关山特长隧道高地应力下硬岩大变形规律研究

高地应力下隧道的围岩变形是岩体力学的关键问题之一,甘肃关山隧道埋深较大,在穿越高地应力区域时极易出现围岩失稳、塌方及支护结构大变形等现象。选取隧道典型试验段,通过数值计算及数据监测,对其大变形规律和防控技术进行了研究,进而得到了隧道围岩的变形和应力分布规律。根据分析结果,建议隧道衬砌施工时采用柔性支护的理念进行设计,优化边墙曲率,加大预留变形量,采取径向注浆加固及降低扰动。实践表明,一系列防控措施有效控制了围岩变形,降低了隧道施工风险,可为以后类似工程的设计和施工提供实践借鉴。     

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。     

大型地下硐室群施工期围岩应力变形及稳定分析

猴子岩水电站地下厂房硐室群工程地质条件复杂,岩体节理裂隙发育、受多条断层和挤压破碎带影响,加之布置于中-高地应力区域,施工过程中硐室围岩的变形和破坏较为明显,为确保工程施工安全,须对整个硐室群施工期的应力变形及稳定进行分析。结合相关设计参数和开挖支护实施方案,建立了猴子岩地下厂房硐室群的三维有限差分计算模型,并对其地应力场分布进行了反演,在此基础上对硐室群整个施工过程进行了全程模拟。计算结果表明:随着硐室开挖临空面的扩大,上下游边墙应力松弛现象较为明显,在断层出露带、机坑隔墙底部出现了不同程度的应力集中;开挖过程中围岩位移逐渐增大,在硐室连接处出现了大变形。设计支护方案实施后可以较好地限制围岩变形,减小塑性区面积,工程实践说明该方案较为合理。     

将军沟右线隧道变形侵限段处理方案探讨

将军沟隧道是我国在建的穿越天山风景区的第一座高寒地区小曲率半径隧道,隧道右线隧道在YK582+461~+400段出现挤压大变形,导致初次支护变形60 cm,造成隧道支护侵限。以将军沟隧道变形侵限段为工程背景,深入分析了隧道变形侵限机理。在分析变形侵限基础上,详细介绍了隧道该段处理变形侵限的临时支护形式、加强支护手段和隧道该段塌方变形段的开挖方案。通过以上技术方案的实施,隧道顺利完成了侵限段的处理,论文介绍了将军沟隧道侵限段的处理技术,对同类隧道的施工有积极的指导意义和借鉴意义。     

深埋长隧洞软岩工程地质特性及变形预测研究

滇中引水工程香炉山深埋长隧洞穿越软岩（含断层破碎带）时,在高地应力和富水条件下易产生围岩大变形,变形量可达数十厘米到数米,如不及时支护或支护不当,不但给工程建设带来极大困难,而且整治费用高昂,同时会严重影响工期、延滞总体工程进度。根据软岩工程地质特性、软岩大变形分析评价方法、数值模拟结果对香炉山深埋长隧洞进行了软岩挤压大变形分析预测,提出了处理措施建议,避免了软岩大变形可能造成的危害。研究成果可为类似深埋长隧洞工程提供一定的借鉴。     

大变形隧洞支护现状与新型让压支护发展与展望

随着我国各项基础设施建设的发展，穿越高地应力区且工程地质环境恶劣的深埋长大隧洞工程不断涌现，高地应力、软岩条件下隧洞大变形问题日益凸显，并危及工程安全。对国内外大变形隧洞支护方式进行了系统调研。调研结果显示，目前对交通、水电水利等行业的隧道大变形问题的处理，均是以强支护或分层强支护为主的方案进行的，不仅造成材料的极大浪费，而且大变形造成的危害并未有效消除。而煤矿行业在处理大变形问题时成功采用了一种让压支护方案，通过对两种不同支护方式的对比分析，认为让压支护体系克服了目前交通、水电水利等行业中支护体系的缺陷，具有良好的应用前景。     

输水隧洞严重挤压变形段让压支护体系关键设计参数研究

软岩地层输水隧洞施工过程中,大变形问题极为突出,会严重影响施工安全和进展。文章以观音阁输水工程为例,利用FLAC3D模型数值对软岩严重挤压变形段的最佳让压支护参数进行研究,根据研究结果,建议让压点和起始让压量选择10cm+10cm。     

溪洛渡大断面水工隧洞开挖支护方案与数值模拟分析

介绍了溪洛渡水电站大断面导流洞开挖支护施工方案,并结合导流洞围岩物理力学参数、支护参数,利用FLAC-3D有限差分分析软件对各开挖支护过程位移进行了数值模拟,得出了隧道位移变形、各种应力云图以及相关的等值线等重要工程信息。其结论可使工程建设更加安全、经济、合理。     

