隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。     

软岩引水隧洞施工开挖过程围岩变形规律研究

以云南省滇中引水工程某段软岩引水隧洞建立实体模型,应用三维显式有限差分法程序FLAC3D对其施工开挖过程进行三维数值模拟。计算结果表明,软岩隧洞受到开挖面的空间约束效应,围岩应力逐步释放,相应围岩位移也逐渐增加;在横断面上,拱顶围岩沉降位移沿竖直径向的空间效应主要影响范围在3倍洞径(3D)左右,而拱腰围岩水平位移和拱底隆起位移在1.5D左右;掌子面向前推进过程中,掌子面的空间效应逐渐消失,拱顶、拱底位移在施工开挖面后方约2.5D~3D处趋于稳定,拱腰位移在约2D左右趋于稳定,围岩变形收敛:软岩隧洞需要及时施作初期支护,以提高围岩自承能力,限制位移的增长速度。     

浅埋引水隧洞穿越第三系变形特征研究

针对滇中引水工程浅埋第三系软岩隧洞的变形问题,选取柳家村隧洞进口段建立数值模型,研究了浅埋第三系软岩隧洞在开挖和支护后的变形破坏特征。结果表明:影响隧洞变形破坏的主要因数是围岩强度和隧洞埋深。隧洞开挖后,由于隧洞后段的围岩强度比隧洞前段大,在隧洞后段的变形量要大于隧洞前段的位移量,塑性区的分布范围也比前段广。支护后,隧洞的径向变形量和塑性区分布都得到了很好的控制,支护效果明显。在浅埋第三系洞段,开挖后的变形量与隧洞埋深有一定关系,即埋深相对较大洞段,开挖后的变形量也更大,在此洞段,应加强支护。研究成果对引水工程中的浅埋第三系软岩隧洞施工提供指导。     

红层软岩隧洞施工过程围岩大变形特征及其支护

红层软岩作为一种特殊的地质结构具有变形量大及流变性的特点,在该地质条件下开挖隧洞 可能会出现围岩大变形甚至发生失稳坍塌等安全事故。针对滇中引水工程的磨盘山隧洞部分洞段要穿 过红层软岩地区并面临着围岩大变形的难题,采用有限元软件对隧洞围岩变形规律及支护措施进行数 值分析。结果显示:隧洞开挖后洞周发生较大的应力集中,导致围岩变形量和塑性区范围较大,在软弱 断层带部位变形量高达２８５．５ｍｍ,塑性区深度达１０ｍ左右,远远大于硬岩对应值。隧洞开挖后对围岩 进行临时支护以及永久衬砌,两者对减小围岩变形量和塑性区范围均有较为明显的作用。     

水库输水隧洞围岩变形监测及稳定性分析

文章根据数显收敛仪对输水隧洞围岩水平收敛变形和拱顶下沉位移的现场监测结果，分析输水隧洞开挖后围岩变形特性和发展规则，总结输水隧洞围岩沉降收敛变形规律，及时报警并采取相应的支护措施，使围岩变形趋于稳定，为设计优化参数和指导安全施工提供基础数据。     

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。     

黄土地区引水隧洞施工围岩变形特征分析

为研究引水隧洞施工期间的变形特征,依托某黄土地区引水隧洞工程为例,综合采用现场实测数据分析和数值模拟开展隧洞的变形特征研究。结果表明：（1）隧洞拱顶位移变化速率和累计沉降值最大,且出口右线的沉降速率比左线的更大。与出口相比,进口处的地面沉降值明显较小,其中进口处地面的最大沉降值为35 mm,出口处地面最大沉降为70 mm;(2)建立数值有限元模型进行计算表明,数值模拟结果与实际监测规律基本一致,其中实测隧道开挖结束的拱顶最大沉降为60 mm,而数值模拟结果为78 mm,两者相对误差在20%以内;随着隧洞的开挖,隧道应力发生重分布,衬砌两侧发生应力集中,最大值为6.0 MPa,顶部围岩应力达到2 MPa。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

考虑松弛及蠕变特性的隧洞稳定性数值分析

随着岩体工程的不断发展,隧洞的长期安全和稳定越来越受到重视。结合工程实例,依据某引水隧洞的现场监测成果和数值模拟结果,基于开挖松弛及软岩蠕变特性对隧洞围岩稳定性进行了研究。结果表明:引水隧洞变形量主要发生在顶拱,变形遵循显著变形期→缓慢变形期→基本稳定期的规律;对于软岩隧洞,在数值模拟计算时应重点考虑软岩的蠕变特性,即软弱围岩的长期变形特征对隧洞的稳定性起着决定性作用;同时,基于蠕变模型,还可以发现围岩开挖松弛厚度亦对模拟精度影响较大。     

构皮滩水电站左岸导流洞软岩段开挖施工技术

详细阐述了乌江构皮滩水电站左岸导流洞超大断面成功穿越软岩区的分层分区开挖方式、开挖程序、钻爆参数、支护措施、施工程序及施工工艺.导流隧洞Ⅴ类围岩开挖断面16.8 m×20.5 m,导流隧洞软岩段分3层进行开挖,自上而下分层厚度分别为8.6、8.4 m和3.5 m.导流隧洞软岩段顶层开挖进尺约0.6～1.5 m,进尺长短根据岩层软弱性质确定,岩层特别软时,开挖取小进尺,岩性稍好时,开挖取大进尺,一般开挖进尺为1 m.Ⅰa区(或Ⅰb区)开挖采用手风钻水平钻孔,中部掏槽,周边光面爆破,采用塑料导爆管毫秒微差起爆网络.采用上述施工方法,2号导流洞洞身段开挖支护施工顺利通过Ⅳ、Ⅴ类围岩,1号导流洞洞身段除少数几个部位出现小规模坍方外,开挖支护施工进展顺利,安全快速地通过了软岩段.构皮滩水电站于2004年11月中旬截流,1、2号导流洞顺利过流,1 a来经历了汛期的考验,运行正常.     

