大断面浅埋砂质黏土隧道系统锚杆作用效果研究

依托广东省南昆山隧道项目,进行有无系统锚杆对比试验,对比分析有无系统锚杆试验段的围岩压力、钢拱架应力、拱顶沉降、净空收敛和锚杆轴力。研究表明:系统锚杆在大断面浅埋砂质黏土隧道的作用效果并不明显,可取消拱部的系统锚杆。监测数据显示,有无系统锚杆支护下的围岩压力、钢拱架应力、净空收敛基本相同,有系统锚杆支护下的拱顶沉降比无系统锚杆段减少6. 5%。有系统锚杆试验段锚杆轴力较小,拱部系统锚杆不能发挥作用效果,拱脚系统锚杆作用效果不明显,取消拱部系统锚杆的布设不会对隧道结构的稳定性造成影响。     

黄土隧道锚杆受力与作用机制

 为探讨黄土隧道锚杆作用效果及机制,对陕西省吴堡-子洲高速公路上3座黄土隧道中的48根锚杆应力进行现场测试和统计分析,结果发现：黄土隧道在钢架支护条件下,拱部系统锚杆受压且应力值较小;拱脚处锁脚锚杆以受拉为主,锁脚锚杆应力普遍大于拱部锚杆应力。从土体的变形和锚杆与土体的锚固效果2方面分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态,分析认为隧道开挖后,浅埋黄土隧道拱部发生整体沉降,锚杆并不存在锚固段;深埋黄土隧道开挖后土体产生较大塑性区,目前以“短而密”原则设计的系统锚杆也不存在锚固段;锚杆与土体采用水泥砂浆或药卷式锚固剂黏结效果差,因而黄土隧道锚杆锚固力不大;锚杆锚固于初期支护上,并伸入土体中,从内部约束土体变形,在初期支护施作后,相对于土体的后续变形,拱部系统锚杆受到土体向下的摩阻力,相当于桩承受负摩阻力,因而拱部系统锚杆受压。综合以上分析表明,在黄土隧道中,钢架支护条件下的系统锚杆支护效果不明显,可以取消。工程实践证明,钢架支护条件下黄土隧道取消系统锚杆,可减少施工环节,更有利于隧道施工安全和结构稳定,可缩短工期和降低工程造价,有着特别显著的社会经济效益。     

特长公路隧道洪积黏土围岩系统锚杆的作用效果研究

系统锚杆对于不同围岩的作用效果一直是业界学者研究的主要内容,新疆天山山脉地处高寒高海拔地区,围岩条件复杂,系统锚杆作用效果仍存在争论。该文依托东天山特长公路隧道建设项目,进行有、无系统锚杆的数值模拟和现场对比试验,对系统锚杆在洪积粉质黏土围岩的作用效果进行研究。数值模拟和现场试验测试内容包括:围岩压力、钢拱架应力、拱顶沉降、净空收敛、锚杆轴力。研究结果表明:系统锚杆在洪积粉质黏土围岩条件下作用效果并不明显。有、无系统锚杆的支护情况下围岩压力、拱顶沉降、净空收敛大小都基本相同,但布设系统锚杆断面的拱部以上钢拱架受力有不同大小的增长。锚杆轴力的数值模拟和现场试验测试数据存在差异,现场监测锚杆轴力为拱部受压、拱脚受拉,而数值模拟则均表现为受拉,两者锚杆轴力基本均在1~4kN之间。综合数值模拟和现场试验结果,在东天山洪积黏土围岩条件下取消系统锚杆能够缩短单个工序时长,保证支护结构尽早封闭成环,减少施工过程对工作人员的身体危害,达到良好的社会经济效益。     

大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验

正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,开挖面积达160m2,因此,开展型钢拱架与格栅拱架研究,明确型钢拱架和格栅拱架的适用条件对设计和施工都具有重要的指导意义。研究方法采用现场对比试验,为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置型钢拱架段40m和格栅拱架段40m。测试内容有:拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力等。试验结果表明:格栅拱架比型钢拱架的沉降略大,水平收敛基本相等;格栅拱架比型钢拱架应力小,且应力分布相对均匀;土压力普遍很小,但格栅拱架土压力更小些;隧道掘进四榀钢架(3.2m)后,钢架沉降达总沉降的26%左右,最大应力达总应力的33%左右。经综合分析认为型钢拱架及格栅拱架均能适用于IV级黏质老黄土隧道,但格栅拱架更具优越性。     

早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究

以在建的成都-兰州铁路杨家坪隧道为工程依托,选取条件基本相同的30m典型围岩区段为试验段,对普通锚杆、早强锚杆支护时的洞周位移、围岩与初支接触压力、型钢拱架应力及其锚杆轴力进行实测对比分析,探讨了早强锚杆在高地应力陡倾层状软岩隧道中的作用机制。结果表明：高应力软岩隧道中锚杆轴力为拉力,早强锚杆比普通锚杆轴力更大,可以使隧道洞周位移减小40%|早强锚杆使隧道边墙围岩压力和钢架拱顶应力减小,围岩压力分布和钢架受力趋于均匀|早强锚杆通过注浆材料深入围岩,可以提高围岩层面强度|及时发挥锚固作用,抑制了围岩渐进破坏过程,从而减小围岩塑性区|加长了锚杆的拉拔长度,减小围岩与初支接触压力,改善隧道支护的受力状况,有效地控制隧道变形。     

