高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

软弱围岩及断层破碎带隧道施工技术分析

在研究中以软弱围岩及断层破碎带隧道施工技术为核心,列举工程案例,分析软弱围岩及断层破碎带对隧道施工的影响,明确软弱围岩及断层破碎地带隧道施工技术,优化施工流程,提高隧道工程综合质量水平,并为相关研究人员提供一定的借鉴和帮助.     

软弱炭质板岩隧道变形预测及施工控制

近年来,隧道变形控制观念已经成为隧道施工中主要的指导原则.高地应力软岩隧道施工面临的最大难题就是大变形.纸坊隧道作为新建兰渝铁路线重点工程之一,属炭质板岩双线隧道,在施工中采用了多种方法对围岩变形进行预测,通过多种措施组合施工,有效控制了隧道围岩变形,加快了施工进度,成功穿越了Ⅳ、V软弱围岩以及多处断层破碎带.取得了较好的技术效益、经济效益和社会效益.     

跨断层隧道围岩渐进性破坏模型试验及数值模拟

 断层及其破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象,也是围岩不稳定且容易出现事故的地段。以山区隧道施工中常见的IV级围岩为参照对象,利用地质力学模型试验和数值模拟研究跨断层隧道施工过程中围岩的渐进性破坏过程及其受力变形特性。研究结果表明：(1) 位于拱顶之上的断层下盘岩体在隧道开挖后呈悬挑状态,且在靠近断层部位易出现拉裂缝;(2) 隧道开挖使得上覆荷载向隧洞左、右两侧转移,从而导致拱腰以下的岩体往往率先剪切破坏,尤以断层下盘一侧岩体为甚;(3) 隧道开挖将引起围岩应力重分布,若调整后的围岩应力超出岩体自身强度极限时,洞周岩体就会塌落成拱,且位于塌落范围内的岩体切向应力呈“跌落式”下降,此特征可用于判断岩体塌落范围;(4) 隧道开挖后,由于断层的阻隔作用,岩体应力在跨越断层上、下盘时呈不连续、非线性分布的特征。     

山岭隧道开挖施工监测及仿真分析

通过山岭高速公里隧道施工监控量测及有限元数值分析方法,分析隧道施工过程中围岩应力变化情况。在山岭隧道施工过程中对围岩位移和应力进行监测,分析围岩的位移、应力状态随时间的变化规律,同时结合有限元软件ADINA对隧道开挖过程进行模拟,寻找围岩应力分布规律,分析围岩稳定性。为隧道施工过程中支护时间的选取提供了依据。     

含弱层围岩的隧道变形破坏过程模型实验研究

基于相似理论基本原理,依托大窑沟二号隧道工程这一实际课题,对该隧道含断层的典型断面开展模型试验研究,并利用数值模拟方法作为辅助分析手段.总结了该断层地段隧道围岩应力的一些分布规律,为该工程的设计和施工提供了合理的参考依据.     

茶林顶隧道地应力演化及断层带施工力学分析

结合复杂地质条件下茶林顶隧址区的山体演化过程,进行了地应力场的二维有限元数值模拟,获得其原始地应力;以隧道最大埋深处断层典型断面为例,建立了隧道施工穿过断层带过程的空间三维数值模型,模拟了隧道围岩一支护结构的位移应力随施工步的变化情况。为隧道优化设计和安全施工提供了依据。     

茶林顶隧道地应力演化及断层带施工力学分析

结合复杂地质条件下茶林顶隧址区的山体演化过程,进行了地应力场的二维有限元数值模拟,获得其原始地应力;以隧道最大埋深处断层典型断面为例,建立了隧道施工穿过断层带过程的空间三维数值模型,模拟了隧道围岩-支护结构的位移应力随施工步的变化情况.为隧道优化设计和安全施工提供了依据.     

