隧道断层破碎带受力特性与预注浆加固技术研究

为研究隧道断层破碎带的受力特性，本文通过选取某隧道断层破碎带的最不利受力试验段，分析了实际工程的受力变形规律，提出了预注浆加固措施并进行了加固效果验证，研究结果表明：根据隧道洞顶不同程度的涌水量，开挖过程中断层破碎带的受力规律具有明显分界，围岩与初支接触间压力释放较快，与拱顶下沉的比值呈现幂指数下降并逐渐趋于稳定的趋势，同一位置拱顶处的锚杆轴力与围岩位移呈现正比例线性关系。最后通过预注浆加固技术的实施及拱顶下沉监控结果发现，隧道预注浆加固技术对断层破碎带的变形具有很好的控制作用。     

富水断层破碎带隧道施工方案及参数优化研究

为解决富水断层破碎带隧道工程施工的变形和止水问题,以荼斜隧道断层破碎带F1～F3段施工为研究对象,运用了数值模拟与现场变形监测的方法,研究了不同参数设置工况下超前小导管注浆技术的加固支护效果,并对注浆加固施工方案参数进行了优化。研究表明,选取超前小导管注浆法施工方案能够起到超前预加固、超前止水和超前支护的作用,同时能在施加注浆后与钢拱架共同工作,形成稳定的受力结构;富水断层破碎带围岩范围内,拱顶沉降曲线和水平收敛曲线表现为抛物线型“下凹”;增大注浆厚度,可以有效改善隧道拱顶沉降、水平收敛;增加拱顶注浆范围,在一定程度上可以改善隧道拱顶沉降、水平收敛,但改善的幅度有限。     

软岩隧道大变形控制技术研究

随着我国西部铁路建设的不断发展,隧道建设中的软岩大变形问题逐渐增多,对铁路的工期和投资控制造成很大影响。文中依托成兰铁路柿子园隧道工程,采用理论分析和现场监测的方法,分析了隧道大变形的破坏形式和产生的原因,提出了针对性改进支护措施,并对支护效果进行对比分析。研究表明:(1)大变形受区域地应力、围岩力学性质、断层破碎带、爆破施工等因素的影响;(2)采取改进开挖方式,加强初期支护,非对称预留变形量,径向注浆加固围岩,长锚杆加固围岩,加强监控量测等措施可以有效控制软岩隧道大变形。研究结果对今后类似工程施工具有参考价值。     

水平岩层断层破碎带施工技术研究

断层及其破碎带是影响隧道正常施工的地质构造之一,尤其岩层产状为水平时,易产生塌方等灾害,加大了施工难度。在超前地质预报资料基础上,对厦蓉高速巫帮1#隧道塌方的可能性和范围进行分析,采用超前小导管加双浆液注浆的方法对破碎带进行预加固,结合监控量测掌握围岩动态变化,及时反馈于施工,实现了信息化施工。实践证明,此施工方法有效遏制了围岩变形,达到破碎带安全施工的目的。     

隧道断层破碎带超前帷幕注浆加固技术研究

山岭隧道穿越岩性复杂、节理发育的断层破碎带,为维护断层破碎带地段围岩的稳定性,降低隧道施工引起的坍塌失稳风险,常采用超前帷幕注浆对隧道断层破碎带进行加固。根据超前地质钻探探明了断层破碎带的规模,进行了注浆设计,采用数值模拟和现场实测验证了注浆加固效果。工程实践证明,超前帷幕注浆是一种维护围岩稳定、保证隧道施工安全的工程措施。     

隧道断层破碎带围岩的监测与变形控制

详细介绍了某公路隧道断层破碎带地段围岩的监控量测内容和结果,并对量测数据进行分析,针对监测结果提出了围岩变形控制的相关措施,从而达到控制围岩变形和安全通过断层破碎带的目的。     