大断面黄土隧道锚杆作用机理的离心试验研究

为研究大断面黄土隧道锚杆的作用机理,取西北地区现场Q3砂质黄土,根据黄土隧道离心试验基本原理,取相似比g值为80,并采用有机玻璃等相似材料模拟隧道初支结构。分别设置无锚杆、3.5m锚杆、6m锚杆、8m锚杆离心模型对比试验进行研究,结果表明,在初支封闭和系统锚杆施作之后的阶段中,系统锚杆长度从0m增加到8m时,地层和初支变形减小比例有所增加,拱顶沉降可减小11.67%,拱脚沉降可减小14.48%,地表沉降可减小7.12%,周边收敛可减小17.73%。但由于系统锚杆的施作会引起初支封闭时间由7d增加至10d,增加42.9%,且隧道拱顶沉降增加24.2%。所以,系统锚杆总体作用效果不明显,长度增加至8m,拱顶沉降仍会增加12.55%,初支封闭时间增加42.9%。在大断面黄土隧道中,系统锚杆对隧道变形的控制效果不明显,增加锚杆长度效果仍不明显,建议取消系统锚杆。     

膏溶角砾岩隧道支护体系力学特性试验研究

 开展膏溶角砾岩隧道支护体系现场试验,研究无水段、高含水量段初期支护锚杆轴力、围岩压力、钢拱架应力及洞周位移、二次衬砌接触压力和钢筋应力。分析表明：高含水量比无水段初期支护受力增大约50%,而二次衬砌受力增长约30%;无水试验段拱腰锚杆主要受压,建议取消拱部系统锚杆,只打设拱部锁脚锚杆,及早封闭成环;高含水量段锚杆主要受拉,发挥拉拔力支护效果,建议锚杆参数不变;初期支护钢拱架架设能够立即承载,发挥支护作用明显。研究成果可为膏溶角砾岩地层隧道及类似工程的修建提供参考。     

高地应力软岩隧道中型钢与格栅支护适应性现场对比试验研究

结合正在修建的兰新铁路第二双线LXS-7标存在极高地应力的大梁隧道,系统开展型钢钢架与格栅钢架在高地应力软岩隧道支护中适应性的现场对比试验研究。现场设置型钢钢架支护段与格栅钢架支护段各20 m,通过现场试验及三维数值仿真模拟,对施工过程中的围岩位移、初支钢架应力、围岩-初期支护接触压力进行对比分析,结果表明：(1)在高地应力软岩隧道支护中,型钢钢架对沉降及水平位移的约束作用较强,但支护后期变形呈现台阶式增长趋势,支护设立2个月后仍无明显收敛趋势。相应地,支护结构承受了较大的围岩压力,试验断面围岩-初期支护接触压力最大值为336 kPa,钢架应力较大;二衬施作后围岩变形仍在增加,对二衬结构会有一定影响。(2)格栅钢架属于柔性支护,初期支护设立一周后拱顶累计变形达350 mm,可较好地释放高地应力区围岩应力与变形,但支护内力及变形急剧增加无法收敛。(3)为更好地控制围岩变形,在格栅支护设立一周后增设工字钢套拱作为后期刚性支护,围岩变形曲线呈现明显收敛趋势,洞室变形稳定至446 mm。断面围岩-初期支护接触压力实测最大值为190 kPa,有效地控制支护的变形与格栅应力。(4)试验表明,现场采用“先柔后刚”的支护原则,即先架立格栅后加设套拱对高地应力软岩隧道进行支护,可有效控制软岩大变形及支护内力,结构合理。经济性分析也表明,此支护形式具有较好的经济性,是一种可适用于高地应力软岩隧道的支护结构。     

基于横向刚度理论城市隧道支护结构特性研究

以实际隧道工程为工程研究背景,从隧道支护结构的横向刚度安全稳定性理论出发,研究隧道穿越复杂地质条件的浅埋偏压段软弱围岩的典型断面的安全稳定性。以有限元数值模拟为研究手段,通过对特定的开挖工法下锚杆的力学特性进行研究,对比施作锚杆和无锚杆支护时拱顶和拱腰部位的位移和锚杆的应力,得到锚杆的力学特性变化规律和在围岩中的受力效果、围岩体在锚杆支护后的应力变化规律和锚杆的轴力变化规律,对隧道的安全稳定性作出分析。理论研究结果对工程的后续施工有一定的指导意义,达到降低成本节约造价的效果。     

