高地应力千枚岩地层隧道大变形控制措施探讨

根据兰渝线两水隧道施工中出现大变形的工程实例,对其高地应力地层岩性、变形规律、支护破坏特征、变形原因进行了分析。根据现场科研试验段控制措施调整情况及现场控制效果,总结了该类地层中隧道大变形控制技术措施。结合现场变形监测数据结果,探讨了千枚岩、炭质千枚岩地层大变形的发展规律。     

深埋高地应力TBM隧道挤压大变形及其控制技术研究

深部岩体构造复杂、地应力高,对于挤压性地层开挖后容易产生挤压大变形,大量实践经验表明,若不及时合理处置应对将造成巨大的经济损失。关注TBM隧道,介绍围岩挤压大变形的机制、关于挤压性地层的提前预报方法和监测辨识指标,讨论预测围岩收敛变形的方法并详细介绍人工智能和非确定性分析方法,最后总结归纳常用的应对挤压性地层的处置手段。各种关于TBM隧道挤压大变形的辨识公式、预测方法以及处置手段都是依托相应的工程案例而建立,盲目的套用并不一定能起到预期的效果,建议具体工程问题应具体分析,综合比选,各取所长。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

高地应力层状软岩隧道非对称挤压大变形分级修正方法研究

为探明高地应力层状软岩隧道非对称大变形特征,收集200个高地应力层状软岩隧道大变形案例数据,统计分析非对称大变形的影响因素,采用关联规则方法分析隧道相对变形量、非对称变形部位,研究非对称大变形分级修正方法.结果表明:高地应力层状软岩隧道大变形分级非对称主要因素为岩层倾角α、岩层走向与隧道轴线夹角β、原岩应力场最大主应力...     

高地应力千枚岩隧道支护体系试验研究

成兰铁路茂县隧道穿越龙门山活动断裂带,地层以千枚岩为主,围岩破碎、软弱、强度低,且存在高地应力。在茂县隧道1号斜井施工过程中,遇到了围岩大变形、喷射混凝土开裂、钢拱架扭曲等现象。为了解决这一技术难题,在施工现场将斜井按正洞施作,设置4种不同的支护体系试验段,并对围岩变形、围岩与初支接触压力、钢拱架应力进行监测分析,得出以下结论:I20工字钢刚度低,不能有效地抵抗围岩前期变形,使围岩的变形进入塑性流动阶段;H175型钢刚度大,与3 m长短锚杆相结合能主动控制围岩的变形,能有效地控制围岩前期变形,8 m长的锚杆能被动控制围岩变形,能有效地抑制围岩塑性区的扩大;以H175钢拱架+3 m锚杆+8 m锚杆+喷射混凝土+超前注浆小导管为主的初期支护体系对茂县隧道高地应力千枚岩大变形的控制有较好的效果,可为后期茂县隧道正洞的施作提供指导。     

高地应力条件下隧道大变形的数值模拟分析

基于陈至达提出的大变形问题基础理论,指出了以传统小变形理论研究软弱围岩隧道大变形问题存在的弊端。运用非线性数值模拟大变形的手段,针对二郎山公路隧道在高地应力条件下软弱围岩的大变形进行了研究,进而探讨了大变形破坏的本质问题。     

高地应力深埋隧道断裂破碎带段大变形控制现场试验研究

丽香铁路中义隧道出口平导玉龙雪山西麓断裂破碎带段围岩软弱、破碎,受高地应力及断裂破碎带影响严重,边墙大变形灾害突出,以此为研究背景,开展了4种围岩大变形控制措施的现场试验研究。试验结果表明:采用普通加强支护措施(工况1),无法控制该段围岩变形;采用"抗放结合"控制措施,下部围岩应力释放需缓释,采用工况3(双层支护+下台阶、仰拱分开施作)方案,试验段围岩应力得到较好控制,但其工序繁琐,施工进度缓慢;采用"强支"理念的工况4(单层支护+加强拱架+预留应急加固措施)方案,最大日变形速率、累计最大变形量均最小,分别为3.2 cm/d和62.2 cm,试验段全长围岩累计变形量在可控范围内,施工工序较为简单,施工月进尺可达90 m以上;考虑到平导需发挥超前作用,建议中义隧道出口平导玉龙雪山西麓断裂破碎带段采用工况4方案进行施工。研究结果可为类似工程提供参考。     

大埋深高地应力硬脆性围岩隧道施工工艺研究

随着我国隧道工程的迅速发展,隧道建设不断向大埋深、高地应力和破碎围岩地带延伸.针对大埋深高地应力硬脆性围岩的地质特性、应力作用与围岩变形规律认识不足,不利于施工安全的问题.本文依托天平铁路关山隧道,对大埋深高地应力硬脆性围岩隧道控制变形施工工艺进行研究.研究表明:采用大曲率边墙优化结构断面,可有效改善隧道结构受力;合理...     