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。     

基于尖点突变理论和MF-DFA法的隧道大变形监测

高地应力软岩隧道发生大变形具有必然性,严重影响施工安全,对其稳定性进行评价并判断变形趋势可为工程施工提供一定的参考,具有很强的现实意义。以成兰铁路松潘隧道为例,利用尖点突变理论和多重分形去趋势波动分析法(MF-DFA)构建了高地应力软岩隧道大变形的稳定性及变形趋势判断模型,并进行变形预测。结果表明:尖点突变理论能有效评价隧道大变形的稳定性;松潘隧道目前处于稳定状态,但不同阶段的稳定性具有差异,且隧道稳定性不仅与累计变形量相关,也与变形曲线的增长过程相关;同时,MF-DFA分析得出隧道大变形具有多重分形特征,且具正向增长趋势,但趋势性较小。该方法为隧道大变形规律研究提供了一种新的思路,可为工程设计施工人员提供参考。     

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。     

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。     

长大深埋水工隧洞设计关键技术研究与实践

在分析我国长大深埋隧洞发展历程及研究现状的基础上,阐述了长大深埋隧洞工程遇到的主要工程地质问题,并结合多年积累的调水工程设计、施工、管理等经验,总结已完工及在建的高埋深长隧洞遇到的实际情况,针对突涌水、突泥和涌砂、岩爆、围岩大变形、高地温、高地应力、高外水等多种极为复杂的工程地质问题进行了分析和探讨。结果表明:在长大深埋隧洞设计前期,结合工程主要地质问题进行TBM设备选型至关重要;设计及施工过程中采用数值模拟、试验研究、超前地质预报、现场监测等手段,对高外水、软岩大变形、岩爆、高地温等不良地质洞段进行分析研究并动态调整设计;不良地质条件掘进易采用三低(低推力、低转速、低贯入度)、一快(快速掘进)、一连续(掘进)、宁慢勿停的掘进原则,可以避免国内外类似工程灾难性的后果发生。     

高地应力条件下隧道TBM施工岩爆分析

高应力条件下,地下工程在脆性岩体中施工很容易导致岩爆的发生。以N-J水电站大埋深引水隧洞为研究对象,首先采用应力解除法进行现场地应力测试,发现引水隧洞的地应力以构造应力为主,最大主应力达到了107 MPa,较高的地应力水平是导致现场岩爆发生的主要原因。为进一步分析引水隧洞岩爆规律,将地应力场转换至隧道局部坐标,在考虑地应力场剪应力影响的情况下,采用能量判据,通过数值方法计算得到了岩爆的分布范围。     

斜坡下浅埋偏压隧道地层响应的解析解答

针对斜坡下浅埋偏压隧道的开挖问题,考虑重力梯度作用,根据有限元模拟结果对现有解析偏压初始应力场进行修正,通过理论推导给出隧道开挖引发的地层响应解析解。求解采用复变函数法和Laurent级数解法,采用两种荷载释放方式建立隧道开挖边界的应力边界条件。结合地表边界条件求解得到完整的复位势表达,进而得到全域开挖增量应力和位移的理论解答。考虑到实际工程中隧道边界不存在不平衡力影响,采用洞心释放的理论解答分析了斜坡角度对隧道开挖后的地表位移和洞周应力、位移的影响。结果表明:随斜坡角度增大,偏压影响更加显著,地表位移整体向浅埋侧移动,浅埋侧隆起现象越加明显,地表最大沉降量减小,沉降槽整体向深埋侧移动。环向全应力在90°和270°区域出现拉应力极值,并随偏压角度增加向顺时针方向移动。研究成果对浅埋偏压隧道的初步设计具有参考价值。     

单舱及多舱六边形管廊结构的受力性能研究

为了解决矩形管廊受力性能较差、圆形隧道空间利用率较低的问题，根据自然界中蜂巢结构的优良特性，提出了一种新型的六边形管廊形式，并通过有限元对六边形管廊及其组合结构的受力变 形特性进行了深入研究。通过对比分析发现，六边形单舱及多舱管廊的受力及变形显著优于矩形管廊，且随深度及尺寸增加优势更加明显，弯矩和变形最大分别可减小 34%和 60%; 而在功能性方面，六边形管廊与矩形管廊接近，优于圆形隧道形式，空间利用率较好，便于多舱灵活组合。与已有双舱和四舱工程案例对比，六边形管廊的受力与变形性能均较好，且混凝土材料用量比矩形结构减小 4%～ 9. 8%。六边形单舱与多舱管廊结构在角点处容易发生应力集中，尤其是每个六边形的左右两侧角点位置内力较大，针对此受力特性，提出在两侧角部加腋的方式提高其受力性能，该优化方式对其有效利用空间的影响也较小。     

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。