浅埋偏压隧道洞口段围岩破坏机理

为了研究顺层岩质边坡下浅埋偏压隧道洞口段围岩破坏机理,以班丘隧道为例,根据现场地质调查结果,结合监测数据并利用数值模拟的方法分析了隧道洞口段围岩的破坏机制,提出了治理措施。结果表明:隧道浅埋侧拱肩处易出现拱形拉伸屈服塑性带,围岩易从此处开始破坏;围岩破坏是多种因素共同作用的结果,其中隧道偏压作用、岩体结构和降雨是造成隧道塌方和边坡滑坡的关键因素;隧道塌方模式为:掌子面上方岩体首先在重力作用下沿拱形屈服带形成拱形坍塌,然后在弯折内鼓作用下形成整体塌方,边坡滑坡的形式为坡体表面中风化页岩夹泥砂岩在坡体破坏的情况下发生顺层面的近平面滑移。     

穿越断层破碎带浅埋段隧道沉降控制施工技术

洞子崖隧道DK683+938~DK684+076段属杜康沟断层破碎带,其中DK683+938~DK684+004段为浅埋段,隧道埋深浅、围岩较破碎,施工中易出现拱顶下沉、水平收敛、坍塌等现象。在分析三台阶预留核心土法加单层超前小导管预支护施工方法存在着隧道掘进中出现围岩收敛及拱顶沉降较大等问题的基础上,提出该段采用双侧壁导坑法加双层超前小导管预支护,并配合锁脚锚管、扩大拱脚、及时封闭仰拱等措施的施工方法。实践证明:采用该技术能够顺利通过断层破碎带浅埋段,与三台阶预留核心土法加单层超前小导管预支护的施工方法相比,能够有效地控制隧道洞内周边位移,保证了工程质量和施工安全。     

黄土地区暗挖段隧道中洞施工地层变形特性分析

以西安地铁隧道为工程背景,在现场实测和数值模拟的基础上,研究了浅埋暗挖地铁隧道穿越黄土区时围岩的位移变形规律.结果表明,采用台阶法施工,上导引起的沉降量远小于下导引起的沉降量,下导开挖后应在最短时间内进行初期衬砌支护;上台阶开挖所引起的拱顶沉降量大于下台阶引起的沉降量,其沉降值在下导掌子面通过2D(D为隧洞洞径)距离后逐渐趋于稳定.     

浅埋偏压段大断面隧道施工方案及施工工序优化

采用FLAC5．0有限差分数值计算软件,对大断面、软岩、浅埋、偏压段隧道——包西铁路洞子岩隧道进行了三台阶、CRD和双侧壁导坑法的施工力学行为模拟分析,确定了采用双侧壁导坑法施工方案较优。分析了双侧壁导坑法不同施工工序时的围岩位移、支护内力、地表沉降以及塑性区的变化,得出了先开挖浅埋侧侧导坑后再开挖深埋侧侧导坑施工工序较优,且能有效地控制隧道围岩周边位移。数值模拟计算结果与现场监控量测值基本吻合。     

浅埋偏压隧道进洞施工围岩稳定分析

针对破碎岩体浅埋偏压隧道围岩稳定性问题和进洞工法的取选,选用ABAQUS有限元软件对广西岭顶隧道分别采用三层台阶法、中隔墙法和双侧壁导坑法施工进行数值模拟研究,分析不同施工方法下围岩及支护结构的应力、应变及塑性区分布变化等情况。结果表明:由于隧道存在明显的浅埋和偏压作用,进洞适宜采用中隔墙法和双侧壁导坑法施工作业,能较好地保证隧道的稳定性。在该工程条件下,中隔墙法对拱顶和地表的沉降变形控制较好,而双侧壁导坑法对拱腰处的变形控制更佳。中隔墙法支护结构的内力和弯矩主要集中在拱顶左侧。双侧壁导坑法支护结构的内力和弯矩左右两侧对称分布,隧道拱顶正上方锚杆受力较小。进洞开挖步距不宜过大,确定每次开挖在2 m以内即可。     

破碎围岩浅埋偏压隧道衬砌荷载的计算方法

隧道洞口大都会面临围岩破碎、浅埋和偏压等不良地质地形情况,现行规范只给出了偏压隧道衬砌荷载的计算方法。对于破碎围岩浅埋偏压隧道,根据现场情况及实测的衬砌受力和变形特征表明其与规范假定不同,不宜直接利用规范方法。通过工程实例分析及隧道三维数值分析结果提出了浅埋偏压隧道破碎围岩的破坏模式,即隧道开挖后深埋侧岩体滑塌下落挤压支护结构使其向外侧变形,从而外侧支护受到被动土压力。根据提出的破坏模式,将隧道开挖后围岩主要分为滑塌区和被动区,在此基础上利用极限平衡法推导出了衬砌荷载的计算公式。将计算得到的结果与现场实测值对比发现,对于围岩极其破碎且存在较严重偏压的浅埋隧道工程,提出的计算方法比采用规范方法更接近实际情况。     

