高地应力软岩隧道施工工法数值分析与研究

以宜巴高速公路峡口隧道为工程实例,针对高地应力软岩隧道施工大变形控制问题,运用数值分析分别采用环形开挖留核心土法、三台阶法、双侧壁导洞法和CRD法对峡口隧道大变形段典型断面进行开挖模拟,获得了4种不同施工工法下洞身变形、塑性区分布情况;并以此判断围岩的稳定情况,对4种施工工法的优劣进行分析与研究。研究结果表明CRD法对控制围岩稳定效果最好。最后结合工程实际,通过支护结构受力监测,洞周累计变形量与变形速率量测,验证了选用的施工工法及工艺的合理性,对我国高地应力软岩隧道的建设进行了有益的探索。     

丽香铁路中义隧道高地应力软岩大变形控制技术

在丽香铁路中义隧道围岩及初期支护变形、破坏特点归纳总结的基础上，结合隧道的区域地质条件，分析了围岩大变形的形成机制。研究表明:丽香铁路中义隧道围岩及初期支护变形、破坏特点是由隧址区地应力最大主应力为水平方向且与隧道轴线接近垂直的特点决定的；围岩大变形主要是由于隧址区强烈的地质构造使围岩完整性遭受严重破坏，围岩破碎，地层赋存较高的构造残余应力引起的。现场实验及施工实践表明:按围岩的工程地质条件、强度应力比及相对位移将大变形分级管理，根据大变形级别选用不同的衬砌断面、支护参数和预留变形量；采用上下台阶、下台阶带仰拱一次开挖方法施工，适当加长边墙系统锚杆和锁脚锚杆，适时进行初期支护补强。     

软岩隧道丢失变形规律模型试验研究

通过隧道开挖模型试验,研究不同应力条件下软岩隧道拱顶和拱腰的变形及丢失位移变化规律。拱顶和拱腰丢失的变形量随测点与掌子面距离的增加出现先增大后逐渐趋于稳定的趋势,拱顶比拱腰的变形量丢失状况严重。增加衬砌后可有效减小拱顶竖向沉降和拱腰横向变形的最终值,力学性质表现得更为稳定。随着地应力的升高,拱顶和拱腰丢失位移逐渐增加,丢失位移与地应力呈正相关关系。     

高地应力条件下隧道TBM施工岩爆分析

高应力条件下,地下工程在脆性岩体中施工很容易导致岩爆的发生。以N-J水电站大埋深引水隧洞为研究对象,首先采用应力解除法进行现场地应力测试,发现引水隧洞的地应力以构造应力为主,最大主应力达到了107 MPa,较高的地应力水平是导致现场岩爆发生的主要原因。为进一步分析引水隧洞岩爆规律,将地应力场转换至隧道局部坐标,在考虑地应力场剪应力影响的情况下,采用能量判据,通过数值方法计算得到了岩爆的分布范围。     

超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计研究

围岩初始地应力场是隧道工程稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,在超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计过程中,如何合理确定围岩压力并进行衬砌针对性设计参数是工程师关注的重要问题。以某铁路超大埋深高地应力软岩隧道为研究对象,从理论推导和数值模拟两个方面出发对围岩压力进行研究,即基于卡斯特耐尔拓展公式理论推导确定围岩压力和基于ANSYS有限元分析软件进行三维地应力场模拟,研究了不同地应力水平和预留变形量组合下的围岩压力,并对三维地应力场模拟结果进行分析探讨;通过上述方法确定围岩压力后,建立有限元分析模型对高地应力软岩隧道衬砌参数(以Ⅳ级围岩为例)进行设计,检算衬砌参数可靠性并形成成果,可以为类似工程提供参考。     

