探究膨胀土隧道施工技术要点

因为膨胀土质自身所具有的一些特性,在隧道施工的过程中其稳定性与安全性会受到一定程度的影响,从而造成膨胀土隧道工程的结构失稳、成本增加等问题的出现。膨胀土隧道的相关开挖和支护施工各自都具有着不同的特点。膨胀土隧道因为受其地质原因与气候因素以及人为因素的影响,自身所具有的稳定性很差,如果选择不好其开挖与支护的方式或者在开挖之后没有做好相应的支护工作,就会造成支护的质量达不到规定的要求,就会影响到隧道围岩的稳定性,从而会导致围岩的失稳甚至塌方事故的发生。所以,合理科学的施工可以有效地维护围岩自身的稳定性和支护结构的安全性,还能保证施工顺利地进行,从而达到缩短工期,降低工程成本的目标。     

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。     

关于结构面对土质围岩分级影响的探讨

分析了国内外土质隧道围岩分级的研究现状,指出了土质隧道研究的不足;通过具体的工程实例分析了黏性土土体中软弱结构面的存在,并分析了土体中结构面对隧道围岩稳定性的影响效应;提出了依据结构面对黏性土质围岩进行分类和分级研究思路。研究表明：土质隧道围岩分级研究甚少,有待对其准确分级进行研究;大量工程实例表明黏性土质围岩中存在着结构面,结构面与隧道轴线的夹角及本身抗剪强度对隧道围岩稳定起控制作用;考虑到围岩稳定性分级影响因素差异,将黏性土质围岩分为黏性土土质围岩和类黏土质围岩两类。     

土胎法处理隧道塌方

以永武高速公路龙井隧道塌方处理为例,分析了塌方原因,重点介绍了在地下水丰富、煤层地质围岩破碎恶劣条件下,“土胎法”实施塌方处理方法及其所具有的操作方便快速、经济、安全等优点,为同类隧道塌方处理提供一点借鉴。     

基于非线性M–C准则的深埋土质隧道三维塌落破坏上限分析

围岩条件较差时,深埋土质隧道在隧道开挖过程中容易发生塌方,准确预测深埋土质隧道塌方土体的范围极其重要,目前能预测深埋土质隧道塌落范围的理论研究不够成熟。为了提前预测土质隧道围岩顶部塌落体的范围,基于非线性Mohr–Coulomb准则和极限分析上限法,推导出深埋土质隧道在三维破坏机制下塌落体的上限表达式,得到了深埋土质隧道塌落体范围的精确解。通过数值软件Matlab绘制出了塌落体的三维形状,研究了各参数对深埋隧道塌落体形状的影响,并与既有研究进行对比分析,研究结果表明:土体中各参数、隧道顶部圆弧的半径和支护力对深埋土质隧道塌落体的范围影响比较大;基于非线性Mohr–Coulomb准则下深埋土质隧道塌落体的上限分析可以求解出有、无支护力条件下塌落体的高度和宽度,求解合理、可靠,并能给出防止深埋土质隧道塌方发生的支护力大小,可为隧道工程设计提供理论依据。     

隧道塌方影响因素离散元分析

塌方是隧道施工过程中最常见的一种围岩破坏现象.现场塌方统计分析结果表明:围岩地质条件、隧道断面形式及大小、隧道埋深、地下(表)水、爆破扰动、施工措施不当是隧道塌方的主要影响因素.采用离散元方法(PFC2D),对上述塌方影响因素对隧道的影响进行了系列数值模拟计算,并将计算的隧道塌方量与几种常用的隧道松动荷载计算方法进行了对比分析.计算中所选取的参数如颗粒直径、摩擦系数、孔隙率、粘结强度等是通过双轴数值实验确定的.计算结果表明,隧道围岩强度越低,隧道高跨比越小,隧道塌方程度越严重;隧道埋深不同,隧道塌方表现形式不同;支护可以有效地抑制塌方,而地表水及地下水的入侵可严重恶化隧道的塌方程度.数值计算的隧道塌方量与公路隧道规范松动荷载计算方法最为接近.     