基于FLAC3 D模型的锚索长度对软岩 输水隧洞支护影响研究

锚杆和锚索支护在高地应力、承载力差的软弱岩层地下洞室开挖支护中具有不可替代的价值和优势。文章以辽宁省猴山水库输水隧洞为例,利用FLAC3D数值模拟软件研究了锚索长度对软岩输水隧洞支护的影响,建议施工过程中,在输水隧洞的两侧边墙采用5m长的锚索,在围岩的拱顶部位采用8m长的锚索。     

陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

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。     

大断面蚀变软岩引水隧洞施工方案适宜性研究

以甘孜硬梁包水电站超长引水隧洞工程为依托,采用三维FLAC3D数值模拟,对不同施工方法进行了对比分析,验证开挖方法的合理性。研究发现蚀变岩隧洞上半洞开挖,以拱顶沉降为主,建议加强拱顶沉降监测。塑性区最大深度在拱肩位置,成为失稳的关键部位,需确保拱肩锚杆的施工质量。根据数值模拟计算结果显示,预留核心土法塑性区厚度6 m,最大变形为55 mm,台阶法开挖塑性区厚度15 m,最大变形为102 mm。因此确定预留核心土法为合理的施工方法。     

基于变形监测的软岩隧道有限元反演分析研究

软岩隧道施工过程中需要对围岩进行及时有效的加固,以免变形过大威胁工程的安全性。依托天井山隧道工程,采用非接触位移测量监测围岩变形稳定性。为了更好地描述软岩的蠕变特性,结合位移监测数据以及有限元参数反演方法得到软岩蠕变参数,并以此分析开挖断面围岩的稳定性情况。得到以下结果:根据现场实际监测数据,隧道围岩的变形呈收敛趋势,但两侧变形并不对称;采用有限元反演方法得到的参数能较好地反应围岩开挖后位移变化的规律,其变化规律与实测数据一致;隧洞稳定性分析结果表明,现有支护措施下围岩流变塑性区范围将持续增长,最终会导致初砌破坏达不到支撑效果,需要采取进一步的加固措施。     

大断面蚀变岩圆形引水隧洞施工期稳定性研究

四川甘孜硬梁包水电站引水隧洞开挖断面半径最大达7.82 m,采用超前小导管预支护下的多台阶分层开挖方法。采用FLAC3D数值分析软件对过沟浅埋段隧洞开挖变形进行了数值研究,研究结果表明在过沟浅埋段针对Ⅳ类围岩采用台阶法开挖,能很好的控制隧洞变形,并且能满足支护结构的安全性要求。分层开挖对隧洞变形有影响,在上层开挖时,主要影响拱顶沉降变形,在开挖中层时,拱顶沉降较小,隧洞变形主要存在于水平向,在后期进行中层开挖时,应注意水平收敛变形的监测,并保证中层锁脚锚杆的施工质量。     

软弱围岩隧洞初期支护设计

水工输水隧洞,初期支护是加固围岩、确保洞室安全的重要措施,对于小断面隧洞来说,考虑施工便利,一般需在隧洞开挖贯通后进行二期衬砌,对于软弱围岩,确保开挖过程中隧洞的安全尤为重要。本文结合宁夏固原地区(宁夏中南部)城乡饮水安全水源工程7号大湾输水隧洞,对小断面软岩隧洞的初期支护设计进行了探讨。现场施工监测表明:现有的支护方式能够满足规范要求,可供类似工程参考。     

浅埋引水隧洞支护后变形控制研究

以某浅埋引水隧洞工程为例,综合采用数值模拟和现场监测方法分析研究隧洞洞口支护后的变形规律。结果表明：（1）拱顶位移和周边变形均随掌子面距离的增大而先增大后逐渐趋于平稳。在0～1倍隧洞直径时,变形比较快,在1～2倍隧洞直径时,变形速率有所降低,当大于4倍隧洞直径时,变形基本保持不变,因此实际工程中可将4倍隧洞直径对应的变形作为初期支护结构的最终位移;（2）对于同一断面而言,随开挖距离的增大,位移逐渐增大;当埋深不变时,随开挖面距离的增大,变形占比也逐渐增大。实际工程中隧洞开挖变形基准值要同时考虑埋深和开挖间距进行确定。     

水平破碎岩层隧洞施工工艺——柬埔寨甘再水电站引水隧洞施工管理纪实

在水平破碎岩层隧洞施工中,需特别注意爆破控制,尽量减少对围岩的扰动,尽可能保持围岩自稳,控制好超欠挖.要对泥岩软弱岩层及时封闭、加强支护.甘再水电站引水隧洞施工中,有三处共计大约200m洞段穿过多层泥岩软弱夹层,在开挖初期,围岩稳定性较好,仅进行了挂网喷砼支护,但后期围岩因局部渗水发生了变形,,造成较大面积的掉块、坍塌,施工人员及时发现,进行了钢拱架联合支护,未发生安全事故.因此,在类似围岩施工时,要及时加强支护尤为重要,不留隐患.     

九道河隧洞软岩地层洞段变形控制措施研究

软岩隧洞变形是西南地区隧洞开挖的常见难题之一.本文围绕九道河隧洞工程,针对Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段,通过分析软弱围岩的地质特征,详细探讨了软弱围岩隧道施工处理措施.九道河隧洞工程遵循"保护围岩、岩变我变,支护宁强勿弱,二衬及早跟进"的原则,充分调动围岩的承载能力,有效控制了围岩变形和松弛,最终确保了隧道施工的顺利进行.其成功...