基于现场监控量测的龙潭隧道施工期围岩稳定性研究

龙潭隧道位于沪蓉国道主干线湖北长阳白氏坪-恩施段上,长8 600 m,最大埋深530 m,属国内第二长公路隧道.隧道穿越岩溶、断层、裂隙发育地段,受构造运动影响,围岩内赋存的水平地应力偏高,沿途地质条件复杂,是典型复杂地质条件下的深埋特长隧道.为研究施工期隧道围岩的稳定情况,进行大量现场监控量测.通过对监测数据的分析,研究围岩位移、锚杆轴力、二衬接触压力的分布特性及其变化规律,研究结果可为隧道后续施工和设计方案优化调整提供依据,也可为类似复杂条件下深埋特长隧道的设计、施工提供参考.     

地应力对深大竖井稳定性影响研究

长大公路隧道通风竖井通常建设在地应力作用的岩体区域,地应力状态是影响竖井工程稳定性最重要的因素之一。为探明高地应力状态对深大竖井围岩的应力演化和变形规律的影响,依托米仓山特长隧道通风竖井工程,采用数值模拟对不同应力系数的竖井施工过程进行分析,研究了不同应力条件下大断面竖井沿不同深度的围岩应力特征及径向位移规律。研究结果表明:相差较大地应力系数对围岩位移分布规律产生较大影响;围岩径向位移与围岩级别及竖井深度呈正相关性,围岩级别变差比竖井深度增大对围岩径向位移的影响更为明显;但当竖井深度超过200 m时,随地应力系数增大竖井径向位移速率急剧增大;不同围岩级别条件下随竖井深度和应力系数的增大,径向应力和切向应力都呈增大趋势,但增大趋势较平缓;研究成果可为类似竖井工程的科研、设计和施工提供参考。     

高地应力软岩隧道合理施工工法研究

以宜昌—巴东段的几座软岩特长隧道为例,针对隧道埋深大、围岩超过50%为软弱易流变的粉砂质泥岩、泥质灰岩、页岩等特点,通过对高地应力软岩隧道合理施工工法的研究,分析了高地应力软岩隧道合理的施工工法,为今后类似工程的建设提供有益的借鉴。     

二郎山公路隧道地应力测试研究

通过对2组钻孔应力解除法地应力的测试和6组Kaiser效应地应力的测试，查明了二郎山深埋特长公路隧道工程岩体内地应力的总体状态为潜在走滑型，隧道中部测得的地应力量级普遍较高，最大主应力高达35.5MPa，因而，施工过程中须高度重视其高地应力与岩爆问题。     

TBM隧道施工中高地应力区的应对措施

中天山隧道是南疆线增建吐库二线穿越天山的特长隧道，采用敞开式TBM掘进机施工。由于隧道埋深大，高地应力大，表现形式主要有围岩变形、岩爆等。本文介绍了在高地应力区施工采取的应对措施。     

大埋深高地应力硬脆性围岩隧道施工工艺研究

随着我国隧道工程的迅速发展,隧道建设不断向大埋深、高地应力和破碎围岩地带延伸.针对大埋深高地应力硬脆性围岩的地质特性、应力作用与围岩变形规律认识不足,不利于施工安全的问题.本文依托天平铁路关山隧道,对大埋深高地应力硬脆性围岩隧道控制变形施工工艺进行研究.研究表明:采用大曲率边墙优化结构断面,可有效改善隧道结构受力;合理...     

秦岭北缘某深埋引水隧洞应力场特征研究

岩体初始地应力场是研究地下洞室围岩稳定状况和隧洞选线的重要依据。应用水压致裂法对秦岭北缘某深埋引水隧洞应力进行测定,结果显示隧洞围岩应力等级属于中低～高应力水平,应力量值呈σ_H＞σ_h＞σ_z特征,最大水平主应力方向为近NE向,与区域构造主压应力方位接近一致。基于实测数据,对工程区应力场进行回归反演,并结合区域构造应力对隧道沿线的深埋和浅埋段应力场分布规律进行了研究,以期为引水工程的设计和施工提供参考。     

秦岭深埋引水隧洞地应力综合测量及区域应力场分布规律研究

首次将三维水压致裂法和常规水压法应用于秦岭近1 000 m埋深引水隧洞地应力场研究,并对2种方法所得结果进行对比分析,结果表明:2种方法所测最大水平主应力范围主要为20～31 MPa,量值基本一致;最大水平主应力方向集中为NW～NWW向,印证了三维水压致裂法地应力测试结果的可靠性。最大水平主应力方向在隧洞深埋洞身段近EW向,与该区域内古残余构造应力分布相符,进一步反映了秦岭区域应力场的复杂性。同时,结合实测结果及隧洞围岩力学参数,对深埋隧洞开挖后应力重分布范围、测试部位的应力水平等问题进行分析和评价。最后,概括了秦岭区域地应力场分布规律,并绘出地应力实测结果分布图,这对于深入了解秦岭区域构造演化规律及科学指导越岭工程的设计和施工都具有重要的理论价值和实践价值。     

