隧道围岩构造软岩大变形发生机理及分级方法

通过系统分析国内外隧道围岩大变形案例,发现应力场、地质构造、地层岩性等因素是驱动隧道围岩大变形孕育发生的根本条件,并严格受构造控制,进而提出构造软岩大变形的基本概念;根据大变形的构造控制理念与发生机理,对隧道构造软岩大变形分类进行了重新界定(断层型、碎裂型和小夹角型)。以岩石强度应力比为基础,突出构造运动影响,量化考虑地层时代、优势结构面产状、岩石强度、岩层厚度、岩体完整性5个影响因素,提出适用于不同地质勘察阶段的隧道围岩大变形分级方法。利用垭口隧道、盐边隧道、新林隧道等18个隧道围岩大变形案例,对本文提出的构造软岩大变形分级方法进行系统验证,表明本文提出的分级方法具有较好的适用性。研究成果对隧道围岩大变形发生机理认识、大变形灾害判识与控制均具有重要指导意义。     

软弱破碎围岩隧道大变形施工力学行为及支护对策研究

围岩大变形是一种常见的、危害极大的施工地质灾害,为了减弱乃至消除此类灾害对工程的影响,首先,基于工程地质条件和地应力测试结果分析,揭示了典型地段软岩挤压大变形的成因;其次,采用有限差分程序研究了软岩段施工过程中围岩的受力和变形特征,分析了支护结构对围岩稳定性的影响,考虑支护有效抑制了围岩变形,将开挖造成围岩变形的影响范围由2倍洞径减至1倍洞径,较好地稳固了掌子面的挤压变形;最后,根据考虑支护的施工过程模拟结果分析,提出了该段软岩大变形控制措施及其变形过大造成侵限的具体处理对策,经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。     

不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响

为探究不同大变形等级下层理角度对层状软岩隧道的影响,依托九绵高速全线软岩大变形隧道,通过岩石力学试验确定遍布节理模型参数,基于数值模拟,探究不同软岩大变形等级（轻微、中等、强烈）下层理角度对层状软岩大变形隧道围岩及支护体系受力变形的影响,并通过现场统计的层理角度与大变形情况对数值模拟结果进行验证。结果表明：1）层理小角度（0°、15°）与大角度（90°）围岩变形、支护结构受力变形较大,随着大变形等级的增大,层理角度引起的围岩支护变化效果越明显。2）随着层理角度的增大,围岩变形从拱底逐渐转移到右拱腰。围岩变形主要发生在隧道轮廓与层理面相切位置,其中拱底及左拱脚对层理角度变化较敏感。3）初支应力偏向及节理塑性区大致与层理弱面法向一致,随着层理角度的增大,节理的剪切塑性区由拱顶、拱底转移到左拱脚、右拱肩,最终偏移到左右拱腰上下位置;相比初支压应力,初支拉应力对层理角度更敏感,垂直节理增大了张拉剪切破坏塑性区贯通的风险,但剪切破坏塑性区半径反而有可能减小。4）现场的统计规律表现为小角度与大角度大变形等级较高,层理角度为60°以下时,岩层破坏发生在拱腰及拱肩处,随着层理角度的增大,有向拱肩发展的...     

TBM挤压大变形隧洞管片错台及加固机理研究

软岩是重大交通、水电、矿山等工程建设中经常遇到的复杂介质,高地应力作用下软岩地下工程很容易产生围岩大变形,不仅对施工安全造成影响,而且还会造成建设工期和成本的迅速增加。软岩大变形已成为我国交通、水利、深部资源开发等工程领域亟待解决的重大课题。本研究以引大济湟隧道掘进机(tunnel boring machine, TBM)挤压大变形导致的管片错台为例,通过对现场监测成果的反演分析,系统研究挤压大变形不同错台的修复与控制方法,本研究成果对其他膨胀泥岩卡机事故脱困以及管片错台的工程具有指导意义。     

基于松动圈理论的软岩大变形隧道锚杆支护优化研究

在高地应力软岩区修建隧道时,由于软岩自身强度低、膨胀性强,又受高地应力挤压,若施工措施不当易发生软岩大变形,给工程建设带来巨大困难。根据围岩松动圈理论,采用统一强度准则,考虑中间主应力的影响,分析围岩应力状态,得到适用于软岩大变形隧道围岩松动圈半径计算公式。对安岚高速谢家坡隧道围岩进行弹塑性分析发现,软岩大变形隧道围岩松动圈沿横断面分布并不均匀,呈边墙大拱顶小的趋势,且随大变形级别的升高和支护反力的减小而增大。结合现场测试得到Ⅱ级大变形松动圈厚度拱顶处为6.5~7.0 m,边墙处为7.0~7.5 m;Ⅲ级大变形松动圈厚度拱顶处为7.5~8.0 m,边墙处为8.0~8.5 m,并以松动圈厚度为依据优化系统锚杆长度。对优化段监测可见,围岩变形显著减小,稳定性有效提高。     

软岩隧道施工变形修复方案优化研究

某隧道在建设过程中,由于上覆荷载大,围岩强度较低,围岩出现了较大变形,严重影响隧道安全,需对隧道进行修复.根据实际情况设计了反增加初期支护厚度和增加初期支护厚度并加固围岩2种修复方案,并依据实测地形分别建立了有限元计算模型,采用不同的工况模拟了隧道修复方案.对计算结果从围岩位移、应力、塑性区发展以及衬砌内力等方面进行了对比和分析.研究结果表明,围岩注浆对软岩隧道的围岩变形、围岩应力的控制效果优于仅采用增加初衬厚度的修复方案.此研究对类似隧道修复具有借鉴意义.     

