深埋软岩输水隧洞开挖支护时空效应研究

云南滇中引水工程中所穿越的滇中红层软岩流变特性显著,隧洞开挖及支护过程中围岩变形量大,对隧洞开挖支护体系及后期衬砌混凝土结构受力影响显著。重点对软岩蠕滑变形时空效应进行了分析,研究了隧洞开挖的衬砌预留变形量、支护体系合理施做时机及衬砌受力情况。研究表明,在确保隧洞围岩稳定的条件下,通过充分发挥围岩的自稳能力,改善支护体系受力条件,最终实现了隧洞支护参数的最优设计。     

软岩引水隧洞围岩稳定性分析

为研究软岩区引水隧洞开挖变形规律，基于某软岩引水隧洞工程实例，对现场监测数据进行分析。结果表明：(1)受软弱岩层的影响，掌子面开挖6m以内，拱顶沉降值和周边位移值的变化最大，且拱顶位移沉降和周边位移与时间的关系符合指数函数关系；(2)软弱岩层隧洞开挖后，围岩自身很难迅速形成自稳定岩圈。当施加支护结构后，且支护结构与围岩形成支护拱圈时，位移才会有所收敛。在实际隧洞施工过程中，对于监测断面25m以内的位移监测要适当进行加密；(3)对于软岩区隧洞，因隧洞地层的工程性质较差，隧洞开挖后要及时进行支护。在实际施工过程中，要重视现场隧洞变形监测，发现问题及时处理。     

浅埋引水隧洞穿越第三系变形特征研究

针对滇中引水工程浅埋第三系软岩隧洞的变形问题,选取柳家村隧洞进口段建立数值模型,研究了浅埋第三系软岩隧洞在开挖和支护后的变形破坏特征。结果表明:影响隧洞变形破坏的主要因数是围岩强度和隧洞埋深。隧洞开挖后,由于隧洞后段的围岩强度比隧洞前段大,在隧洞后段的变形量要大于隧洞前段的位移量,塑性区的分布范围也比前段广。支护后,隧洞的径向变形量和塑性区分布都得到了很好的控制,支护效果明显。在浅埋第三系洞段,开挖后的变形量与隧洞埋深有一定关系,即埋深相对较大洞段,开挖后的变形量也更大,在此洞段,应加强支护。研究成果对引水工程中的浅埋第三系软岩隧洞施工提供指导。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。     

九道河隧洞软岩地层洞段变形控制措施研究

软岩隧洞变形是西南地区隧洞开挖的常见难题之一.本文围绕九道河隧洞工程,针对Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段,通过分析软弱围岩的地质特征,详细探讨了软弱围岩隧道施工处理措施.九道河隧洞工程遵循"保护围岩、岩变我变,支护宁强勿弱,二衬及早跟进"的原则,充分调动围岩的承载能力,有效控制了围岩变形和松弛,最终确保了隧道施工的顺利进行.其成功...     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到 TBM 安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。     

深埋软岩水工隧洞开挖支护设计及工程对策

深埋软岩水工隧洞面临突出的高应力围岩挤压变形问题,开挖施工难度极大,后期运行环境及工况复杂,其开挖支护设计须统筹兼顾施工全过程及长期运行的安全稳定性.以某深埋软岩水工隧洞为研究对象,考察了该类软岩的各向异性力学特性,并对隧洞布置方案、系统支护设计、爆破开挖控制等方面进行了论述.其中,为规避片岩各向异性的不利影响,推荐洞轴线的走向为N4°W;为应对软岩挤压大变形问题,建议采用3％～5％的收敛应变率作为围岩的变形控制标准;依托现代围岩支护原理,提出采用"逐次施加、先柔后刚、多步控制"动态渐进支护方式来调控围岩显著挤压变形问题,并始终秉承围岩是隧洞承载和防渗的主体的深埋软岩水工隧洞支护设计理念.相关研究成果可为同类工程建设提供参考.     

