深埋破碎围岩隧道围岩特征曲线及注浆加固范围

借助新奥法和新意法基本思想,采用数值模拟方法,研究了不同注浆加固圈厚度作用下,马蹄形深埋隧道围岩特征曲线及最佳注浆加固范围,结果表明:注浆加固能有效减小围岩松动压力,延迟初支支护时机,减小支护结构荷载承担比率,通过围岩反力释放率与注浆圈厚度关系可得到最佳注浆范围。     

圆梁山隧道毛坝向斜水压力监测分析

圆梁山隧道所处毛坝向斜存在高压富水,给隧道的设计与施工带来了很大的难度。本文主要介绍了圆梁山隧道毛坝向斜水压力的监测状况,并通过对监测数据进行理论分析,计算出毛坝向斜的水压力值和注浆后水压力降低状况,同时,通过推测监测区溶洞形态,对下一步该溶洞的注浆施工提供指导。     

渝怀铁路增建二线新圆梁山隧道穿越2号溶洞工法研究

既有圆梁山隧道2号充填溶洞施工发生多次涌水涌泥,对工程建设造成极大影响;新圆梁山隧道位于既有隧道右侧30m,为既有平导扩挖。为了降低施工风险,施工时需对围岩进行预支护,通过几种工法对比分析,最终确定采用水平旋喷法对掌子面进行加固,确保安全。     

高水压山岭隧道衬砌水压力分布规律研究

博士学位论文摘要：随着国内铁路路网的完善和发展，需要修建大量深埋长大山岭隧道，在高水压岩溶区修建隧道，这在国内外都是个技术难题，尤其在当今对环保要求较高的条件下，必须改变以往“以排为主、排堵结合”的治水方案，采取“以堵为主、限量排放”的治水方案，在这种背景下，不可避免地遇到高水压问题。因此，研究深埋高地下水位铁路隧道围岩、注浆圈、衬砌背后水荷载的分布规律和高水压的存在对隧道围岩稳定和结构受力的影响具有突出的工程实践应用价值。这些问题已成为当前地下工程（特别是深埋山岭隧道）设计、施工、运营中很关键且无法回避的问题，已经引起各国有识之士的极大关注，是隧道工程研究的前沿和热点问题之一。本文以在建的渝怀线圆梁山深埋特长铁路隧道为工程背景对上述问题进行系统研究。 研究内容与方法如下：（1）在对水工隧道水压力折减系数综合分析的基础上，考虑铁路隧道与水工隧道结构、防排水型式的不同，提出了水压力作用系数的概念。采用室内三维模型试验方法研究均质围岩、裂隙围岩中隧道修建过程中水压力分布变化规律，重点分析衬砌背后和注浆圈外表面水压力及其水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌的渗透系数、厚度和隧道控制排水量的关系。（2）采用理论分析方法，推导均质围岩中针对铁路隧道防排水型式下注浆圈外表面、衬砌背后水压力理论解析公式，分析衬砌背后水压力与各量之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究，采用等效连续介质模型用数值方法分析隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上水压力分布规律及其作用系数进行分析。（3）以圆梁山隧道地质勘测报告为基础，通过分析得出圆梁山隧道的水文地质结构模型、地下水流系统模型、地下水动力模型：特别是对深孔压水和抽水试验成果进行详细分析，得出隧道附近围岩的渗透系数和渗透系数张量，为数值分析和三维室内模型试验围岩渗透系数的取值提供依据；进一步概括得出圆梁山隧道的地下水流数学模型，并将模型试验、理论计算公式、渗流场等效连续介质数值模拟分析得到的水压力分布规律应用于该工程实际。（4）采用数值分析方法研究单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力，并结合圆梁山隧道工程对5种不同形状断面进行优化分析。（5）在水压力分布规律研究的基础上，采用数值分析方法分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道围岩的稳定性和结构受力特征。 主要研究成果如下：（1）提出水压力作用系数的概念，并采用室内模型试验、理论公式推导、数值分析等方法研究得出注浆圈外表面、衬砌背后水压力分布规律，确定作用在衬砌上水压力荷载的大小；得出水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌渗透系数、厚度及隧道控制排水量的关系。（2）针对圆梁山隧道工程，给出水压力分布规律模型试验和数值分析结果的工程应用。（3）得出单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力值为0．40MPa，经对断面形状进行优化分析得到承受高水压的合理断面形式为蛋形断面或圆形断面，当水压力超过1．5MPa时，采用圆形断面为宜。（4）分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道的位移、塑性区、衬砌内力大小和分布特点，运用结构力学上弯矩影响线理论，在突水位置不确定的情况下，提出采用弯矩包络图确定衬砌结构上最大弯矩的方法。     