隧道新奥法施工在膨胀土围岩中的应用

隧道开挖后，岩层构造应力改变，围岩松动，膨胀土膨胀蠕变，围岩和支护在构造应力、膨胀应力、围岩自重应力等作用下极易变形破坏。利用新奥法原理施工，是解决膨胀土隧道支护变形破坏的重要手段。     

土体含水率对黄土隧道施工过程稳定性的影响

第四系黄土隧道因围岩整体性较差,在开挖施工过程中往往容易造成掉块、塌方等现象。本文通过对黄土隧道土体含水率与围岩稳定性的关系进行研究,得出土体含水率在10%-11.6%时开挖后围岩最稳定、变形量最小这一结论,可通过隧道开挖施工过程中快速检测含水率及时调整循环进尺和预留变形量,从而加快施工进度和节约施工成本。     

深埋隧道空间结构体系可靠度分析

现行规范对隧道同类围岩中某一点的塌方高度进行了统计,但未能考虑同类围岩长度范围内塌方高度的空间变异性,为此提出了围岩塌方高度空间等效方差增大函数hσ(L)。同时运用Weibull—Бοлοгин脆性破坏统计理论,求得隧道空间结构所用混凝土的等效抗压强度fce;从而将同类围岩长度范围内的深埋隧道空间结构体系可靠度问题简化为平面问题。以金州隧道Ⅲ类围岩深埋段隧道空间结构为研究对象,分析了节理间距特征值、围岩塌方高度均方差上限,隧道长度等因素对其体系可靠度的影响。计算结果表明,节理间距特征值越大,可靠度指标越高;随着围岩塌方高度均方差上限及隧道长度的增长,可靠度指标逐渐减小,具有趋于稳定的趋势。     

隧道拱脚塌方施工加固及监测分析

 山岭隧道施工过程中经常会遇到隧洞塌方等事故,而拱脚塌方又具有破坏性大、隐蔽性强等特点,常在实际工程中被忽视。结合永宁高速高宝隧道施工过程中发生的拱脚塌方事故,分析隧道拱脚塌方的原因及所采用的加固措施;对拱脚塌方段周边断面及加固后塌方段断面的围岩位移和支护结构应力进行监测,确保围岩稳定及施工安全。结果表明：拱脚塌方加固处理方案实施可行,加固段围岩变形及应力均得到较好的控制,塌方段的小导管注浆加固效果较好;砂土状围岩的隧洞施工过程中应注意地下水位及降雨引起围岩吸水膨胀导致的拱脚塌方;发生拱脚塌方时应尽快封闭塌方围岩,对塌方段附近一定范围内的隧洞进行加固,并做好排水措施;对塌方段周边进行监测,待监测结果稳定后对塌方段采用单侧壁导坑开挖法进行短挖短衬施工。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴意义。     

膨胀土胀缩机理及其在控制隧道沉降中的应用

因黄土的膨胀特性导致的隧道地表沉降和变形坍塌事故屡见不鲜。为探究浅埋段膨胀土隧道地表沉降和变形控制技术,结合在建太兴铁路TXXS-2小河沟段膨胀土隧道施工,采用现场监测、理论分析和现场试验研究相结合的方法,对膨胀土的特性、胀缩机理及其影响因素进行研究,结合监控量测数据结果,提出地表沉降控制技术。通过对膨胀土微结构特征进行研究,引用了膨胀土的判别函数式,对膨胀土的膨胀潜势进行了分类,根据膨胀潜势情况指导施工;研究了膨胀土强度特性,建立了强度与含水量、干密度、饱和度的关系,并对有效蒙脱石含量对强度的影响进行研究,理论上分析了晶体胀缩的根本机理;根据对膨胀土胀缩特性进行研究,分析了隧道的膨胀潜势等级和隧道特殊地质特征,通过现场土工试验,确定了小河沟隧道胀缩影响因素及其曲线关系;通过对现场施工进行监控量测,结合关系曲线和现场情况,提出了控制地表沉降的处治措施,指导现场工程施工。     

谈破石头沟膨胀性围岩段引水隧洞施工

阐述了膨胀性土及膨胀性泥岩的基本特性及支护要求,并结合重钢西昌矿业有限公司破石头改道工程大型引水隧洞施工中膨胀性泥岩隧洞段的开挖支护经验,提出针对该类围岩隧洞的施工应坚持"短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测"的施工理念,尽可能缩短开挖围岩的暴露时间,从而有效减少此类围岩的失稳垮塌。实践经验表明,文中介绍的施工工艺对于大断面膨胀性泥岩隧洞施工而言是合理可行的。     

宛坪高速公路岩土工程问题处治方案

以宛坪高速公路为例,阐述了其自然地理与地质概况,从膨胀土路段路基、岩质边坡滑动、隧道塌方三方面分析了宛坪高速公路出现的岩土工程问题,并提出处治方案,可供其他类似工程参考借鉴。     

高速公路膨胀土路堑坍滑原因分析

结合实际工程中所遇到的膨胀土滑坡问题,分析了导致高速公路膨胀土路堑边坡多次发生坍滑的主要原因,在进一步补充勘查的基础上,对该段膨胀土路堑滑坡治理的设计作了相应的修改,使滑坡问题得以解决,为工程的安全运营提供了保障.     