隧道断层破碎围岩段施工控制技术研究

隧道工程的施工质量关系到道路的安全运行,如隧道中存在断层地带与破碎围岩,则应采用针对性的措施控制破碎围岩段的施工工作,以便能够提高隧道工程的稳定性,避免破碎围岩对工程质量造成不良影响。本文在分析工程实例的基础上详细探讨了隧道断层破碎围岩地段的施工控制技术,包括超前注浆预加固控制技术,短台阶开挖控制技术及围岩支护控制技术。     

雁门关隧道大变形突泥段地质结构与力学分析

雁门关隧道位于走滑构造控制的恒山变质岩地区,在施工过程中经常遇到大变形、突泥等问题。通过对该隧道施工灾害典型段(DK118+30.0～DK118+200.0段)的走滑偏压特征分析、偏压数值模拟以及应力和变形收敛监测等发现:(1)研究段穿越小尺度的走滑断层;(2)围岩级别差异是深埋隧道偏压的主导因素,偏压对围岩的下沉收敛影响显著甚至起控制作用;(3)隧道大变形突泥段的围岩破坏机制是层间剪切和挤压破碎。研究认为,在构造复杂的变质岩地区进行隧道等地下工程设计施工时,要充分考虑围岩所受应力情况和岩性差异等因素,灵活变更施工技术。     

雪峰山高速公路隧道F2断层带的综合超前地质预报

 F2断层是雪峰山隧道通过区一条规模较大的断层带，在隧道施工中可能会对围岩稳定产生较大的影响，故在隧道施工期间对其开展超前预报。在雪峰山隧道施工过程中，运用多种方法对F2断层带进行综合超前地质预报。在超前地质预报中以地质分析为主线，运用TSP、洞壁应力测试、断层前兆预测法和断层错动机制解等多种方法开展综合预报。预报结果认为，ZK97+193～ZK97+220段已进入F2断层带的影响带，从ZK97+220开始已进入F2的边缘带，并预报ZK97+235桩号左右就进入F2的主干带。预报结果同实际开挖情况对比可知，预报效果较好。     

复杂工程地质条件下深埋长隧洞应力场特征研究

穿越复杂工程地质条件的深埋长隧洞,应力场特征是目前工程建设关注的重点问题之一。针对巴基斯坦西北部某长隧洞引水式电站工程,基于水压致裂法对工程区3个钻孔进行地应力测试工作,根据测试结果主要分析了地形和断层对应力场分布特征的影响。依据工程地质条件建立三维有限元模型,结合实测地应力对工程区应力场特征进行回归分析,进而揭示了整个工程区地层浅部至深部应力量值的变化规律,并着重对尾水隧洞逆断层区的最大水平主应力方向进行研究,从机理方面探讨了断层区浅埋与深埋地层水平主应力方向的转化规律。研究结果对穿越断层区深埋长隧洞的设计和施工具有重要的工程指导意义。     

正断层活动对公路山岭隧道工程影响的数值分析

 根据渭河盆地正断层的结构特征及活动形式,采用有限元方法模拟正断层环境下公路山岭隧道衬砌的受力变形,针对断层错动量、断层倾角、隧道埋深以及隧道与断层的交角4个主要因素分别进行组合计算,并由此归纳出衬砌的破坏模式。结果表明4个因素对衬砌受力变形影响的敏感性依次减弱,在断层裂缝两侧各40 m的范围内是受力变形的集中位置,且当断层倾角小于50°时衬砌的受力类似于一端固定的悬臂梁。通过对衬砌的相对沉降量、纵向应力及剪应力的分析计算,将衬砌的主要破坏模式分为3类：在大纵向应力作用下,以拉张破坏为主、挤压破坏为辅的拉张–挤压型破坏,在大剪应力作用下发生的直接剪断型破坏,以及拉张–挤压与剪切结合的破坏形式。     

隧道施工对临近桩基影响的三维数值分析

通过与两阶段分析方法的对比,表明所采用的三维整体数值分析方法能够有效地模拟隧道施工对临近桩基的影响。在此基础上建立三维弹塑性模型,模拟实际的施工过程,从整体上研究黏性土地基中桩–土–隧道三者间的作用特征。计算结果表明：隧道施工对临近桩基影响显著,桩体的变形和受力性态不仅与隧道施工工况有关,而且也与桩基的位置、长度和数目紧密相关;桩基的存在改善局部区域内土体的受力状态,但也加剧此处土体的变形;桩体沿隧道轴线方向的弯矩数值较大且分布曲折,长桩尤为明显;群桩可以显著提高隧道施工过程中桩体的受力性能。     

