏导致下游拱脚部位位移测值的增大。主变室上游边墙混凝土喷层裂缝表现为张性开裂,主要原因是母线洞开挖后岩体应力集中导致的岩体压裂破坏。在高地应力条件下,地下洞室群开挖是否可采用“先墙后洞”的施工方案是一个值得探讨的问题。     

高应力软岩巷道围岩变形破坏研究

 以某有色金属矿山巷道为例, 给出了高应力软岩的定义, 论述了高应力软岩的特征、形成条件以及高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征和类型, 分析了巷道开挖前后地应力状态的变化及其对围岩变形破坏的影响, 并从岩体和工程岩体围压状态变化和强度变化角度探讨高应力软岩围岩的变形破坏机理。     

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。     

锦屏一级水电站地下厂房围岩开裂变形机制研究

针对锦屏一级水电站地下厂房高应力、低强度应力比条件下开挖施工引起的围岩变形开裂及相关力学问题,从全空间赤平投影解析、平面投影应力特征等多角度全方位研究地下厂房区地应力场分布特征及规律;并结合力学定性分析和三维数值模拟等手段对地下洞室群围岩变形开裂机制进行深入分析,研究洞室群围岩开挖损伤演化规律。研究表明,锦屏一级地下厂房区域出现的围岩、喷层较大变形乃至破坏现象本质上是由高地应力和相对较低的岩体强度形成的不利组合所造成的,在主厂房、主变室的拱腰、拱座和边墙以及母线洞侧墙等部位出现的开裂破坏,属于典型的高应力、低强度应力比条件下围岩的卸荷变形与破坏。提出锦屏地下厂房围岩变形开裂概化模型,为地应力场反演和施工过程的数值仿真分析提供重要参考和定性依据;最后针对开挖维护围岩稳定性问题提出相应的建议,为锦屏一级地下厂房的开挖施工及动态支护设计提供技术支持。     

并设小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹性、弹塑性数值计算方法,对Ⅲ~Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时,研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式选取、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供参考。     

NATM公路隧道围岩时间效应的统计分析

 基于50多条两车道NATM高速公路隧道的现场监测数据,通过对围岩收敛变形和拱顶下沉数据的统计分析,探讨隧道II,III,IV,V级围岩随时间的变形特性,得到不同级别围岩隧道从开挖到变形稳定的时间,分析稳定时间与围岩级别的关系,为隧道施工阶段围岩的稳定性评价以及二次衬砌的合理施做时机提供依据。     

物探及数值模拟对地下工程围岩稳定性的分析

地下工程开挖的安全性贯穿始末,开挖前的地质物探可以帮助人们了解掌握工程前方的地质情况,高密度电法是较为普遍的方法之一,可以通过岩石的电阻率不同从而得到上层覆土的厚度以及工程前方的地质情况。在施工过程中,通过有限差分软件FLAC3D对方斗山隧道围岩稳定性进行分析,可以得到不同施工工序下围岩的应力与变形规律。结果表明,开挖后初期支护可以减轻围岩的应力集中现象及降低变形量,拱顶部的最大应力由未支护时的3.98 MPa降低到3.71 MPa,拱顶最大位移由35.9 mm减少为29.6 mm。可以指导施工适时地加强支护,采取相应的措施,确保施工及人员的安全。     

昔格达地层隧道变形特性曲线及变形机理研究

昔格达地层隧道围岩开挖后易风化,遇水即泥化等性质严重影响成昆线复线的快速安全施工,因此展开对昔格达地层隧道围岩变形特性曲线及其变形机理等研究具有一定的现实意义。文中通过现场调查,物理力学试验,现场监测,数值模拟和理论研究等手段对昔格达地层隧道变形特性进行深入研究。研究结果表明：昔格达地层隧道主要发生拱顶大变形、水平收敛大和仰拱突泥隆起等,围岩呈现中厚层状、互层状和薄层状等水平层理发育;含水率对昔格达地层隧道围岩的力学性质影响很大;黄色砂岩夹页岩围岩试样压缩模量最小;含水率对灰色页岩夹砂岩围岩试样的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩围岩的内摩擦角影响最大;拟合现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到昔格达地层隧道开挖围岩变形全过程曲线：开挖初期缓慢变形,开挖中期急剧变形,开挖中后期变形减缓和开挖末期变形稳定;同时推导出在弹性、塑性和松动区状态下的昔格达地层围岩变形公式,得到弹塑性昔格达地层围岩变形特性曲线以及四个阶段昔格达地层隧道各部位变形松动区轮廓。最后从力学变形本构模型、物理和化学等角度对昔格达地层隧道围岩变形的力学机理进行分析。