膨胀土边坡失稳特征与多维防治技术研究

膨胀土是在我国分布范围较广的一种由亲水性矿物蒙脱石与伊利石组成的高塑性土,其多裂隙性、强胀缩性和超固结性,往往给边坡工程造成滑坡、溜塌、塌陷等灾害,严重影响交通、房屋和水利工程安全。为此,国内外做过很多的处治方法,耗费了巨大的工程费用,但收效并不理想。为了给膨胀土边坡的治理提供更科学合理的理论依据,根据国内外对膨胀土已有的研究成果进行系统分析与评价,提出了膨胀土边坡不宜采取单一的支挡防护措施,应根据膨胀土的成因与微结构特征进行综合治理,以柔性支挡、刚性支挡和植被防护措施的有机结合方为妥当,既能对膨胀土边坡的灾害治理起到长期、有效的作用,又可取得绿化工程环境的双重效果。     

黄土隧道地基湿陷变形评价方法探讨

 隧道穿越自重湿陷性黄土地层时,可能遭受浸水作用下地基湿陷变形的附加作用而产生结构破坏。针对隧道衬砌结构的湿陷性黄土地基,结合隧道围岩及地基的自重湿陷变形特征,首先,提出浅埋隧道围岩压力、衬砌结构自重荷载构成基底压力和隧道两侧基底面分布土层自重共同作用下地基土的附加应力计算方法,以及考虑地基土自重应力的湿陷压缩应力计算方法。其次,在基本物性与构度、构度与结构压缩屈服应力、孔隙比和初始孔隙比比值与压缩应力和结构压缩屈服应力比值关系的基础上,建立自重湿陷系数和湿陷系数的计算方法。依据大厚度自重湿陷黄土场地不同埋深范围黄土具有不同自重湿陷系数门槛值的特征,得到了场地的自重湿陷变形和隧道地基的湿陷变形的计算方法。最后,通过数值计算分析,模拟隧道地基湿陷变形不同沉降差作用下衬砌结构应力场和塑性域发展,随着不均匀湿陷变形的增加,隧道衬砌结构塑性区范围不断增大,并结合铁路路基沉降控制标准,建议隧道地基湿陷变形0～5 cm为一级、5～10 cm为二级、大于10 cm为三级。     

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道影响试验研究

黄土地层浸水湿陷对地铁隧道结构的影响是较为突出的岩土工程问题之一,为深入研究黄土层湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,通过改进长安大学离心机浸水装置和监测设备,系统开展了浸水条件下湿陷性黄土层对地铁隧道结构影响的离心模型试验,试验结果表明:地铁隧道周边黄土浸水湿陷会导致土层重度增加,隧道拱顶土层内部拱效应因湿陷而消散,土层自重压力增加且完全由隧道结构承担,从而会导致隧道结构受力和变形不利,传统的深埋隧道结构设计理论需考虑湿陷条件下拱顶土压力的不利增长因素;地铁隧道基底下黄土地基的浸水湿陷会明显诱发隧道结构的附加作用应力,但一定厚度的非湿陷性黄土或有效处理过湿陷性黄土层抵御下伏土体湿陷变形的能力不容忽略,非湿陷土层厚度越大,对于抵御湿陷变形的能力越强;隧道基底土层不均匀浸水湿陷会导致隧道拱顶部呈现受拉状态,底部呈现受压状态,隧道拱顶所承受的附加应力更大,约为拱底附加压应力的3倍,隧道基底的自重湿陷变形对隧道顶部衬砌结构所造成的破坏更严重。     

某高速膨胀土路基稳定性评价及整治措施探讨

对某高速膨胀土路基垮塌、滑移成因进行了分析,并对其稳定性进行了评价,通过分析研究,制定了永久支挡工程+坡面防护综合防治方案,取得了较好的效果,为类似膨胀土整治提供了参考。     

膨胀土路基处理技术研究

膨胀土路段路基常会产生道路基底交替升降变形的情况,易影响道路的强度和稳定性,导致滑坡及溜塌和纵向开裂等,最终造成公路路基及路面和构造物破坏。本文介绍分析了膨胀土的特性和危害,针对膨胀土处理方法进行了探讨。