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。     

复杂高地应力区软岩隧道大变形控制技术研究

以鄂西宜巴高速公路峡口隧道为工程实例,针对隧道施工中遇到的高地应力软岩大变形问题,对其高地应力软岩特点和大变形特征进行分析研究。提出优化开挖方法、调整预留变形量、利用联合初期支护和可伸缩性U型钢架及信息化施工等综合大变形控制措施和施工技术,有效地控制了隧道围岩大变形。通过支护结构受力监测,以及拱顶、水平收敛累计沉降量与沉降速率监测,验证了所采取的大变形控制技术的合理性,对鄂西复杂高地应力软岩隧道大变形控制技术作了有益的探索。     

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。     

含水率对高地应力炭质板岩隧道围岩稳定性的影响研究

当隧道穿越高地应力富水软弱围岩区段时,易发生坍塌、初期支护结构侵限、钢架扭曲脱离等不良现象。针对这一问题,以渭武高速公路木寨岭隧道为实际工程背景,运用有限差分法软件FLAC3D分别建立了不同含水率下双侧壁导坑法和三台阶七步开挖法施工隧道的数值模型,分析讨论了两种施工方法下围岩压力、竖向和水平位移、塑性区随着含水率增大的分布规律和发展情况。结果表明：随着含水率的增大,炭质板岩强度降低,围岩自稳能力降低,进而降低了隧道的稳定性。隧道上部台阶开挖后,炭质板岩段各监测断面沉降和收敛变形较快,变形量较大;完成初期支护之后,沉降和收敛变形速度逐渐降低,待距离掌子面50 m以后趋于稳定。     

隧道洞挖引发岩爆的原因及防治措施

分析了双江口水电站深埋隧道区的高地应力及地下水等因素对隧道岩爆的影响,加强对围岩变形和岩爆监控,降低围岩表层温度,提前释放岩石应力,采用水胀式锚杆、快速支护围岩,对预防岩爆的发生有较好的效果.     

隧道施工动态仿真分析

由于隧道开挖施工引起围岩应力重分布,使得围岩局部产生应力集中,因而隧道容易产生塌方、变形过大等危害。因此掌握隧道施工过程中围岩及衬砌的状态,对隧道的稳定性和安全性分析尤为重要。FLAC3D数值模拟软件可以模拟隧道开挖、支护施工的整个过程[1],并可分析各施工时段的围岩应力和变形以及跟踪点的应力、变形全过程曲线,从而判断隧道的稳定性。结合在建摩天岭1#通风斜井工程采用FLAC3D软件对隧道的动态施工进行了仿真模拟分析,通过对跟踪点的位移、应力的分析,得到了不同级别围岩下的变形和应力的全过程曲线以及影响范围,为隧道的设计和施工提供了理论依据。     

高地应力条件下输水隧洞断面选型及支护设计

在高地应力条件下选择合理的隧洞断面型式以及支护结构,对保证施工期围岩稳定及隧洞长期运行安全具有重要意义。针对滇中引水工程高地应力洞段,通过对比分析不同断面型式下隧洞围岩应力、变形及塑性区分布规律及量值大小,确定了隧洞断面型式为马蹄型,有利于隧洞围岩受力及结构稳定。在综合分析隧洞围岩的应力变形情况及塑性区深度的基础上,结合工程类比法确定了隧洞施工过程的临时支护措施及永久衬砌方案。通过对比支护前后隧洞围岩的变形数值及塑性区分布范围发现:临时支护措施能够有效的控制围岩的变形及减小围岩的塑性破坏范围,经永久衬砌后的隧洞围岩处于稳定状态,无明显的塑性破坏产生。     

高第二主应力条件下大跨度洞室围岩变形破坏特征分析及支护措施

猴子岩地下厂房区域地质构造复杂,洞室群埋深大,位于以水平构造应力为主的高—极高地应力区。与一般高地应力情况不同的是,猴子岩厂区第一、第二主应力均较高,分别达到36.43 MPa和29.82 MPa,使得高地应力对洞室高边墙的不利影响不能通过调整厂房轴线来规避,这为洞室施工和支护设计带来较大挑战。从工程施工过程中出现的变形破坏现象以及位移、支护应力监测资料、声波检测资料入手,归纳高第二主应力下大跨度地下洞室群的变形破坏特征为:1岩爆现象普遍;2围岩变形量及破坏深度大;3锚固支护结构负荷水平高。对围岩变形破坏机理作初步探讨,并根据支护效果总结了高第二主应力下支护设计和支护措施的经验,可为高第二主应力条件下大跨度洞室围岩的稳定分析提供参考。     