大断面软弱地层隧道施工围岩变形试验及预测

针对大断面碳化泥质板岩隧道在施工过程中极易发生塌方、拱架扭曲变形以及频繁换拱的特点,在小盘岭隧道进出口段选择多个监测断面作为试验段进行现场试验研究。分别对净空收敛变形、拱顶下沉、围岩压力、锚杆轴力、喷射混凝土应变、钢拱架支撑应力、二次衬砌混凝土应变、二次衬砌背部围岩压力进行测试。研究结果表明,隧道持续变形一般到48 d才能稳定,并且累计变形量很大,拱顶沉降最大能达到334 mm,累计收敛值最大能到318 mm。在控制围岩变形方面,对支护参数的监测发现:采取0.5 m的开挖步距,采取I20钢支撑,以及采取隧道衬砌背后的径向注浆,能有效的降低围岩变形及衬砌结构的受力。同时利用BP神经网络方法,能够比较准确的预测隧道围岩在施工过程中的拱顶沉降及围岩收敛,对隧道的开挖具有较大的指导作用。     

水下浅埋暗挖软岩隧道拱部系统锚杆功效

软岩隧道常常在拱部设置系统锚杆,但对于地质条件和支护方式不同的软岩隧道,拱部系统锚杆的功效不尽相同,目前还很少研究水下浅埋暗挖软岩交通隧道中拱部系统锚杆的功效。以长沙浏阳河公路隧道段施工为对象,综合运用理论分析、数值模拟和现场测试等手段,对浏阳河隧道拱部系统锚杆在暗挖法施工时的锚杆轴力、初衬内力、开挖安全系数以及地下水渗流软化围岩对锚杆功效的影响进行系统研究。结果表明:在浏阳河隧道所处的地质环境中,采用台阶法暗挖施工时,拱部系统锚杆所起的作用较小,其功效不能有效发挥,建议在上台阶型钢拱架拱脚处设置锁脚锚杆,取消拱部系统锚杆。该成果已成功地应用于浏阳河隧道施工中,缩短了施工周期,降低了工程造价。     

黄土公路隧道浅埋段管棚注浆支护机理及监测分析

为了探讨管棚注浆法在黄土公路隧道浅埋段中的支护机理和实际应用效果,对某黄土公路隧道右线出口段进行了地表沉降、拱顶下沉和水平收敛等的施工监测;在对现场监测数据进行分析的基础上,得出黄土公路隧道洞口浅埋段在管棚支护作用下拱顶下沉、水平收敛、地表沉降等的变化规律。研究结果表明:管棚注浆法能够显著抑制浅埋黄土地层的变形和拱顶下沉,减少隧道初始支护结构的变形和受力,避免浅埋黄土地层开挖中塌方现象的产生,保证了施工安全,为进一步分析黄土地区管棚注浆法的支护机理提供了参考依据,同时也为今后西北地区黄土公路隧道管棚注浆法的设计和施工提供了优化数据。     

城市环境下TBM施工对围岩稳定性影响的监测分析及支护参数优化

 重庆市轨道交通六号线一期五里店站-山羊沟水库节点工程是TBM首次应用于城市轨道交通的试验段工程,为研究施工期间隧道围岩的稳定情况,进行大量的现场监控量测。基于现场监测数据,研究拱顶沉降、围岩深部位移、锚杆轴力、钢拱架内力及围岩接触应力的分布特性及变化规律,并通过数值模拟进行支护参数优化,为隧道后续施工及设计方案优化提供依据,也可为TBM在类似城市环境中的应用提供参考。     

浅埋大断面黄土隧道初期支护安全性分析

以大西客运专线忻州隧道三七微台阶法开挖为工程背景,采用FLAC^3D模拟分析施工过程中初期支护结构的受力特性,并与锚杆轴力和喷射混凝土应力的现场测试结果进行对比分析,最后结合型钢混凝土截面受力计算方法,评价型钢混凝土初期支护结构的安全性。研究结果表明:①型钢混凝土主要承受压应力,且沿隧道中线呈轴对称分布,最大压应力出现在拱腰位置,而拱脚处局部承受拉应力,为施工中的薄弱部位,喷射混凝土应力实测值相对计算值偏小,但分布规律与计算值吻合性较好;②隧道系统锚杆主要承受拉力作用,最大拉力在锚杆1 m位置,沿隧道轮廓从拱顶到拱脚递减,且计算值略大于实测值,两者分布规律一致;③型钢混凝土结构安全系数从隧道拱顶到拱脚依次递增,且同一部位轴力安全系数小于弯矩安全系数,轴力安全系数最小值为3.86,满足规范要求,可适当增大钢拱架支护间距或减小喷射混凝土强度。     

连拱隧道施工监控量测技术研究

结合铜黄高速汤屯段下杨干隧道的具体情况,详细介绍了连拱隧道的现场监控量测情况,并根据监测结果,在围岩大变形地段以及附近区域选择较为典型的拱顶下沉、水平收敛断面,以及在发生围岩大变形地段增设的8个选测断面,对下杨干隧道由小塌方所引起的围岩大变形情况加以分析,揭示了此种条件下围岩变形与支护结构受力的特点以及大变形对附近地段围岩的影响情况,并提出相应的治理措施,有效地指导了隧道施工的进行,保证隧道施工的安全.