基于变形监测的软岩隧道有限元反演分析研究

软岩隧道施工过程中需要对围岩进行及时有效的加固,以免变形过大威胁工程的安全性。依托天井山隧道工程,采用非接触位移测量监测围岩变形稳定性。为了更好地描述软岩的蠕变特性,结合位移监测数据以及有限元参数反演方法得到软岩蠕变参数,并以此分析开挖断面围岩的稳定性情况。得到以下结果:根据现场实际监测数据,隧道围岩的变形呈收敛趋势,但两侧变形并不对称;采用有限元反演方法得到的参数能较好地反应围岩开挖后位移变化的规律,其变化规律与实测数据一致;隧洞稳定性分析结果表明,现有支护措施下围岩流变塑性区范围将持续增长,最终会导致初砌破坏达不到支撑效果,需要采取进一步的加固措施。     

软岩引水隧洞施工开挖过程围岩变形规律研究

以云南省滇中引水工程某段软岩引水隧洞建立实体模型,应用三维显式有限差分法程序FLAC3D对其施工开挖过程进行三维数值模拟。计算结果表明,软岩隧洞受到开挖面的空间约束效应,围岩应力逐步释放,相应围岩位移也逐渐增加;在横断面上,拱顶围岩沉降位移沿竖直径向的空间效应主要影响范围在3倍洞径(3D)左右,而拱腰围岩水平位移和拱底隆起位移在1.5D左右;掌子面向前推进过程中,掌子面的空间效应逐渐消失,拱顶、拱底位移在施工开挖面后方约2.5D~3D处趋于稳定,拱腰位移在约2D左右趋于稳定,围岩变形收敛:软岩隧洞需要及时施作初期支护,以提高围岩自承能力,限制位移的增长速度。     

基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解

为进行流变围岩圆形隧洞工程应力、应变分析,将Hoek-Brown强度准则引入到西原流变本构模型,同时在力学模型中考虑掌子面推进效应和支护阻力对围岩应力释放率的影响,得到了支护条件下基于Hoek-Brown准则西原模型的圆形隧洞黏弹塑性解。通过锦屏二级水电站引水隧洞案例验证解析方法的可靠性,并进行了塑性区半径和围岩变形的影响因素定量分析。研究结果表明:(1)基于Hoek-Brown准则的西原模型更能反映实际隧洞工程岩体流变特性,建立的解析方法能够考虑围岩应力释放效应和塑性体积扩容特征对围岩变形的影响,其计算结果与实际监测数据吻合良好;(2)围岩应力释放系数、Hoek-Brown准则参数s、原岩应力和隧洞半径对塑性区半径的影响较大,是判断流变围岩隧洞稳定性的主要考虑指标,相对而言,岩石单轴抗压强度和Hoek-Brown准则参数m对塑性区半径的影响较小;(3)引入围岩扩容系数后,围岩位移量显著增加,但基本不影响围岩流变变形曲线形态和塑性区半径,从洞壁向围岩内部延伸,围岩扩容系数对围岩变形的影响越来越小。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

不同埋深对某水电站隧洞围岩流变稳定性影响

在高埋深下进行隧洞的开挖意味着将克服巨大的构造应力与自重应力,而在进行洞室开挖设计中地应力作用也是不容忽视的。因此,基于卸荷岩体理论和流变理论,依托室内流变试验进行了相关流变参数的反演,结合有限元分析软件ANSYS以及有限差分软件FLAC对比分析了不同埋深下隧洞围岩在加衬砌前后的蠕变变形量、塑性区等。结果表明:随着埋深的增加,隧洞周围的卸荷作用会越来越明显;洞室的开挖卸荷及洞侧围岩的共同作用,使得隧洞在埋深由浅及深的过程中经历了从“压力拱”的出现到消失的过程;当埋深增加时隧洞的水平向位移越来越大,洞侧变形将成为影响隧洞稳定的一个主要控制因素。     