高速铁路隧道围岩大变形特征及机理分析

为研究高速铁路隧道围岩大变形的特征及其机理,以沪昆客运专线湖南段杨家隧道发生大变形塌方为工程背景,对隧道围岩大变形引起地表裂缝及初支侵限进行了介绍.选取隧道大变形里程段的典型断面设置多个监测断面,通过监控量测等手段对其灾变期变形特征展开了分析,在此基础上,从岩性、地质构造、围岩赋存环境三个方面分析了杨家隧道发生大变形的机理,能够为该隧道发生大变形后采取相应措施提供理论依据.     

一种协调控制巷道围岩变形的新型支架

针对现有支护方式不能有效控制部分软岩巷道围岩变形的状况,提出一种协调控制围岩变形支架来提高巷道围岩支护力,进而减少巷道整体变形量.介绍了该新型支架的结构组成及工作原理,并进行了力学分析.该支架结构简单、操作方便、无材料消耗、可重复使用,可用于协调控制回采巷道、软岩巷道等大变形巷道的变形.随着深部矿井开采力度的加大,协调控制深部巷道围岩的新型支架将具有较好的推广应用价值.     

大断面深埋软岩隧道开挖方法适应性研究

为研究大断面隧道在深埋软岩条件下采用不同工法开挖的适应性,依托郑万高铁巴东隧道项目,运用Midas GTS NX分别模拟了三台阶法、台阶法+临时仰拱与CD法在深埋软岩中的开挖过程,并对3种开挖方法力学效应进行分析。结果表明3种工法在深埋软岩隧道施工中,围岩的最小主应力、最大位移和塑性区均出现在仰拱部位,而仰拱变形是反应开挖时围岩稳定性的重要因素。台阶法+临时仰拱对收敛位移控制较好,适用于水平应力对支护结构影响较强的地层,建议在洞口等浅埋段采用。CD法支护结构应力较大,不利于围岩稳定。三台阶法支护结构受力较小,并对仰拱变形中超前位移控制最佳,为现场施工提供了指导。     

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。     

深井软岩表面变形随围岩性质变化分析

依据理论分析得出的圆形巷道围岩表面变形计算公式,分析了原岩性质对围岩表面变形影响。分析结果表明：随原岩应力增加,不同岩性围岩表面变形增长速率不同,深井软弱围岩表面变形显著;通过注浆法改变围岩性质,提高围岩粘结力和内摩擦角是减少围岩表面变形,保持围岩稳定较为有效的手段。     

火车岭隧道软弱围岩大变形特征及机理分析

在现场调研、工程地质勘察及隧道监控量测的基础上，研究了十漫高速公路火车岭隧道施工中出现的大变形问题，通过分析该隧道变形破坏特征，从围岩岩性条件、地下水条件及地应力条件等因素对该隧道大变形机制进行了研究，结果表明，大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用。提出了综合治理措施，以确保隧道安全顺利贯通。     

新塘坊隧道施工中的监控量测及成果分析

隧道施工受周边地质环境及隧道内部应力结构的影响极大。为保证隧道施工的进度和质量,隧道施工的监控量测显得尤为重要。本文以成渝客运专线新塘坊隧道为例,介绍了该工程监控量测的具体方法。通过对断面的监测数据进行比较和回归分析,得到了该隧道围岩变形的基本规律,确定了典型断面二次衬砌的合理施工作业时间,并得出了回归模型能够准确预报一周内变形的结论。     

对轴对称荷载作用圆巷围岩理想弹塑性分析解的讨论

对轴对称荷载作用圆巷围岩理想弹塑性分析解——Kastner解适用于软岩和小变形情况,若用于非软岩和大变形情况,从Kastner方程会导得：不论巷道围岩塑性变形多大,巷道周边切应力恒等于岩体峰值强度;围岩所承受的地应力可以随围岩塑性区半径增大而持续增大,随巷道周边位移增大而持续增大;此外,Kastner解中切应力分布曲线在围岩弹、塑性区交界处有尖峰向上的应力集中.采用符合岩石实际的弹性、非线性硬化和软化光滑连接的应力-应变关系得到的巷道围岩分析解,可以弥补以上三点不足,恰当地反映巷道临界深度和巷道围岩自承地应力极限问题;所绘出的切应力分布曲线在围岩弹、塑性区交界处光滑连接,因而有更广的适用性和精确性,对巷、隧道围岩大变形支护设计有参考作用.     

基于Logistic-Verhulst模型的云岭隧道围岩位移预测

隧道围岩的变形是一个非常复杂的非线性演化过程,按照数学思想依据自然界生物生长动态过程建立Logistic-Verhulst模型,模拟计算围岩应力重分布过程的位移.通过在十漫公路云岭隧道实地监测验证,得到在复杂地质条件下,施工过程中软弱围岩变形的超前预报值、收敛趋于稳定的值和趋于稳定的时间,以较高的预测精度,证明了Logistic-Verhulst模型在隧道围岩位移监测应用中的可行性和可靠性.     

Numerical simulation of the effect of coupling support of bolt-mesh-anchor in deep tunnel

The mechanical effects of bolt-mesh-anchor coupling support in deep tunnels were studied by using a numerical method, based on deep tunnel coupling supporting techniques and non-linear deformation mechanical theory of rock mass at great depths. It is shown that the potential of a rigid bolt support can be efficiently activated through the coupling effect between a bolt-net support and the surrounding rock. It is found that the accumulated plastic energy in the surrounding rock can be sufficiently transformed by the coupling effect of a bolt-mesh-tray support. The strength of the surrounding rock mass can be mobilized to control the deformation of the surrounding rock by a pre-stress and time-space effect of the anchor support. The high stress transformation effect can be realized by the mechanical coupling effect of the bolt-mesh-anchor support, whereby the force of the support and deformation of the surrounding rock tends to become uniform, leading to a sustained stability of the tunnel.