基于流固耦合分析的富水隧道外水压力与限量排放标准研究

隧道衬砌结构外水压力和限量排放标准是岩溶山区隧道工程建设关注的焦点。以某富水隧道为依托,借助FLAC~(3D)软件通过流固耦合数值分析,对富水隧道衬砌结构合理的外水压力取值和限量排放标准进行研究。分析了围岩无注浆条件下隧道外水压力随排水量的变化规律,进而提出了基于结构安全的隧道外水压力取值和地下水排放标准,同时分析了围岩注浆条件下隧道外水压力随注浆圈厚度和地下水排放量的变化规律,提出不同注浆厚度条件下地下水排放标准和合理的注浆圈厚度取值。     

圆梁山隧道某高压富水区充填型溶洞注浆技术

介绍圆梁山隧道平导高压富水区充填型溶洞的注浆和超前支护方案、注浆材料、注浆工艺,并针对注浆效果进行了检查评定。     

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。     

浅埋松软地层管棚注浆施工引起地表沉降分析

基于 ADINA 有限元程序构建三孔框构式引水隧道洞口段的二维计算模型,分别对无支护、注浆、管棚和管棚注浆加固等支护条件下隧道施工引起地表非线性变形进行数值模拟分析,揭示不同支护条件下的地表变形响应程度,管棚注浆支护引起地表沉降值的最小,其次是管棚支护和注浆支护。利用现场监测管棚变形和地表沉降,地表和管棚变形得到有效控制。研究结果表明,管棚注浆支护在浅埋松软地层隧道施工中取得良好的支护效果,从数值计算理论层面上,浅埋松软地层隧道采用管棚注浆技术是可行的,监测结果也验证管棚注浆支护技术的有效性和可靠性。     

富水断层破碎带隧道施工方案及参数优化研究

为解决富水断层破碎带隧道工程施工的变形和止水问题,以荼斜隧道断层破碎带F1～F3段施工为研究对象,运用了数值模拟与现场变形监测的方法,研究了不同参数设置工况下超前小导管注浆技术的加固支护效果,并对注浆加固施工方案参数进行了优化。研究表明,选取超前小导管注浆法施工方案能够起到超前预加固、超前止水和超前支护的作用,同时能在施加注浆后与钢拱架共同工作,形成稳定的受力结构;富水断层破碎带围岩范围内,拱顶沉降曲线和水平收敛曲线表现为抛物线型“下凹”;增大注浆厚度,可以有效改善隧道拱顶沉降、水平收敛;增加拱顶注浆范围,在一定程度上可以改善隧道拱顶沉降、水平收敛,但改善的幅度有限。     

高压富水岩溶隧道注浆机理及作用效果分析

高压富水岩溶隧道施工中存在很高的安全风险,常面临涌突水防治、围岩稳定性控制和衬砌高水压处理等技术难题,实施可靠的超前地质预报和有效的注浆是解决上述难题的关键.基于穿越高压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,采用综合地质预报技术准确探明了溶洞的形态及其充填物性质;通过理论分析揭示了岩溶隧道的注浆机理;利用数值模拟确定了合理的注浆参数;通过复合注浆形成了可靠的注浆加固圈.监测结果表明:注浆圈起到了加固围岩、稳定工作面、封堵地下水和降低衬砌外水压力的综合作用,隧道施工中工作面稳定,围岩变形不大,堵水效果显著,达到了5m3·m-1·d-1的隧道限量排水控制标准,并实现了小排水量条件下有效降低衬砌外水压力的目的.研究成果对高压富水岩溶隧道建设具有借鉴意义.     

Theoretical and experimental study of external water pressure on tunnel lining in controlled drainage under high water level

To reduce environmental effects due to free tunnel drainage, a controlled drainage scheme is proposed for tunnels under high water level, for which there is no code provision for tunnel design. A suitable structure form is suggested and the distribution of water pressure on tunnel lining is studied by theoretical analysis, indoor test and field measurement. The study indicates that the grouting zone cannot reduce water pressure on lining with complete waterproofing, only when drainage measure is taken can the grouting zone be effective in reducing water pressure on lining. It is also shown that there exists an optimum size for grouting zone, increase of the size of grouting zone may not unlimitedly reduce the water pressure on lining.     