不同掌子面间距下浅埋偏压小净距隧道稳定性研究

浅埋偏压小净距隧道结构特殊,两主洞同时施工时掌子面间距的合理选择对隧道稳定性尤为重要。以延崇高速公路头炮隧道为背景,通过ANSYS及FLAC3D软件建立隧道模型并进行数值模拟,采用了双侧壁导坑法先开挖深埋侧隧道的基础上,将规范中建议的小净距隧道施工时掌子面间距为1～2倍洞径的范围细化为4种不同工况,从隧道上部边坡位移、围岩位移及应力、初衬变形及应力、塑性区体积及锚杆受力等方面进行隧道稳定性的分析,最终得到两主洞掌子面保持2倍洞径时施工隧道稳定性最好,可为本工程及相似工程提供参考。     

层状地层中矩形隧洞围岩应力及位移

为从理论上探析层状地层中隧洞围岩应力和位移求解问题,基于Покровский当层法理论,将层状地层转化为均质地层,再利用复变函数将坐标平面z上均质地层中矩形隧洞映射为复平面ζ的单位圆。首先,针对浅埋隧洞,阐述计算其应力及位移的方法;其次,针对深埋隧洞,通过求解解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),得出层状地层中深埋矩形隧洞围岩应力,进而获得围岩应变和位移;最后,针对某具体矩形隧洞,借助MATLAB软件求解其解析函数Φ(ζ)和Ψ(ζ),研究围岩侧压力系数、边界力和隧洞高宽比等对隧洞围岩应力的影响。     

浅埋大跨洞桩隧道变形监测与控制分析

针对采用洞桩法施工的北京地铁10号线工体北路站,介绍了浅埋大跨洞桩隧道的变形监测与控制措施。根据监测数据,对洞桩法隧道导洞开挖,主体扣拱的拱顶沉降与洞周收敛以及地表和上部立交桥基础的沉降变形规律进行了分析研究。结果表明：1）采用洞桩施工方法能有效控制浅埋大跨隧道地表沉降和地层变形;2）隧道埋深和跨度、导洞开挖对浅埋大跨洞桩隧道变形影响显著;3）设置超前小导管注浆,及时施作初期支护和二衬,可以有效的控制变形的发展。     

锦屏二级水电站施工排水洞岩爆数值模拟

岩爆是一种极为复杂的动力失稳现象.在深埋隧洞的勘察设计和施工过程中,高地应力及其诱发的频繁岩爆,是影响隧道洞室稳定的重要因素之一.作为四川雅砻江锦屏二级水电站的重要的临时工程,施工排水洞在进入埋深1600m后就发生多次岩爆, 严重制约了工程的进展,为了研究岩爆发生机理与高地应力之间的关系以及更好地预测岩爆在隧洞内发生的位置,运用渐进破坏过程数值分析软件RFPA(realistic failure process analysis)对施工排水洞进行初步的应力分析,得出与现场实测相吻合的初始地应力拟合曲线.同时,隧洞开挖引起应力重分布而产生的围岩破坏的数值模拟也很好的印证了现场发生的岩爆情况,表明基于渐进破坏过程数值分析的RFPA可以真实地模拟高地应力下岩爆机理.     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明:地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为:中导洞＞正洞＞左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21＋970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21＋970测试断面松动区超过4 m。     

浅埋黄土隧道塌方破坏模式及处置技术

以宁夏某浅埋黄土隧道塌方事故为依托,首先讨论分析浅埋黄土隧道的塌方破坏机理及模式,然后根据现场塌方情况,分析案例隧道塌方原因并提出处置方案,最后通过数值模拟和现场监测对其处置效果进行评价。结果表明：黄土自身的易灾性、不良地形地势、浅埋隧道施工扰动以及强降雨入渗共同导致隧道上方围岩形成一定范围的黄土软弱湿陷带,原隧道支护结构无法抵抗劣化后的围岩,围岩变形和结构受力均大幅增加,其中拱顶沉降增大了91.8%,拱肩处初支正弯矩增大了60.7%;黄土地层开挖面失稳破坏可分为掌子面到达软弱湿陷带的失稳破坏和穿越整个软弱湿陷带的失稳破坏两种模式;结合有限元模拟和现场监测验证,“临时支护系统+换拱+超前中管棚注浆加固”的综合防塌方处置技术应用效果显著。     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力。采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土隧道开挖过程进行仿真分析,并利用温度场模块模拟隧道围岩增湿膨胀,得出隧道增湿前后应力与位移的变化规律,同时设计正交试验,分析各因素对膨胀土浅埋隧道稳定性的影响。结果表明：围岩增湿之后,围岩拱腰处的应力值增加明显,拱顶和拱底处应力值减小;衬砌的拱底处纵向位移值增加,拱顶处纵向位移值减小。通过设计正交试验,采用极差和方差分析得到对膨胀土浅埋隧道围岩稳定性影响最大的因素为增湿强度,其次为覆跨比、膨胀厚度和膨胀系数。     

