松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

软弱围岩地段断层形态对大断面隧道的稳定性影响分析

依托三清高速西山营隧道,采用数值模拟与现场监测的方法,探究断层形态对隧道围岩变形及支护结构稳定性的影响,提出最佳加固方案。结果表明：拱顶沉降最大值随着断层厚度的增加呈“对数”曲线增长趋势,随着断层倾角增大呈“抛物线”曲线分布,当断层倾角达到90°时达到最大;最不利断层形态为倾角+厚度(83°+70 m);进而建立优化加固对比数值模型,得到管棚注浆加固能够有效控制围岩变形,抑制塑性区发展。结合实测数据发现模拟值与实测值相差较小,验证数值模拟结果的正确性。     

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC^3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明：增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。     

海底隧道穿越断层破碎带预注浆加固稳定性分析

通过三维有限元方法研究当隧道穿越断层破碎带时,采用不同注浆加固材料、不同注浆加固圈厚度对隧道围岩及初期支护受力和变形影响.得出:围岩未采取注浆加固时,塑性破坏主要集中在正常围岩与断层破碎带的过渡段;采取注浆加固措施后,破坏除发生在正常围岩与断层破碎带过渡段外还发生在各注浆加固段间的衔接处;对围岩进行注浆加固后,隧道拱顶最大沉降减小了一半多.同时,随着注浆加固圈厚度或刚度的增大,隧道拱顶位移、塑性变形的大小和分布区域、初期支护内的最大主应力都会相应的减小;通过改变注浆加固范围和注浆加固参数都可以实现对隧道的变形和受力的有效控制,两者在加固隧道围岩方面具有等效作用.     

溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设的影响研究

本研究依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同大小的溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用.研究结果表明:随着溶洞高度的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固溶洞的影响越来越大;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理能有效限制盾构隧道在穿越较大直径溶洞时的地表沉降和隧道围岩变形;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在改善了围岩塑性区的分布及其受力状态,尤其对于直径较大的溶洞,注浆加固提高了盾构隧道在穿越大型溶洞时的安全性.     

极浅埋富水砂层地铁横通道注浆加固与开挖稳定性

针对极浅埋富水砂层地铁隧道横通道可能出现的施工安全问题,采用室内实验、理论分析及数值模拟的方法,对隧道进行注浆加固试验及开挖工法的优选,提出一套适用于浅埋富水砂层横通道的注浆加固工艺及开挖工法。认为注浆加固可有效提高砂层的物理力学参数和土体力学性能;支护时间越迟,围岩变形越大,预加固可有效提高围岩的物理力学参数,降低围岩变形,改善地层的应力—应变关系;对台阶法与CRD(交叉中隔墙法)法开挖后拱顶沉降、应力及塑性区分布特征进行了对比分析,通过现场开挖监测量控与数值分析的对比,验证了该工艺的可行性,该研究可为类似工程提供一定的借鉴和指导作用。     

溶洞注浆加固的空间属性对地铁盾构隧道建设安全的影响效应

依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同位置溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用。结果表明:随着溶洞与隧道距离的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固的溶洞的影响越来越小;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理可以有效控制地表沉降,在很大程度上降低了隧道围岩的变形量;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在一定程度上改善了盾构隧道管片的受力状态,降低了衬砌结构破坏的可能性。     

断层特征与掘进方法对隧道围岩稳定性影响分析

以都昌至九江高速公路温泉隧道为工程背景,采用有限元方法对隧道穿越不同断层倾角、隧道与断层相对位置、隧道不同开挖方法等情况下围岩的稳定性进行了模拟计算分析。结果表明和无断层情况相比较,断层的存在使得围岩的整体位移增加,拱顶沉降增加约18.3%,仰拱隆起增加约35.1%,围岩位移最大区域向垂直于断层方向偏移,不再具有对称性;断层位于隧道拱肩处时拱顶沉降量最大,断层位于隧道拱脚时,对围岩拱顶沉降量的影响最小,围岩最为稳定;采用上下台阶法进行开挖其拱顶位移量要比采用侧壁导坑法开挖所产生的位移量大77.04%,仰拱隆起量大60.3%;断层倾角为45°时,隧道开挖时围岩相对比较稳定。     