小垂距交叉软岩隧道现场监测分析

针对公路与铁路小垂距交叉软岩隧道的特点,以云南某上穿公路隧道为背景,对该隧道右幅交叉段进行隧道净空收敛、围岩内部结构应力、围岩深部位移等项目的监测。根据监测结果,分析该隧道的围岩和支护结构的变形以及受力特点。结果表明,隧道右幅交叉段Ⅴ级围岩采用三台阶临时仰拱法开挖是可行的,能够有效地控制围岩变形,围岩稳定变形时间在30 d左右。监测成果可用于对隧道稳定性进行评估与预警,以便及时调整支护参数,保证隧道施工安全性。     

考虑压力溶腔影响的岩溶隧道围岩稳定性分析

岩溶地区的富水压力溶腔常常对隧道施工安全造成不利影响。为研究岩溶溶腔对隧道施工过程围岩及支护受力的影响,依托某岩溶隧道,采用Flac3D有限元方法系统开展了不同工况的数值试验研究,主要考虑溶腔大小、溶腔位置及溶腔压力3因素影响,分析了不同工况下围岩受力变形、围岩应力及支护受力情况。结果表明:岩溶隧道溶腔会引起隧道施工过程围岩收敛变形和应力增大,溶腔大小、溶腔位置及溶腔压力均会对收敛变形和应力产生影响,溶腔越大、溶腔存在压力会造成靠近溶腔测点的收敛变形和应力值明显增加,溶腔位于拱顶时对隧道整体受力影响最大,溶腔位于边墙时对隧道影响次之,溶腔位于仰拱时对隧道影响最小;溶腔的存在会对初支受力造成不利影响,引起溶腔近侧初支应力重分布,建议加强溶腔施工段初支整体强度。     

软岩隧洞可缩性U型钢支架压缩量研究

以深埋软岩输水隧洞为工程背景,研究了钢支架压缩量的计算方法,提出软岩隧洞钢支架压缩量的控制标准。借助数值软件进行U型钢支架压缩量影响因素的定量分析,研究表明:(1)压缩量设计适当的可缩性U型钢支架既能满足深埋软岩隧洞支护"高阻让压"的需要,以保持围岩稳定,又能合理释放掉部分原岩应力,改善衬砌的应力应变状态;(2)确定钢支架压缩量设计值,可根据隧洞支护结构受力状态和围岩塑性区半径划定范围后综合判定;(3)隧洞埋深和围岩类别不仅对U型钢支架压缩量的影响很大,还一定程度上影响钢支架缩动收敛时间,岩体类型和隧洞洞型对U型钢支架压缩量也有较明显的影响。     

关山特长隧道高地应力下硬岩大变形规律研究

高地应力下隧道的围岩变形是岩体力学的关键问题之一,甘肃关山隧道埋深较大,在穿越高地应力区域时极易出现围岩失稳、塌方及支护结构大变形等现象。选取隧道典型试验段,通过数值计算及数据监测,对其大变形规律和防控技术进行了研究,进而得到了隧道围岩的变形和应力分布规律。根据分析结果,建议隧道衬砌施工时采用柔性支护的理念进行设计,优化边墙曲率,加大预留变形量,采取径向注浆加固及降低扰动。实践表明,一系列防控措施有效控制了围岩变形,降低了隧道施工风险,可为以后类似工程的设计和施工提供实践借鉴。     

引汉济渭工程黄三段输水隧洞围岩变形与压力分析

以分析深埋长隧洞围岩应力和应变为目标,考虑隧洞施工方式,围岩支护形式等因素,通过数值计算,动态模拟隧洞施工过程,获取了黄三段输水隧洞初期支护后的围岩变形情况以及围岩与衬砌相互作用关系。计算结果显示:采用设计的初期支护形式,可有效控制不良洞段的围岩变形,Ⅳ、Ⅴ类围岩最大收敛变形满足规范设计要求。Ⅳ、Ⅴ类围岩与衬砌间的相互作用力随衬砌浇筑时距掌子面距离的增加而降低,但在距掌子面约4倍洞径后降幅微小。通过对比分析经验方法与数值方法所确定围岩压力成果,确定了衬砌结构设计所需的围岩压力指标,为黄三段输水隧洞设计提供了依据,分析方法可为相似工程提供参考。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。