不同加固方案下富水黄土隧道地层变形规律分析

以西安地铁5号线暗挖隧道为工程背景,采用降水加固与注浆加固2种地层加固措施,建立渗流-应力耦合数值计算模型,对富水黄土隧道地表沉降、洞周土体变形及力学效应进行了研究,并结合现场监测资料进行了验证。结果表明:降水加固隧道施工最大地表沉降是注浆加固的13.7倍,2种加固方案洞周土体变形规律一致,开挖10 d内变形值均达到稳定值的70%~80%左右;注浆加固下洞周土体均为压应力,降水加固开挖过程中在中隔壁及中隔板处土层出现拉应力;注浆加固下衬砌各部位受力均大于降水加固;降水加固塑性区极值是注浆加固的11.3倍,主要分布在两侧拱肩、拱腰及拱脚处;2种加固方案下地表沉降以及洞周土体变形的模拟值与监测值相近且变化规律基本一致。     

基于随机有限元的高地应力区隧道稳定性分析

为了分析隧道工程中存在的不确定性,提出采用随机有限元法研究隧道开挖后的应力、位移特征。以某深埋隧道为研究对象,分别采用确定性有限元和随机有限元法,对隧道开挖后的应力和位移特征进行了对比分析。结果表明,采用随机有限元法后,隧道周边第1主应力和隧道周边围岩位移不再是确定值,而是随机变量,具有统计特性。由于工程中荷载及参数的不确定性,随机有限元相比确定性有限元更加符合实际,为类似工程问题的研究提供了思路。     

高地应力下水电站岩体原位变形和强度试验研究

文中以吉林省蛟河抽水蓄能电站现场岩体变形和强度试验为基础,介绍高地应力下水电站岩体变形和强度试验成果.试验成果表明,高应力下岩体变形和强度变化规律较好,在充分了解现场岩体变形和强度参数的基础上,可为设计提供更多、更可靠的试验成果,同时也对同类的试验提供了参考.     

高地应力大变形隧道变形特性及工程应对措施分析

在建都汶高速公路龙溪隧道为高地应力、高瓦斯隧道,针对龙溪隧道高地应力挤压变形的特殊性,分析了隧道施工过程中因高地应力造成的隧道大变形的特点,分析了大变形机理,在此基础上对典型地段进行了数值分析,确定了大变形地段安全、经济、合理的支护参数。龙溪隧道大变形段后续施工实践表明,数值分析确定的支护参数和论文提出的施工措施有效地限制了隧道的高地应力挤压变形,确保了隧道的施工安全。龙溪隧道的施工实践为高地应力隧道的施工提供了有意义的技术资料,可供同类隧道施工借鉴。     

秦岭特长隧洞超埋深强构造应力大变形处理技术研究

引汉济渭秦岭特长输水隧洞全长81.779 km,隧洞穿越秦岭岭南中低山区,地质条件极其复杂,断裂构造极为发育,且具有强构造应力。受复杂地质条件和地质构造的影响,秦岭隧洞1~#勘探试验洞主洞段施工中发生了不同程度的大变形,原设计围岩类别为Ⅲ类,实际施工过程中已经达到Ⅳ类和Ⅴ类,初期支护完成后变形严重。多处变形量超过10 mm/d,局部最大变形量达到了69 cm,给施工带来了极大的困难。对发生大变形段采取了二次套拱、加长锚杆、径向注浆、初支拆换、二次衬砌加强等措施进行控制。今后大变形段设计施工过程中,应通过加强超前地质预报与监控量测、提高支护设计参数、加大预留变形量来预防大变形的发生。     

隧道围岩大变形评价的改进云模型及其应用

针对隧道围岩大变形评价的不确定性和随机性问题,基于改进的云模型理论,建立了隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法,该方法运用云理论中的云雾化条件将大变形指标权重进行融合,进而得到综合评价指标权重,并用正态云替代传统模型中的特征值,计算云相关度和评价指标权重,最后通过综合云计算获得隧道围岩大变形评价结果。将此方法应用于西藏米拉山隧道围岩大变形评价,其结果为Ⅳ级大变形,与实际结果一致,表明隧道围岩大变形评价的改进云模型评价方法合理可行,可应用于隧道围岩大变形的评价。     