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。     

浅埋软岩段隧道进洞施工变形特征与失稳分析

为研究隧道开挖过程中浅埋软岩段塌方变形特征,对隧道地质情况进行有效辨识,结合隧道施工过程围岩监测数据,并依据地质雷达探测结果建立三维数值模型并进行数值分析。研究结果表明:在隧道开挖阶段,拱底与拱顶位置均出现明显塑性区,伴随掌子面逐渐靠近围岩破碎区域,塑性区范围逐渐扩大并向拱顶右上方及围岩内部转移,破碎区域应力水平较低且位移显著增大,围岩完整性大大降低;不良地质构造是隧道发生塌方大变形的主要原因,降雨和地表水的入渗劣化围岩力学性质加速了隧道灾害的发生。对于隧道五级围岩浅埋段施工,应加强监控量测分析并及时做出预警,对关键部位开展超前地质预报工作。研究结果可以指导隧道塌方灾害的防治,对于实现隧道信息化施工具有借鉴意义。     

断层破碎带隧道围岩稳定性分析

为研究断层破碎带隧道开挖过程中围岩稳定性以及拱顶沉降变化规律,对某断层破碎带隧道施工过程实施了监控,并采用回归分析的方法预测了该隧道两个断面的最终沉降.以该隧道为原型,基于有限元原理与岩体的弹塑性本构关系,采用ADINA软件,建立了有限元模型并进行了隧道开挖过程的模拟计算并预测了最终沉降.模拟计算结果表明:隧道开挖过程中最大垂直位移始终位于拱顶,上台阶左侧及上台阶右侧土体开挖后,拱顶下沉及周边收敛速率增大.现场监测结果与有限元模拟结果都证实了在断层破碎带围岩中采用预留核心土的隧道开挖方法能够有效控制拱顶沉降并预防塌方、冒顶等事故的发生等.研究成果可为隧道围岩稳定性研究提供理论依据,为隧道施工提供技术支持.     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

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。     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.     

不同施工工法对断层隧道的力学响应分析

断层破碎带是隧道施工中常见的不良地质构造,在断层破碎带附近施工时常常会引发围岩失稳甚至塌方等问题。因此依托某高速公路隧道,利用FLAC3D建立三维分析模型,研究施工方法对隧道围岩稳定和支护结构的影响,计算结果表明：在3种施工工法下,断层破碎带位置围岩的拱顶沉降值和拱底隆起值显著大于围岩正常段的,同时初期支护结构在断层破碎带和围岩正常段交界处的受力最大。环形开挖预留核心土工法施工引起的拱顶沉降最大值为51.45 mm,拱底隆起最大值为121.25 mm,初期支护结构的主应力最大值为15.27 MPa,各项数据均优于其余两种工法的对应值,表明该工法对保持围岩稳定效果最佳。现场监测结果也表明断层破碎带附近的拱顶沉降值要大于围岩正常段的拱顶沉降值,在现场施工中要加强断层破碎带位置处的监测并做好安全措施。     

地下铁矿床灰岩顶板突水机理模拟研究

根据水和岩石间力的传递过程的基本理论,利用SURPAC生成的真实地质模型,运用FLAC3D模拟了真实矿体开挖、填充对顶板稳定性的扰动.结果表明：矿房顶板的拉应力、沉降和塑性深度都随开挖步的进行逐渐增加,在开挖完5层后,拉应力的影响深度为10 m左右;矿房顶板的沉降为9.2 mm;矿房顶板的塑性深度为25 m;最大孔隙水压力随开挖步的进行逐渐减小.此时矿房顶板和注浆灰岩顶板在扰动下的塑性区都还没有贯通,注浆灰岩的隔水性能够得到保证.