大垭合隧道涌水破碎带灾害防治及稳定性研究

对大垭合隧道涌水破碎带进行了注浆堵水处理,通过监控量测对地质条件复杂的典型断面实时监控,实测数据表明围岩内空变形和衬砌受力都较小,使隧道在开挖过程中的安全稳定得到保障。     

浅埋破碎带隧道地表预注浆的数值分析

对浅埋偏压破碎带隧道在预注浆和不注浆两种情况进行了受力和变形两方面的性状数值模拟分析。结果分析表明,预注浆加固效果明显,采用地表预注浆技术对浅埋偏压破碎带隧道围岩进行加固来减小隧道开挖周边围岩的渗透系数并提高围岩的强度和完整度,达到安全快速通过破碎带的是可行的,对今后超前地表预注浆的实施有一定的指导和借鉴意义。     

探析地表超前预注浆技术在治理阿拉坦隧道浅埋破碎带中的应用

公路隧道常因地质地形原因要穿越浅埋破碎区,此区域隧道开挖时容易产生塌方,造成重大的安全和质量事故。文章依托鲁霍一级公路阿拉坦隧道,开展了地表注浆在破碎围岩加固中的应用研究;利用监控量测数据,对浅埋破碎带注浆和不注浆两种情况进行了详细对比,表明注浆方案合理,注浆加固效果明显;研究结果对现场超前地表预注浆的实施有指导和借鉴意义。     

某隧道横穿断层破碎带围岩稳定性评价

采用FLAC3D有限差分软件,以实际工程案例为背景,建立三维数值计算模型,研究了隧道以不同角度横穿断层破碎带时的围岩稳定性。研究结果表明,断层以不同角度横穿断层破碎带时,隧道围岩变形存在较大差异。当隧道与断层破碎带正交分布时,隧道围岩受力变形较小,稳定性好,随着隧道与断层破碎带相交角度减小,碎岩围岩变形逐渐增大。     

断层破碎带大断面巷道的安全监控与稳定性分析

断层破碎带岩性复杂,巷道压力显现规律多变。对巷道过断层破碎带的监控量测能够及时掌握断层破碎带围岩的变形与支护结构受力信息,评价各种支护所取得的效果及判断施工方案的合理性。淮南矿区顾北煤矿南翼回风大巷穿越断层破碎带,区域地质条件复杂,受构造运动影响,围岩内赋存高水平地应力,巷道处于深部大规模松软围岩内。为研究施工期和运行期巷道围岩的稳定性演化规律,对围岩表面位移、深部位移、锚杆和锚索锚固力及支架压力的变化和分布规律进行监控量测。监测结果显示:(1)由于受F92大断层的水平剪切和挤压作用,与顶拱和两肩相比,巷道两帮的水平位移较大,而锚杆受力较小,锚固作用得不到有效发挥,因此,在F92大断层附近增大了锚索和注浆的支护强度;(2)围岩表面位移和深部位移的监测结果均呈现"底臌变形大于两帮收敛大于拱顶下沉"的分布规律,显示出底板是巷道支护的薄弱环节,因而提出应用底角注浆锚管和帮脚锚杆抵抗底角应力集中区的剪切滑移,底板锚索和底板注浆增强加固底板,提高底板岩体抗剪强度的支护修改方案,底臌量得到有效控制;(3)U型钢支架压力的监测结果显示,围岩作用于U型钢支架上的压力仅为0～0.24MPa,远小于0.4MPa的支架设计承载能力,说明巷道稳定主要是依靠锚注支护来维护,而U型钢支架的作用主要是巷道施工过程中工作面的安全防护。通过对监测结果的分析,为巷道的信息化施工和设计方案的优化调整提供依据。其监测分析成果也可为类似复杂条件下巷道的开挖支护设计和施工提供参考。     

并设小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹性、弹塑性数值计算方法,对Ⅲ~Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时,研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式选取、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供参考。     