地铁隧道施工期冻结法穿越断层破碎带 施工效果现场试验研究

 广州地铁隧道施工期穿越清泉街断裂,采用冻结法穿越断层破碎带施工,对施工期隧道支护结构的受力与变形状态、隧道周边净空收敛、地中位移、围岩压力及孔隙水压力、钢格栅应力、冻融条件下的地表隆沉等进行跟踪监测,通过对监测结果进行分析研究,获得冻结施工条件下的初期支护结构及环境土体应力与变形变化规律,在此基础上提出穿越断裂破碎带的冻结施工建议技术方法,研究成果可供其他工程参考。     

不同倾角逆断层错动对隧道结构影响理论分析

结合某隧道工程项目,采用FLAC3D有限差分软件,建立相应的数值模型,分析由于地震引发的逆断层错动作用对正交穿越断层隧道的影响,并揭示其影响机理。结果表明断层错动对主动盘内隧道的影响范围远大于被动盘,断层两侧隧道衬砌竖向相对位移随着错距量的增加而发生线性增长,且断层对衬砌影响范围不受错距大小的影响。在断层上盘与下盘之间挤压力的作用下,衬砌边墙处最容易发生拉裂破坏和剪切破坏,为最不利位置,拱顶次之,仰拱所受影响最小。在逆断层倾角一定的情况下,随着错动距离的增大,衬砌不同部位受到的最大主应力、最小主应力、剪应力均整体呈增大趋势。对依托工程隧道的安全性和可靠性进行评价,同时对类似特殊修建条件下隧道的设计和施工具有一定的指导作用。     

锦屏一级水电站f5断层置换硐及其交叉硐段稳定性及支护结构设计研究

f5断层为锦屏一级水电站坝区内规模最大的一条断层,为提高坝肩岩体质量,设置f5–1,f5–2平硐及4条斜井对其进行置换。综合诸多研究成果,对设置置换网格的必要性进行论述。采用三维有限元方法模拟天然地形与地质条件,仿真跟踪置换硐群开挖步序,从应力、变形等多角度评价置换硐整体稳定性,并与监测成果进行对比,分析表明：f5–1和f5–2平硐整体上满足施工期稳定性要求,局部硐段受断层影响支护力不足。对f5–2平硐采取预应力锚杆、钢拱架支护及加厚喷层和提前施作二次衬砌2种补强措施进行数值模拟分析,2种补强措施均能使平硐满足稳定要求,在考虑支护效果、施工等因素下,认为提前施作二次衬砌更为合理;对于平硐与斜井交叉部位,建议在平硐施做完成后对交叉部位前后10 m进行衬砌支护,再对斜井进行开挖,此时衬砌最大压应力不超过6.5 MPa,最大拉应力不超过1.7 MPa;f5–1平硐与5#传力硐交叉部位,建议先对5#传力硐施作衬砌支护,再对部分较薄岩柱固结灌浆,然后再进行平硐施工。数值分析成果为置换硐支护措施的设计提供科学依据,对其他类似工程具有较强的借鉴意义。     

断层及其破碎带隧道信息化施工

断层及其破碎带是隧道开挖支护施工中难度很大、容易出现事故的地段。结合甘肃省兰临高速公路新七道梁隧道的实例，根据其地质特征，加强基础资料收集。采用地面地质调查、波速测试、隧道内掌子面和侧壁地质素描及超前钻孔等方法手段。通过数据分析处理。对其中F4断层基本地质特征进行了预报，如断层岩性、规模、位置的长期超前地质预报和精度较高的短期超前地质预报。同时，对施工中收敛变形、拱顶下沉和围岩压力等测量数据进行了曲线分析，动态反馈于施工过程中，此即断层及其破碎带隧道信息化施工。该方法在隧道穿越F4断层施工指导中取得了令人满意的结果。