榴桐寨隧道高地应力软岩大变形机理研究与施工措施应用分析

软弱围岩在高地应力作用下发生大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响,还与原始地应力状况及工程因素等有关。榴桐寨隧道埋深约1 400 m,围岩以软岩为主,构造带可能应力集中,软岩存在大变形问题。隧道软质岩大变形主要影响因素包括地应力条件、岩体强度、地质构造影响程度、地下水发育特征、围岩分级、岩石膨胀性。当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时才可能发生软岩大变形。研究表明,当强度应力比小于0.3～0.5时,即能产生比正常隧道大一倍以上的变形。通过对榴桐寨隧道发生软岩大变形的机理研究,找到一套行之有效的施工控制措施是保障施工及运营期安全的关键。     

“高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究”成果通过专家鉴定

日前,在长春新民宾馆,吉林省科技厅组织专家对中铁十三局集团公司承建施工的雅砻江锦屏二级水电站工程《高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究》项目成果进行了鉴定。《高地应力下特大断面隧洞施工技术及围岩稳定性研究》是针对国家重点工程锦屏二级水电站引水隧洞群TBM组装洞超大埋深、高地应力和特大断面等特点,     

深埋岩体隧道开挖面三维非线性挤出效应分析

深埋高应力覆存环境下的岩体隧道处于复杂真三维应力状态,围岩力学行为与浅埋隧道存在明显差异,传统的强度理论与分析方法已经不能满足深埋隧道围岩稳定性精细化分析的要求;开挖面三维空间效应问题在浅埋隧道设计与施工常被简化甚至忽略,但其对深埋隧道围岩稳定和施工安全的影响必须予以重视。为此,以西部典型深埋隧道为对象,建立精细的三维地质模型和隧道数值分析模型,采用三维GZZ强度准则对不同埋深隧道的开挖过程进行三维有限元模拟,分析开挖面三维非线性空间效应,揭示开挖过程复杂应力路径及非线性挤出变形的时效演变机制。研究表明:(1)采用现场三维照相、激光扫描和三维重构等数字化采集技术,可快速、自动、准确获取岩体GSI等GZZ准则输入参数,实现了深埋隧道围岩稳定性三维分析;(2)深埋隧道开挖面挤出变形比浅埋隧道更加显著,挤出变形主要为塑性变形,变形量随埋深呈现出抛物线变化,且开挖面进入塑性屈服状态早于洞周围岩;(3)开挖面前后3～4 m范围内具有显著的三维空间效应,3个主应力均发生了巨大变化,且伴随明显的应力主轴旋转,该现象主要由开挖面处急剧增加的切应力导致;(4)开挖面中心岩石应力水平I1远低于洞周围岩,开挖卸载导致的岩体不稳定性比处于加载状态的洞周围岩更加严重;(5)深埋隧道钢拱架扭曲变形和围岩非均匀纵向变形主要与σ_3和σ_2有关,且超过一定埋深时,σ_2的作用显著增加。     

福州巫洋隧道建设工程地质条件及地质风险评价

以地质调查、勘察、原位试验、物探、地应力测试等成果资料为基础,通过对巫洋隧道的工程地质条件分析、研究及评价,预计隧道施工存在突涌水、高地应力影响、围岩失稳等地质风险,提出了减少地质风险事件施工建议,为隧道安全施工奠定了基础。     

高地应力条件下隧洞开挖诱发围岩振动特征研究

采用理论分析、动力有限元数值模拟和振动监测数据对比等综合方法,研究高地应力条件下隧洞钻爆开挖诱发围岩振动的特征。发现高地应力条件下深埋隧洞钻爆开挖诱发的围岩振动由爆破振动和岩体初始地应力（开挖荷载）动态卸载诱发振动两部分叠加而成。在低岩体初始应力条件下,隧洞钻爆开挖过程围岩振动主要由爆炸荷载所引起;高地应力条件下,开挖荷载瞬态卸荷诱发振动的幅值可超过爆破振动而成为围岩振动的主要因素。利用四川省瀑布沟水电站引水隧洞进口段（地应力水平10 MPa）和尾水隧洞洞身段（地应力水平20 MPa）钻爆开挖过程的实测围岩振动资料,对理论分析和数值模拟结果进行验证。     

考虑围压效应和中主应力的深埋软岩隧道弹塑性解

高地应力深埋软岩隧道开挖卸荷后,断面周边围岩的径向应力急剧降低,围压从围岩深部至隧道洞壁急剧衰减,不同位置岩石的应变软化和剪胀扩容受围压效应的控制。基于三维H-B强度准则建立考虑围压效应和中主应力的深埋软岩隧道弹塑性解计算方法,并依托中老铁路新华隧道计算深埋滇中红层软岩隧道的挤压变形,讨论围压效应和中主应力对围岩应力–应变特征、强度软化特征和剪胀扩容特征的影响,探讨围压效应在不同峰值强度、原岩应力和支护反力下的敏感性。研究结果表明：围压效应通过降低岩石的临界塑性偏应变η^*和增大岩石的峰值剪胀扩容系数K_ψ^p,从而加剧围岩的软化和剪胀程度,进而加剧隧道的挤压变形;中主应力会降低围岩的软化程度,加剧围岩的剪胀扩容,但整体上能有效抑制深埋软岩隧道的挤压变形;岩石峰值强度越低、埋深地应力越大时,隧道的挤压变形受围压效应的影响程度越高。因此分析高地应力深埋软岩隧道开挖卸荷的力学响应时,不能忽视围压效应的影响;支护反力能有效抑制效围压效应对隧道挤压变形的影响,在深埋软岩隧道的施工建设时应及时施作支护结构约束围岩的变形。     