浅埋隧道施工方法的对比分析

隧道工程由于选用不当的开挖方法将会导致工期长、造价高等问题.以西施坡隧道浅埋段为研究对象,分别对大拱脚台阶法、交叉中隔墙法开挖过程中隧道围岩应力、位移变化进行数值分析.研究结果表明：交叉中隔墙法能有效地控制塑性区发展、地表沉降和拱顶下沉,其最大拉应力为0.82MPa,远大于大拱脚台阶法的最大拉应力0.07MPa.     

浅埋大断面隧道核心土数值模拟与分析

针对浅埋大断面隧道采用双侧壁导坑法施工时核心土的预留问题,依托重庆轨道交通六号线二期北碚站工程,对浅埋大断面隧道采用双侧壁导坑法开挖时,核心土的留设进行数值模拟,比较分析了预留核心土前后围岩的变化情况。结果表明:合理的留设核心土可有效降低地层沉降速率;改善围岩受力情况;同时表明护拱法和临时回填对治理隧道塌方效果良好,对类似塌方处置有指导意义。     

隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响规律及处治技术

以鄂西山区隧道工程实例为依托,在溶洞调查与统计分析的基础上,从岩溶的溶洞体积、形态特征、溶腔充填物特征以及涌水通道类型等方面,对鄂西山区岩溶进行分类,得到鄂西山区岩溶发育特征,即溶腔体积不等、形态多样、溶腔充填物种类多、涌水通道复杂。采用数值模拟方法,分析不同位置的隐伏溶洞对隧道围岩的应力场、位移场影响情况,得出随隐伏岩溶位置变化,围岩应力分布有所不同;溶洞位置由隧道顶部向隧道底部变化过程中,隧道顶部围岩最大沉降由大到小依次为拱肩延长线、边墙一侧、拱脚延长线、拱顶上方、底板下方;随着溶洞位置的降低,隧道拱顶围岩水平最大收敛值由大到小依次为拱肩延长线、拱顶上方、边墙一侧、底板下方、拱脚延长线;随着溶洞位置的降低,隧道周边围岩沉降量由大到小均为拱顶、拱腰、拱脚、底板。基于岩溶类型特征、数值模拟围岩应力场、位移变化情况结果,提出岩溶区隧道揭露溶洞处治原则。以花果山隧道为例,开展溶洞处治原则与方法应用,提出针对性的处治方案。     

隐伏溶洞对隧道围岩稳定性影响规律及处治技术

以鄂西山区隧道工程实例为依托,在溶洞调查与统计分析的基础上,从岩溶的溶洞体积、形态特征、溶腔充填物特征以及涌水通道类型等方面,对鄂西山区岩溶进行分类,得到鄂西山区岩溶发育特征,即溶腔体积不等、形态多样、溶腔充填物种类多、涌水通道复杂。采用数值模拟方法,分析不同位置的隐伏溶洞对隧道围岩的应力场、位移场影响情况,得出随隐伏岩溶位置变化,围岩应力分布有所不同;溶洞位置由隧道顶部向隧道底部变化过程中,隧道顶部围岩最大沉降由大到小依次为拱肩延长线、边墙一侧、拱脚延长线、拱顶上方、底板下方;随着溶洞位置的降低,隧道拱顶围岩水平最大收敛值由大到小依次为拱肩延长线、拱顶上方、边墙一侧、底板下方、拱脚延长线;随着溶洞位置的降低,隧道周边围岩沉降量由大到小均为拱顶、拱腰、拱脚、底板。基于岩溶类型特征、数值模拟围岩应力场、位移变化情况结果,提出岩溶区隧道揭露溶洞处治原则。以花果山隧道为例,开展溶洞处治原则与方法应用,提出针对性的处治方案。     

阿拉坦隧道竖向变形规律现场测试与分析

选取阿拉坦隧道浅埋段地表及拱顶上部围岩竖向位移为研究对象,进行实地监测并建立有限元数值计算模型,分析隧道浅埋段围岩变形规律。结果表明:掌子面施工对地表及岩层竖向变形影响范围主要集中在掌子面之前和之后0.5倍洞径(D)范围内,距掌子面1.8 D距离之后,其变形趋于稳定;横向比较各点测试结果得出,围岩松动圈已延伸至地表,离隧道中心线越远扰动强度越弱;数值计算得出岩层及地表变化规律与现场实测变化趋势大体相似。所得结论可为类似隧道工程施工过程变形控制提供借鉴。