高地应力区公路隧道不同围岩类别的变形特征及应用实践

以川藏公司二郎山隧道工程实践为典型实例,依据施工地质围岩分类,分析了高地应力区公路隧道不同围岩类别的变形特征,为围岩稳定性评价和支护措施优化提供了信息。     

川藏公路二郎山隧道高地应力与岩爆问题研究

 博士学位论文摘要　通过两组钻孔应力解除法地应力实测和6 组地应力Kaiser 效应测试, 查明了工程岩体内的空间应力状态为潜在走滑型, 其中R1 方向为N 66. 9°～ N 85°W , 它与水平面的夹角介于20°～ 40°之间, R1max 为35. 3M Pa。岩体应力场数值模拟结果进一步表明, 研究区单斜层状各向异性岩层在自重应力和一定量级的NWW 向区域构造应力(8. 9M Pa) 共同作用下, 结果在隧道中部相对坚硬完整、弹模值较高的砂岩、粉砂岩、灰岩、部分砂质泥岩和软质岩层内的硬脆性夹层中形成了相对意义上的高地应力; 此外, 发育产状为N 40°～ 60°W öN E∠60°～ 85°的次级断裂构造(ESR 测年值为55×104 a) 两侧10～ 20m 距离以外地段, 由于其后期张扭性构造活动, 也普遍存在着可以导致岩爆发生的局部高地应力现象。岩爆类型划分研究中, 首先根据高地应力的成因, 将岩爆类型划分为自重应力型、构造应力型、变异应力型和综合应力型四大类; 然后依据具体应力条件, 并结合岩爆特征等内容, 再将岩爆划分成8 个亚类。岩爆烈度分级研究中, 突出了现场容易判别的岩爆标志, 主要依据岩爆声响、运动特征、岩块形态特征、断口特征、发生部位、时效特征、影响深度以及对工程的危害性等内容, 将岩爆烈度划分为轻微、中等、强烈、剧烈四级(RM S 方案)。通过现场跟踪调研、岩爆断口扫描电镜分析、岩爆岩石力学试验研究, 岩爆力学机制大体上可归纳为压致拉裂型、压致剪切拉裂型、弯曲鼓折(溃屈) 型等三种基本方式, 也可以多种组合方式出现。不同的破裂机制不仅与围岩应力状态有关, 而且也与岩体的性能和结构构造、开挖条件等诸多因素有关。根据施工中记录的200 多次岩爆资料, 详细总结了该隧道岩爆发生的基本规律, 并且采用“地质超前预报法”、“RHöR b 判据现场测定预报法”这两种较为实用、有效的方法, 对其岩爆预报问题作了有益的探讨。最后提出了与RM S 方案相对应的各级岩爆防治措施, 并且取得了良好的应用效果。     

成兰铁路千枚岩隧道初期支护形式试验研究

在高地应力软岩地层中开挖隧道,易发生大变形,合理地选用初期支护的钢架形式,对软岩大变形的控制是非常重要的。本文依托成兰铁路-茂县隧道,通过现场试验和数值计算研究挤压性软岩大变形隧道的初支钢架选型,主要得出以下结论：（1）高地应力软岩隧道不宜选用强度较弱的钢架作为第一层支护,第一层支护应能保证支护封闭时的合理洞形|（2）挤压性大变形隧道宜采用多层、多次的支护方法,适当释放围岩应力,保证隧道的长期稳定|（3）大变形隧道多采用分部工法开挖,易导致支护结构受力不均,应提早支护封闭时机,改善结构受力。     

破碎千枚岩隧道施工期位移安全控制基准研究

 随着以千枚岩为主的软岩隧道的大量兴建,建立针对性的位移安全控制基准已成为工程界亟待解决的难题之一。以横跨5.12震区的广(元)甘(肃)高速公路杜家山隧道为工程背景,采用室内模型试验及现场试验相结合的研究手段,通过对以V级围岩为主的破碎千枚岩隧道在不同埋深、施工工法及支护参数等条件下位移变形规律的研究,揭示埋深、施工工法、支护与隧道位移间的关联性,结果表明较之工法、支护参数而言,埋深对隧道变形的影响更为显著。并以拱顶沉降作为主要控制指标,以衬砌裂损的出现作为隧道稳定性的判别标志,结合依托工程现场统计数据的系统分析,建立破碎千枚岩隧道中埋深在300 m以内、三台阶法(核心土)以及F3～F5支护方式下的施工期位移安全控制基准。     