关角隧道F2–1断层破碎带支护结构优化设计

 依托关角隧道F2–1断层破碎带段,开展断层破碎带隧道支护结构优化设计研究。对采用原设计方案的支护结构位移、围岩压力、钢架应力、锚杆轴力进行现场监测,结果表明：施工工序对支护结构影响明显;钢架最大应力超过钢架强度,围岩压力分布不均匀,锚杆作用效果不明显,说明现有的施工方案无法满足施工安全要求,需要及时对其调整;经综合分析,提出提高钢架刚度、设置临时横撑、边墙小导管注浆等一系列改进措施,并采用数值计算软件FLAC3D验证其可行性。通过现场实施及监测结果的反馈,证明改进措施效果明显,研究成果可为断层破碎带隧道支护参数的确定提供理论依据和基础数据。     

地铁隧道穿越断层带围岩变形特征研究

地铁隧道在穿越断层破碎带时会面临极其复杂的工程地质条件,特别是在断层破碎带影响范围内。隧道开挖后会对地层造成扰动,断层破碎带的存在会极大地影响地应力的平衡,对隧道围岩稳定性产生重大影响。论文采用数值模拟和对照试验相结合的方法,以乌鲁木齐地铁1号线为背景对地铁隧道穿越断层破碎带的围岩变形特征进行分析,并研究断层破碎带对围岩稳定性的影响。结果表明,断层破碎会导致在断层影响带范围内的隧道围岩稳定性降低;施加支护能降低断层带对隧道围岩的影响。     

高寒地区特长隧道偏压破碎带坍塌变形处理技术研究

某高寒地区公路隧道全长6 995m,具有严寒缺氧、围岩富水破碎,且进口段位于偏压地段等施工难点。本隧道偏压破碎带采用新奥法施工。通过分析坍塌原因,制定反压回填、施作管棚、增设锁脚锚管、封闭成环、加强监控量测等坍塌处理措施,采取径向注浆、施作护拱、增强支护、加强监控量测的变形处理措施,提出采用超前地质预报、加强监控量测的坍塌变形预防措施,取得良好效果。     

隧道穿过浅埋破碎带施工技术

某公路隧道工程项目区地质条件较为复杂,隧址区有断层破碎带、落水洞及地下突水等不良地质,施工过程中极易出现围岩失稳等多种施工风险,项目组根据现场实际,结合国内外相关经验,采取了将隧道超前地质预报与红外探水、地表加固、隧道开挖施工以及隧道支护等优化调整、有机结合、系统化作业的施工技术,实践证明,采用该项施工技术后,隧道在穿过浅埋破碎带时,隧道洞身围岩变形收敛,整体稳定性明显增强。该研究提出的隧道穿过浅埋破碎带施工技术思路具有普遍性,对于类似项目施工有积极意义。     

隧道断层破碎带突水突泥安全防护技术案例分析

隧道施工过程中遭遇断层破碎带时由于断层处水系发育完整、围岩破碎、土体松散,极易发生突水突泥灾害。针对隧道断层破碎带突水突泥问题,综合评述了隧道突水突泥致灾机理及隧道突水突泥典型案例,并对案例中突水突泥灾害注浆处治技术及其工程应用进行了总结,评价了隧道断层破碎带突水突泥注浆材料及其注浆安全防护技术。结果表明：在隧道突水突泥致灾机理的相关理论中突变理论对隧道断层破碎带突水突泥灾害的解释较为合适,突变理论认为隧道断层破碎带突水突泥主要受地层岩性、地下水赋存状态及存量的影响,地层岩性中断层破碎带致灾构造是决定性因素。钻爆开挖过程中断层破碎带处开挖扰动容易引起围岩等级恶化,通常采用预注浆进行加固;预留不少于最小安全厚度的防突岩盘是防止突水突泥灾害的关键;预留适当厚度的止浆墙和淤积体的正确清除是防止隧道二次突水突泥的关键。水泥单液浆、快硬硫铝酸盐水泥单液浆、水泥-水玻璃双液浆仍然是目前常用的隧道断层破碎带突水突泥处治材料。研究结果为隧道断层破碎带突水突泥注浆安全防护提供了指导和理论依据。     