乌鞘岭长大深埋隧道围岩变形与地应力关系的研究

乌鞘岭长大深埋隧道横穿祁连山东麓，长达20050m，最大埋深1050m。在千枚岩夹板岩及构造角砾岩等软弱岩层洞段的隧道开挖过程中，围岩强烈变形，水平最大变形达1034mm，拱顶最大下沉量达1053mm，由此导致支护失效甚至型钢钢架被严重扭曲，且持续变形不收敛。原地应力测量研究表明，该洞段具有明显的现今构造应力作用，最大主应力的作用强度为20-22MPa，现今地应力状态的总体特征为σH≥σV〉σn。分析认为，隧道围岩的变形是在较强的构造应力与垂直重力的共同作用下，由于未及时支护，软弱围岩不能承受该作用力，以致产生持续性流变大变形。工程实践表明，围岩应力状态是支护设计的依据，而适时支护是非常重要的。允许围岩适度变形，使围岩应力得以适度释放。选择在流变大变形尚未形成，围岩尚未丧失其抗载能力的时刻，及时进行衬砌支护，这对确保围岩稳定和支护安全具有重要意义。     

高地应力条件下隧洞开挖诱发围岩振动特征研究

 采用理论分析、动力有限元数值模拟和振动监测数据对比等综合方法，研究高地应力条件下隧洞钻爆开挖诱发围岩振动的特征。发现高地应力条件下深埋隧洞钻爆开挖诱发的围岩振动由爆破振动和岩体初始地应力(开挖荷载)动态卸载诱发振动两部分叠加而成。在低岩体初始应力条件下，隧洞钻爆开挖过程围岩振动主要由爆炸荷载所引起；高地应力条件下，开挖荷载瞬态卸荷诱发振动的幅值可超过爆破振动而成为围岩振动的主要因素。利用四川省瀑布沟水电站引水隧洞进口段(地应力水平10 MPa)和尾水隧洞洞身段(地应力水平20 MPa)钻爆开挖过程的实测围岩振动资料，对理论分析和数值模拟结果进行验证。     

高地应力隧道围岩与支护结构作用研究

文章以大埋深高地应力的大相岭隧道为研究背景,使用Flac 3D建立三维有限差分模型,对初始高地应力场作还原模拟,进行隧道施工力学行为的分析研究。旨在研究大埋深高地应力隧道因施工扰动,同时考虑时空效应引起的洞周围岩变形、隧道掌子面挤出变形以及锚杆的应力等情况,以掌握连续介质(土体)隧道条件下不同锚杆打设方式对隧道稳定性的影响效果,为高地应力隧道修建提供指导意见。     

深埋隧洞围岩应力分析及岩爆预测

采用有限元软件,数值模拟分析了相同侧压系数、不同埋深工况下的深埋隧洞围岩应力变化规律,初步判别了岩爆可能性及岩爆发生部位,对隧洞的设计及施工过程中岩爆的防治具有一定的指导作用。     

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。     

基于中国西部构造应力分区的川藏铁路沿线地应力的状态分析与预估

基于中国西部构造应力分区和地质力学迹线分析方法,利用Anderson断层力学理论分析工程区可能的主应力方向,并结合地应力数据,分析新建川藏铁路沿线的地应力场方向。基于Hoek-Brown强度理论估算工程区范围内的岩体强度,利用修正Sheorey模型对川藏铁路沿线深埋区域的地应力值进行预测分析,综合分析评价新建川藏铁路沿线地应力状态及可能导致的高地应力现象。研究结果表明,新建川藏铁路沿线区域最大水平主应力优势方向为NE向,但在东构造结附近和青藏高原东北边缘应力区,应力场方向较为复杂多变,其中东构造结区域最大水平主应力优势方向为NNW～NEE向,东构造结以东,最大主应力方向范围较大,优势方位范围20°～140°。地应力预测结果显示,考虑岩性差别,川藏铁路沿线埋深1 000 m左右时,最大、最小水平应力量值范围分别为26.19～38.41和13.88～21.81 MPa;埋深2 500 m左右时,最大、最小水平应力量值范围分别为66.44～86.48和35.02～49.11 MPa。高地应力情况下,埋深超过1 000 m时,硬质岩可能存在岩爆风险,软岩可能发生严重的大变形现象。基于中国西部构造应力分区,利用地质力学迹线分析、Anderson理论和修正Sheorey模型等方法,结合有限的实测资料,可以较好地解决线状工程的工程区应力场状态及应力量值预测问题。