顺层隧道地震响应的波动方法研究

 顺层岩体是隧道工程中常见的地质情况,震害突出,但尚无有效的地震响应分析方法,因而难以深入研究其响应机制和规律。为此,建立一种地震波动输入方法及相应公式,该方法以有限元法与时域波动分析法相结合,采用黏弹性人工边界,基于顺层岩体的横观各向同性本构关系,考虑岩体中地震波的偏振特性和相速度变化特点,适用于地震波斜入射方向与隧道纵断面平行的情况。同时,为验证所提出方法的实用性和可行性,应用其分析某顺层岩体中高速铁路隧道结构的地震响应规律。结果显示：当岩层水平或竖直时,则qP波引起的衬砌内力包络图对称;当岩层倾斜时,则qP波引起的衬砌内力包络图不对称,不对称性的幅度与岩层倾角相关;岩层倾角不同,则弯矩值相差较大;弯矩包络图无论对称与否,环向弯矩极值均位于拱脚处,而纵向弯矩极值却位于拱顶和仰拱处。此外,作为对比分析,又将岩层简化为各向同性介质,采用该方法进行计算,结果发现：P波引起的衬砌内力包络图对称,且内力包络图与将岩层简化为横观各向同性介质时相接近。这进一步验证了提出方法的合理性和可靠性。     

煤矿高恒阻大变形锚索受力特性、规律及应用研究

 为解决煤矿锚索材料在缓慢大变形和瞬时大变形支护时出现的问题,采用理论分析、实验室测试、现场试验等相结合的方法,研发由恒阻装置和锚索体组成的煤矿专用高恒阻大变形锚索;室内试验得出恒阻锚索静力拉伸时,可保持350 kN的恒阻力,延伸量可达300～950 mm;动力冲击荷载时在达到极限延伸量1.6 m时,冲击阻力基本稳定在280～375 kN;恒阻锚索以滑脱破坏失效代替传统锚索的崩断破坏。在锚索受力超出恒阻值后,恒阻器进入滑移阶段,该阶段恒阻器温度呈现先陡然增加后缓慢减小趋于平缓的特征,最高温度35.6°;并且随着锚索拉伸量的增加恒阻套管外径均匀增大的负泊松比的工程材料特性,外径最大增加量4.1 mm,负泊松比值－0.5～－2.0。在回采巷道爆破冲击破坏试验、高瓦斯恒阻锚索留巷、浅埋大断面切顶成巷等大变形巷道工程中的现场试验,恒阻器滑移量最大值57 mm,具有低温、高预紧力、大延伸量等支护优势,支护效果良好,在软岩巷道支护、深井支护、冲击巷道、动压巷道等支护实践中,具有良好的推广价值。     

隧道围岩大变形及二次衬砌裂缝稳定性分析

对隧道围岩大变形发生机制进行了研究,并对隧道围岩大变形进行了重新定义,在对二次衬砌作用机理进行分析的基础上,重点对衬砌裂缝的稳定性展开了分析研究,并得到一系列研究结论,能够为衬砌病害的研究提供一定的理论支撑。     

千枚岩隧道传统与新型支护结构现场对比试验研究

 以在建穿越5•12汶川强震区成都至兰州高速铁路站前试验段某隧道大变形极高风险段为工程依托,运用现场试验与数值模拟手段,针对传统的型钢拱架和新型自主研发的钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,分别对围岩收敛变形、围岩深部位移、围岩与初支接触压力、拱架内力、锚杆轴力、初支与二衬接触压力以及二衬轴向应变变化特征与规律进行研究。结果表明钢格栅混凝土核心筒支护结构体系可有效控制强震区软弱破碎围岩隧道大变形,结构体系变形及受力合理,可为类似工程建设提供借鉴。     

考虑隧道剪切效应的基坑开挖对邻近隧道纵向变形分析

 基坑施工将打破周围地层已平衡的应力场,引起应力释放,对既有下卧地铁隧道产生不利的影响。针对既有研究的不足,提出考虑隧道剪切效应的基坑开挖对下卧隧道影响的解析解。既有隧道简化为搁置于Winkler地基上的Timoshenko梁。通过两阶段分析法,考虑基坑卸荷作用下已建隧道的响应。首先基于Timoshenko梁理论,建立考虑隧道剪切效应的隧道纵向变形微分方程,然后将由Mindlin弹性解计算得到附加荷载施加于既有隧道上,最后通过有限差分法得到在附加荷载作用下隧道的纵向变形解答。收集3个已发表工程实例的实测数据,并与本文方法及Euler-Bernoulli梁法的计算结果进行对比分析,发现实测结果与2种方法得计算结果有较好的一致性。然而,在内力分析上,相对比于本文方法,Euler-Bernoulli梁法明显高估基坑卸荷引起的隧道弯矩与剪力。由于本文方法可有效模拟既有隧道剪切效应,因而可进一步给出1在卸荷作用下隧道管片间错台量。研究成果可为合理预测邻近基坑施工对既有隧道的影响提供一定的理论支持。