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。     

基于工程类比的高地应力地下洞室高边墙围岩支护强度评价

高地应力地下厂房高边墙围岩支护强度的评价对于保证大型地下工程围岩稳定性具有重要意义。猴子岩水电站地下厂房地应力高、强度应力比低,施工开挖中出现喷混凝土开裂、岩锚梁错位、岩体开裂、锚墩内陷等典型的围岩变形破坏现象,对洞室安全造成严重威胁。通过多点位移计、锚杆和锚索的应力监测数据分析,将猴子岩和锦屏Ⅰ级水电站地下厂房进行比较,提出了预应力锚索和锚杆的单位面积预应力支护强度计算方法,并根据评价结果对局部洞段进行针对性的围岩补强支护设计。结果表明:猴子岩地下厂房围岩变形整体上比同期的锦屏Ⅰ级围岩变形大,而锚索应力水平比锦屏Ⅰ级小,锚杆应力水平整体相当;猴子岩地下厂房下游边墙的支护强度大于锦屏Ⅰ级下游边墙的支护强度,上游边墙的支护强度小于锦屏Ⅰ级下游边墙相应部位支护强度,猴子岩地下厂房上游边墙补强支护后的围岩变形得到有效控制,表明了补强措施的有效性。研究可为类似高地应力地下洞室围岩支护设计和支护强度评价提供参考和借鉴。     

隧洞穿越高应力压密散体施工对策及其适应性分析

滇中引水工程狮子山隧洞处于F_Ⅲ-102和F₁₆断裂构造夹持带,地应力高,其D₁^l钙质页岩、炭质页岩呈散体压密结构。地质分析表明,区域地质挤压构造残余高地应力是隧洞大变形的主要动力源,低抗载性劣化破碎结构是隧洞产生失稳变形主要内因。现场揭示隧洞破坏形式主要表现为开挖卸荷失稳坍塌、掌子面挤出、支护严重挤压变形。针对高地应力条件下散体压密结构的围岩特性和典型破坏特征,提出施工应遵循“预支护、快掘进、快支护、快闭合”的原则,并总结了适用于该地质条件的针对性施工对策:选用ST-20管棚钻机进行长15 m的Φ108 mm大管棚超前预支护施作与周边和掌子面围岩注浆加固;采取“及时强支护”并设置让压锚杆和长锁脚锚管抑制变形措施;施工期间加强围岩监控量测和围岩内部变形监测,实施动态控制,信息化施工。实践证明,隧洞穿越高地应力挤压破碎带时,采取对浅部围岩进行加固、主动支护与被动支护相结合的施工措施,能有效抑制围岩松动圈向深部发展与变形,有力保障隧洞安全顺利施工。     

白鹤滩水电站左岸地下厂房施工期围岩稳定安全监测分析

白鹤滩水电站地下洞室群规模巨大,地质条件复杂,地应力高,洞室开挖期间安全风险大,需要监测围岩稳定情况。通过分析左岸地下厂房第Ⅰ至第 Ⅳ 层开挖安全监测资料,揭示围岩变形规律、特性和原因,并给出了为稳定围岩采取的工程措施。成果表明:洞室施工期围岩变形是地质条件、地应力和开挖等因素共同作用的结果;错动带、裂隙和断层等地质构造影响洞段的顶拱围岩变形总量和变形深度均相对较大,一般洞段下游拱脚围岩变形相对大;顶拱中心和上游拱脚围岩变形大部分在深度6.5 m以内,下游拱脚部分桩号深度超过11 m的区域有一定变形,上下游岩台围岩变形深度大于顶拱;支护锚杆应力、锚索荷载在厂房内的空间分布规律和变化规律与围岩变形一致;一般洞段顶拱的锚杆和锚索受力仍有较好的余度,岩台层采取的针对性处理措施有效地提升了开挖成型效果。研究成果可为后续开挖期间围岩稳定的控制提供参考。     