基于安全系数的地铁车站衬砌优化设计探讨

实际工程中初衬受力与变形很大因而初衬会进入塑性,应将初衬视作弹塑性加固材料进行设计计算。结合一个青岛地铁车站衬砌的设计计算,将强度折减法应用于隧道稳定性分析。考虑衬砌施作时的围岩应力释放率影响,利用强度折减法计算隧洞围岩及衬砌的安全系数。初衬后围岩安全系数不应小于1.15~1.20,如果围岩安全系数小于1.30,此时二衬将承受一定荷载。二衬安全系数与初衬后围岩安全系数的乘积应大于2,以确保二衬安全。通过计算可以定量的确定初衬和二衬的结构尺寸,确保隧洞安全并合理降低成本。     

隧道与斜井交叉段用钢纤维砼支护受力研究

空间交叉结构受力复杂性及其支护结构适应性是近年来长大公路隧道亟待解决的关键技术问题。采用喷射钢纤维混土做永久衬砌以替代复合式衬砌,可满足交叉结构承受弯曲应力作用下强度要求,同时从根本上解决了支护结构的施工性问题。从钢纤维混凝土(SFRC)抗拉韧性性能研究入手,通过四点弯曲试验,获得了钢纤维混凝土的裂缝宽度w与裂缝高度关系以及钢纤维混凝土开裂后拉应力随裂缝宽度增加而降低的拉伸软化曲线。在有限元计算中,引入应变软化模量以及剪切滞后因子两个特征参数,对云山隧道与斜井(3#)钢纤维混凝土交叉支护结构进行三维有限元数值模拟,探明了钢纤维混凝土支护隧道交叉连接段局部范围内位移变形、裂缝分布、接触应力等演化的施工力学行为,研究结果可为采用钢纤维混凝土做永久结构设计、施工以及合理支护参数选择提供有益参考。     

隧道纤维混凝土二衬承载机理及受力计算方法研究

充分考虑和发挥纤维混凝土的韧性性能是目前隧道二衬结构设计的热点和难点。通过素混凝土、钢纤维及玄武岩纤维混凝土的室内试验发现：纤维的掺入,对混凝土的增韧效果远超增强效果。基于纤维混凝土优异的韧性特征,将纤维混凝土二衬裂缝视为塑性铰,提出隧道纤维混凝土二衬的承载机理：围压作用下,衬砌出现第一个塑性铰,随着围压继续增大,塑性铰发生转动并引起更多塑性铰出现,至结构由超静定变为可转动机构时,二衬结构破坏。基于此,探讨了隧道纤维混凝土二衬裂后结构受力计算方法,推导了相应的计算公式,并通过模型试验予以验证。研究成果可为纤维混凝土在地下工程中的推广应用提供理论支撑。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

公路隧道预设计中系统锚杆配置范围的研究

目前工程类比法被广泛的应用于公路隧道工程设计中,然而部分工程类比的系统锚杆设计与人们在不断的探索与大量的实践中认识到的规律存在较大的分歧与矛盾。分别对公路隧道系统锚杆在硬岩、软岩以及松散土砂中的作用机理和主要作用效果进行研究,并以此为依据,得出不同的研究结论:①在块状硬岩与水平走向的层状硬岩中,锚杆主要为悬吊和缝合固定的作用,分别以提高围岩的内摩擦角和组合梁效应为作用机理,并提出在硬岩中系统锚杆采用局部设置和拱部设置的设计方案;②软岩中系统锚杆以注浆加固、形成承载拱为主要目的,以提高围岩的内聚力,降低承载拱高度为作用机理,并提出在软岩中系统锚杆应在除仰拱外的全断面设置的设计方案;③土砂围岩中,拱部覆土多为不稳定土体,且塌落高度较大,锚杆应以锁脚和稳定掌子面为主要目的,设计方案应以加强支护结构为主,取消或减少拱部系统锚杆,以降低工程造价和尽早地闭合支护结构。     

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

 厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。     

隧道二衬拱顶施工质量问题及预控对策

由于受隧道作业条件及作业环境等影响，较之于露天式混凝土作业，隧道内二衬防水混凝土作业的难度系数较高，会由于拱顶混凝土浇筑不密实、二衬及初支间出现空洞而造成后期注浆工作量增大，灌注过于饱和导致端头模板跑模涨模，严重的造成二衬台车整体移位、整板二衬报废甚至二衬台车受损。为了进一步提升二衬混凝土的施工水平及质量，本文结合长期隧道施工经验，阐述隧道二衬拱顶施工质量问题，并提出针对性的预控对策。     

高压富水区限排隧道围岩与衬砌水压力场研究

以穿越重庆市中梁山高水压岩溶区的石板隧道为例,采用有限元稳态渗流分析方法,对地下水控制排放下隧道衬砌周围与围岩内的水压力场进行了研究,分析了半包防水与全包防水条件下衬砌上的水压力分布规律,以及全包防水条件下注浆与否围岩内的孔隙水压力特征。研究表明:(1)采用全包防水,不但可以改善隧道的防水条件,而且可以缓解仰拱的水压力,这对于隧道衬砌的耐久性是有利的;(2)隧道排水率对隧道衬砌周围的水压力有显著影响,当地下水较丰富时,注浆可使隧道排水率增加、衬砌压力减小;(3)围岩注浆可以减小隧道排水对围岩水压力的影响范围,且孔隙水压力在注浆圈范围内变化梯度很大。