浅埋偏压隧道洞口段施工技术

针对隧道洞口段浅埋偏压且围岩破碎的情况,提出地表注浆加固方法,通过在玉(林)铁(山港)铁路竹高岭隧道的施工实践,表明地表注浆对浅埋破碎围岩加固效果明显,现场可操作性强,值得推广。     

断层破碎带隧道衬砌受力特性研究

为了分析断层破碎带隧道衬砌的受力特性，为断层破碎带隧道衬砌的设计与施工提供理论指导，结合兰州-临洮高速公路新七道梁隧道这一实际工程，开展了一系列研究工作，并得到了一些有益的结论。(1)对新七道梁隧道的施工过程进行了现场监控量测，并采用单因数优选法对监测到的洞周收敛变形进行了回归分析，模拟了洞周的变形规律，进行了信息反馈。(2)根据实测的收敛位移和拱项下沉量，采用平面应变边界元程序BMP90进行了位移反分析，得到了初始地应力侧压系数和围岩的等效弹性模量。(3)推导了围岩的弹性、弹塑性二次、三次应力状态及位移状态，得到了径向应力与切向应力随距洞周距离增加的变化规律。(4)用8节点等参元将分析范围离散化，同时用推导出的6节点曲边节理单元模拟复合式衬砌中间的防水层，采用二维弹塑性平面应变有限元法，用8个阶段模拟了隧道的实际开挖修建过程，分析了防水层的考虑与否对计算结果的影响。(5)选取包括断层破碎带和断层影响带在内的沿隧道纵向300m的计算区域，用8节点六面块体单元将计算区域离散化，同时用推导出的8节点三维节理单元模拟隧道衬砌的变形缝，采用三维弹塑性静力有限元法模拟分析新七道梁隧道各个施工阶段以及建成后围岩和衬砌的受力与变形状态。通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置一条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果，可得以下几点：①断层破碎带处的坑道变形和围岩塑性区均明显比非断层破碎带处要大；②由于断层破碎带的影响，初期支护、二次衬砌内力的增加幅度约为100％～30％；③在断层破碎带施做变形缝能够明显起到释放衬砌和围岩中变形能的作用。(6)采用子空间迭代法对有限元体系进行了振型分析，得到了有限元体系的特征值、自振周期和1～5振型的自振形式。(7)对计算区域进行了三维弹塑性八度地震区地震响应分析。通过分析比较不设置变形缝、在断层破碎带中间设置1条变形缝、在断层破碎带起止处设置2条变形缝等3种工况的计算结果，可得以下几点：①在地震作用下，初期支护和二次衬砌的强度检算均为受拉控制；②在断层破碎带附近，地震响应呈明显的放大趋势；③在断层破碎带或围岩变化处，隧道衬砌宜设置变形缝，这样能够有效降低隧道衬砌的内力；④从内力的计算结果来看，在地震作用下衬砌中的内力基本上按50m的间距周期变化，所以为了达到减震的目的，变形缝的间距宜设置为50m：⑤在隧道的抗震设计规范中，规定抗震设防段只包括洞口段、浅埋段和偏压段，但是通过本文的研究可以看出，这一规定是值得商榷的，至少还应包括断层破碎带段。     

超前地质预报与监控量测在隧道中的综合应用

文章基于某隧道工程破碎围岩段的发现、处理及监测分析,提出:长距离与短距离超前地质预报应相结合,多种方法互相验证,可以提高地质超前预报的准确性;能有效改善隧道破碎围岩注浆后围岩的稳定性;监控量测能对围岩稳定性进行定量分析,超前地质预报与监控量测相结合并与隧道施工形成动态反馈机制,为信息化设计和施工提供可靠依据。