不良地质引水隧洞开挖支护应力变形数值模拟研究

选取围岩强度低、变形量大的不良地质段为代表断面进行计算分析,建立了FLAC3D模型,研究隧洞开挖支护围岩的变应力变形情况。结果表明:隧洞的开挖破坏了围岩的原始应力场,隧洞径向轴力释放,切向应力集中,隧洞顶拱位置形成了比较明显的开挖松动圈。隧洞支护后,支护措施承受部分围岩压力,围岩应力得到改善,隧洞围岩变形明显减小,开挖断面变形整体趋于均匀,隧洞周边塑性区有所改善,因此支护措施对围岩变形起明显的限制作用。     

第三系泥岩隧洞围岩大变形成因及应对措施

围岩大变形是软岩隧洞建设中危及隧洞施工及长期安全的重大工程灾害之一。结合第三系泥岩隧洞出现的显著围岩大变形及支护结构破坏等现象的工程现场调查,通过开展围岩监测、室内试验及数值模拟等工作,获得了第三系泥岩隧洞围岩大变形的主要成因和发生机理。研究表明:触发该隧洞围岩大变形的主要因素是低岩石强度条件下隧洞开挖卸荷引起的塑性变形以及地下水对围岩的软化作用,围岩挤压膨胀变形和不同岩层间的非一致变形共同主导了支护结构的破坏;围岩大变形的发生机理主要体现在第三系泥岩洞段横穿一条常年流水的冲沟,加之隧洞中部透水性良好的砂砾岩层,使得隧洞开挖后围岩含水率显著增加,第三系泥岩遇水泥化、软化,强度显著降低并呈现出一定的膨胀性,最终促使围岩产生显著的大变形。在此认识的基础上,提出了提高钢拱架型号、增强钢拱架之间的纵向连接、增设底拱外八字锁脚锚管、施加初期支护与二次衬砌之间的聚乙烯缓释消能层等应对措施,实施后的现场监测结果表明,所提出的控制措施有效解决了第三系泥岩洞段开挖过程中的软岩大变形难题。     

高地应力环境下引水隧洞软弱围岩稳定性分析

以实际深埋软岩引水隧洞施工为背景,在对导致大变形的围岩压力性质认识和力学行为分析的基础上,结合室内实验、数值模拟手段、施工变形监测数据和围岩—衬砌接触压力现场试验,研究了隧洞开挖后洞周位移分布特征、围岩变形和支护受力随时间发展规律。研究结论表明:(1)大主应力方向为垂直方向的高地应力环境中,隧洞软岩大变形以挤压型变形为主;(2)开挖面和二衬对约束隧洞空间位移分布具有重要作用;(3)软弱围岩变形发展和支护受力具有明显的流变特性和时间效应,及时施加二衬能有效限制流变变形的发展。在研究基础上提出了一些施工中有益于控制围岩稳定性的建议。     

小寨山隧道洞口段塌方成因分析及变形预测

为保证隧道洞口段的施工安全,在小寨山隧道洞口段塌方成因分析的基础上,利用尖点突变理论和PSO-ELM模型评价了隧道洞口段围岩的稳定性现状及其发展趋势;另外,根据洞口段塌方成因,对塌方处理措施进行了系统研究,并综合分析了处理效果,以评价各类处理措施的有效性。小寨山隧道洞口段塌方成因研究表明:洞口段的塌方成因主要是偏压原因和降雨原因,且突变分析过程的突变特征值均<0,得出隧道洞口段围岩处于不稳定状态,加之变形预测结果显示其后期变形仍将持续增加,进而隧道洞口段的稳定性趋于不利方向发展,有必要采取切实措施保证施工安全;同时,塌方处理措施应结合工程实际,先对各施工阶段和步骤进行针对性加固,再调整隧道支护所受的宏观应力状态,保证其受力平衡,且通过塌方处理,小寨山洞口段围岩变形处于可控范围内,验证了各类处理措施的有效性。     

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。     

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明：软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

溪洛渡水电站右岸尾水洞围岩稳定监测分析

介绍了溪洛渡水电站右岸尾水洞的施工进度安排和安全监测仪器布置。根据已获得的监测数据,对右岸尾水洞的围岩变形和围岩应力进行了分析,评价了右岸尾水洞围岩目前的稳定状态。分析结果表明,由于开挖支护控制较好,溪洛渡水电站右岸尾水洞围岩总体变形不大。