硬质岩边坡“坠覆”变形机理探讨

介绍发现于三叠系中统巴东组(T2b)软弱碎屑岩地层之中、人们在三峡库区库岸稳定研究过程中所提出的斜坡变形破坏形式——"坠覆体"——的概念。通过对浙江省中部某近坝库岸的大范围堆积体进行初步研究,结果表明,裂隙发育的硬质岩高陡边坡,由于受卸荷松动和风化作用的综合影响,也会产生"坠覆体"堆积。探讨该"坠覆体"堆积的形成机理。对软、硬岩层的坠溃变形情况进行了对比和分析。     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形特征 及预留变形量分析

统计分析了锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形量,研究了超深埋大断面隧洞软弱围岩变形特征及预留变形量合理的取值范围。通过数值模拟、解析计算和现场实测数据统计分析,锦屏引水隧洞软岩段预留变形量范围可取40～60 cm。研究结果可供类似工程施工参考。     

考虑剪胀效应的深埋硬岩隧洞岩爆过程的数值模拟

基于摩擦强度在粘聚力发生显著劣化后才起作用的本构模型(CWFS模型),将Russense岩爆判据引入数值模拟过程中,研究了不同剪胀角取值对隧洞围岩岩爆区及最大最小主应力差值在70~80MPa之间单元分布规律的影响,并将计算结果与采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型的结果进行了对比分析。结果表明:采用基于Russense岩爆判据的CWFS本构模型模拟出了隧洞围岩发生脆性破坏形成的V型破坏区,且破坏区内的单元均发生了严重岩爆;随着剪胀角的增加,岩爆区的面积显著增大,发生岩爆的单元数明显增多;围岩最大最小主应力差值在70~80 MPa之间的单元在围岩内部均形成了邻近V型岩爆区外轮廓线的V型区域,而采用Mohr-Coulomb应变软化本构模型则没有计算出围岩中的剪切破坏区,仅计算出了拉破坏区,围岩最大最小主应力差值在70~80MPa之间的单元没有形成V型区域。     

水电站高地应力地下洞室群施工期围岩变形破坏研究

针对猴子岩水电站地下洞室群施工期岩体破坏现象,研究了其围岩变形破坏模式,利用应力莫尔圆和复合强度判据对高地应力情况下的应力驱动型变形破坏进行了成因机理分析,并提出了有效的工程应对措施。研究成果有利于进一步认识高地应力地下洞室群围岩变形的稳定性,可供类似地下厂房洞室群的设计与施工借鉴。     

高压隧洞裂隙密集区岩体原位变形试验

为了解深圳抽水蓄能电站高压隧洞裂隙密集区岩体变形特性,针对衬砌前隧洞围岩开展了钻孔变形和岩体声波试验工作。与前期勘探平硐内承压板变形试验结果对比,分析了裂隙产状对试验结果的影响,认为陡倾角裂隙对钻孔变形试验结果影响较大、裂隙区的岩体变形模量普遍降低。研究成果对提高岩体现场变形试验的准确性及代表性具有一定的参考价值。     

高外水压力下深埋隧洞衬砌与围岩联合承载设计研究

在深埋隧洞的设计中,高外水压力常常成为制约隧洞结构设计的关键因素。本文结合新疆某深埋隧洞工程,秉承衬砌与围岩联合承载的设计理念,考虑固结灌浆对围岩的加固及堵水作用,对比分析了灌浆圈厚度、渗透系数及排水孔深度和布置对外水压力的影响。同时,通过有限元方法模拟固结灌浆圈与衬砌间的接触粘结作用关系,从接触粘结强度的影响机制出发,分析了高外水条件下隧洞衬砌、固结灌浆圈、原状围岩之间的传力性能,得到了不同粘结强度下隧洞支护结构的承载状态,并据此实现了对隧洞衬砌—围岩系统联合承载能力的评价,从而完善和优化了支护设计。