隧道围岩–初支系统灰色突变失稳预测模型研究

为了预测风化岩质隧道围岩–初支系统的失稳险情,结合具体工程实践,采用系统工程科学理论和非线性科学的灰色尖点突变理论,根据系统协调性变化趋势判断其稳定性的原理,对围岩–初支系统的拱顶沉降和洞周边墙变形收敛值的现场监测数据进行平滑处理和一次累加生成变换,进行围岩–初支系统的拱顶沉降与洞周边墙的变形收敛值之比与距初支时间的多项式回归拟合,建立一个围岩–初支系统的灰色尖点突变失稳预测模型,对围岩–初支系统的失稳时间进行预测。研究结果表明：可通过建立围岩–初支系统的灰色突变失稳预测模型分析系统协调性的发展趋势,判断其稳定性;获得围岩–初支系统失稳的临界时间和系统失稳的前后时间差,准确地对围岩–初支系统失稳过程(包括临界状态)进行预警预报。     

对"隧道围岩-初支系统灰色突变失稳预测模型研究"的讨论

贵刊2008年第6期刊登了题为"隧道围岩-初支系统灰色突变失稳预测模型研究"的文章[1](以下简称原文),原文对围岩-初支系统的拱顶沉降和洞周边墙变形收敛值的现场监测数据进行了平滑处理和一次累加生成变换,进行了和之比和距初支时间的多项式回归拟合,有一定实用意义,进而利用回归曲线建立灰色尖点突变模型,来对围岩-初支系统的失稳时间进行预测.     

隧道不同开挖方式初期支护极限位移值

初期支护极限位移值是隧道开挖支护过程中围岩应力状态变化的重要的反馈信息,是判断隧道围岩稳定性状况的直接依据。为了计算极限位移值,采用Hoek-Brown屈服准则,运用尖点突变特征值作为极限状态的判据,依据JTG/T D71—2004《公路隧道交通工程设计规范》和工程经验选取断面形式、支护方式以及材料参数,运用FLAC3D分别确定正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等4种开挖方式在不同埋深、围岩级别和支护参数影响下,拱顶、拱腰和拱脚的极限位移值。通过对计算结果的统计分析,可知环形开挖预留核心土法可有效控制拱脚的变形,而双侧壁导坑法则能很好地限制拱顶沉降值与拱腰的收敛值,并确定了掌子面变形的主要区域。同时提出应明确洞周变形控制点,细化埋深范围,依据不同的开挖方式划定不同的位移允许范围。     

山岭隧道洞口段围岩变形特征分析

为了研究山岭隧道洞口段围岩变形特征,以贵州省晴隆-兴义高速公路登攀隧道为工程依托,对洞口段围岩变形展开研究,通过对现场围岩变形进行监测和数据处理,分析了山岭隧道洞口段围岩变形的时间与空间效应,进而对山岭隧道洞口段围岩变形时间特征和空间特征展开研究。研究结果表明:隧道开挖引起围岩变形具有明显的时间效应和空间效应,监测断面围岩变形在开挖后历经8 d和27 m～30 m后稳定;山岭隧道洞口段围岩变形具有明显的空间特征,周边收敛值在时间轴上规律性较差,但累计变形量较小,对隧道围岩稳定性影响有限;洞口段拱顶沉降与地表沉降时间历程曲线有明显的规律,但累计变形量、分布特征与围岩本身属性紧密相关,地域差异性较大。     

导洞超前开挖施工性态空间效应分析

围岩变形机制及稳定性控制是隧道施工过程中关键技术之一。针对导洞超前开挖施工性态空间效应,采用有限差分软件FLAC3D模拟分析隧道施工过程中围岩变形规律,并与全断面法、上下台阶法作对比分析。研究表明:导洞超前开挖施工引起的水平收敛、拱顶沉降位移变化速率最小,开挖形成临空面之后产生的水平收敛和拱顶沉降值最小,有利于隧道围岩的稳定;水平收敛值随隧道埋深、侧压力系数的增大呈线性增大;拱顶沉降值随埋深的增大呈线性增大,随侧压力系数的增大呈非线性增大趋势;隧道埋深越大,水平收敛、拱顶沉降先行位移占总位移比例越大;侧压力系数越大,水平收敛先行位移所占比例越大,而拱顶沉降先行位移所占比例越小。结合宜巴(宜昌至巴东)高速公路石门垭隧道施工现场监测数据,验证所得结论的可靠性,可为同类工程借鉴,具有一定的科学意义和工程实用价值。     

多洞小净距隧道浅埋段围岩变形特征

为研究多洞小净距隧道浅埋段围岩变形特征,以某双向十车道高速公路四洞小净距隧道工程为依托,在洞口浅埋段选取研究截面,分析隧道拱顶下沉及净空收敛的发展趋势;选用指数函数对变形发展随时间变化的曲线进行拟合,相关系数较高,曲线能很好地预测围岩变形趋势及稳定时的变形量;经分析,后洞开始掘进后约7 d内,前洞变形发展受到抑制,甚至出现短暂回弹,将抑制或回弹段曲线截取进行再次拟合,预测稳定变形量减小,但相关系数增大,提示小净距隧道浅埋段施工时,后洞掘进能在短时间内抑制前洞变形发展,但在长时间上削弱了围岩稳定性,使稳定时的变形增大.     

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。     

激光监测技术在隧道施工中的研究与应用

在隧道施工中,通过监控量测尤其是围岩周边收敛及拱顶沉降的监测,可及时了解围岩的变形情况,从而有效地判断围岩的稳定性,对选取合理的隧道支护方式和改变施工方法有着重要的指导作用。为了能快速、实时地了解隧道围岩变化量,提出了一种运用激光位移传感器来实时监测隧道进行拱顶沉降和净空收敛的方法。     

隧道层状围岩失稳的弹性倾斜梁突变模型

应用突变理论,建立了弹性倾斜梁尖点突变失稳模型,在考虑围岩倾角的情况下,分析了围岩的失稳机制,导出了围岩失稳的充要力学条件,得出了层状围岩失稳的力学判据。     

大断面黄土隧道变形控制技术及支护受力特征

本文以宝兰客专西坡隧道的现场施工为工程背景,通过现场设置试验断面进行试验量测,量测内容包括围岩压力、初支钢架内力、洞内拱顶沉降和周边收敛,来研究支护结构的受力规律,并分析三台阶临时仰拱法、合理选定开挖进尺、超前支护、拱脚变形控制和仰拱封闭距离控制等隧道变形控制技术的实施效果。最终得出,土压力最大值分别为536.k Pa和267.1k Pa,分别在左侧仰拱和右侧拱脚达到;初支钢架内力内外侧最大值为173.99MPa和16.85MPa,分别在左侧上导、右侧下导拱脚达到;围岩压力和初支钢架内力值均控制在要求范围内。拱顶最大沉降分别为110.2mm和115.1mm,周边收敛最大值分别为3.8mm和37.1mm,均控制在要求范围内,验证了西坡隧道施工变形控制技术的实施效果。拱顶沉降和周边收敛在上导开挖阶段变形速率最快,在仰拱封闭后基本趋于稳定,建议减小上导开挖进尺及台阶长度,并采取合理施工进度安排,尽量缩短上导的封闭时间。