深埋隧道围岩形变压力计算方法研究

通过大量的深埋隧道围岩形变压力现场实测数据,采用数理统计方法,分析了围岩级别、隧道跨度、隧道埋深对围岩形变压力的影响及其变化规律。通过多元非线性回归分析方法,推导建立了竖向形变压力计算公式。通过分析可知,形变压力约为《铁路隧道设计规范》计算荷载的84%～92%,且围岩级别越高两者比值越小。形变压力侧压力系数近似服从正态分布,与《铁路隧道设计规范》中侧压力系数相比,各围岩条件下侧压力系数均有一定的增大。研究成果对我国隧道及地下工程支护结构设计具有一定的参考指导作用。     

涌水大跨分岔式隧道施工关键技术研究

以阳安二线直通线包湾村隧道工程为背景,介绍了一套完整的分岔大跨隧道施工技术,对开挖方法确定、分岔段及渐变段施工等关键控制技术进行了详细阐述.通过对加宽断面处数值模拟,分析了加宽断面开挖时的隧道围岩变形、衬砌结构应力分布.实践表明:断面加宽处面积突然增大,施工对围岩的扰动区域增大,应力释放过程加快,释放的围岩压力增加,导...     

高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

 为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出：初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。     

卸荷作用对超大断面隧道围岩压力的影响

在超大断面隧道分步开挖过程中,围岩应力发生动态变化,每一步开挖对岩体的影响都不同。根据岩体卸荷力学理论,在隧道施工中围岩不同卸荷带和质量劣化程度不断变化,结合贵阳市地铁2号线观水路站超大断面暗挖车站的双侧壁导坑法施工,通过数值模拟与理论分析方法,研究卸荷作用对超大断面暗挖隧道各导洞压力拱深度的影响。引入卸荷作用影响系数,对现有的隧道过程荷载计算方法进行改进,并与现有隧道过程荷载计算方法、传统公路隧道设计规范推荐计算法进行对比分析。将改进的隧道过程荷载计算方法分析结果同观水路站超大断面暗挖车站基于现场位移监测数据围岩压力反分析计算结果进行对比分析,改进后的隧道过程荷载计算值与现场监测结果基本一致,表明改进后的计算方法有较高的准确度。     

卵砾石层浅埋公路隧道支护方案的优化研究

某公路隧道位于特殊残坡积卵砾石层斜坡之中,是一典型的大跨浅埋扁平公路隧道,其支护结构和施工方案的设计直接影响到隧道的安全性和经济性.采用弹塑性非线性有限元模拟分析了该隧道的开挖和支护全过程.引入释放系数模拟开挖围岩应力释放时空效应,以最能直观反映开挖围岩松动变形情况的拱顶下沉量为主要控制目标,对初期支护的施作时机进行优化研究,利用得到的最优施作时机进行初支厚度的优化分析,并对二衬设计的合理性进行评价.提出卵砾石层斜坡中浅埋大跨扁平公路隧道支护设计和施工的优化方案.采用的考虑开挖过程的系统优化方法和研究成果可以为类似地质条件下隧道工程的设计与施工提供参考意见.     

基于隧道断面相对变形率判定围岩稳定性的研究

目前常用的判定围岩稳定性手段主要是监测隧道特征点或测线位移,但这种监测方法评价围岩稳定性存在诸多弊端。为此,本文从应变能角度对隧道围岩系统势函数进行理论分析。首先推导了围岩4个分区的应力、应变及位移表达式,进而分析各个分区的应变能,据此建立了隧道围岩系统势函数,并根据软岩破坏时的全应力应变曲线特征,确立隧道围岩系统势函数尖点突变模型,提出了定量评价围岩稳定性的理论依据。利用数值模拟手段,分析了不同荷载释放系数下隧道围岩特征点或测线位移、隧道围岩系统势能、隧道断面相对变形率3类指标变化规律。根据尖点突变模型,利用3类指标对围岩稳定性做出定量评价,并对3类指标下围岩破坏时的荷载释放系数进行对比分析,探讨了利用断面面积相对变形率指标判定围岩稳定性的可靠性。     

超大断面隧道开挖围岩荷载释放过程的模型试验研究

以兰渝铁路两水隧道为工程背景,进行超大断面铁路隧道开挖支护的大比尺三维地质力学模型试验,对开挖过程中的围岩荷载释放过程进行研究。根据工程现场地质情况研制满足相似要求的新型模型试验相似材料,经室内试验验证,该相似材料与原岩材料的力学性质有很好的相似性,满足试验要求。结合现场实际工况在模型试验不同区段采用不同的开挖支护工法,首先研究全断面及台阶法开挖情况下的围岩荷载释放过程,通过试验数据的分析,揭示不同开挖工法隧道围岩荷载释放全过程的特点和差异。相同开挖工法下,同一断面上不同位置的荷载释放过程存在很大差异;同样,不同开挖工法条件下同一位置的围岩荷载释放过程也不尽相同。其次,掌子面前方围岩受开挖影响会在局部发生先行荷载集中,先行荷载集中程度与开挖工法和断面形式有很大关系,开挖面前方荷载集中程度过高会加剧掌子面围岩的挤出效应,不利于围岩的稳定。最后,通过有无支护开挖情况下围岩荷载释放过程的对比,说明施作支护能够有效缓解开挖过程中的掌子面先行荷载集中现象,减少荷载释放总量,优化隧道围岩荷载释放过程。     

高水压山岭隧道衬砌水压力分布规律研究

博士学位论文摘要：随着国内铁路路网的完善和发展，需要修建大量深埋长大山岭隧道，在高水压岩溶区修建隧道，这在国内外都是个技术难题，尤其在当今对环保要求较高的条件下，必须改变以往“以排为主、排堵结合”的治水方案，采取“以堵为主、限量排放”的治水方案，在这种背景下，不可避免地遇到高水压问题。因此，研究深埋高地下水位铁路隧道围岩、注浆圈、衬砌背后水荷载的分布规律和高水压的存在对隧道围岩稳定和结构受力的影响具有突出的工程实践应用价值。这些问题已成为当前地下工程（特别是深埋山岭隧道）设计、施工、运营中很关键且无法回避的问题，已经引起各国有识之士的极大关注，是隧道工程研究的前沿和热点问题之一。本文以在建的渝怀线圆梁山深埋特长铁路隧道为工程背景对上述问题进行系统研究。 研究内容与方法如下：（1）在对水工隧道水压力折减系数综合分析的基础上，考虑铁路隧道与水工隧道结构、防排水型式的不同，提出了水压力作用系数的概念。采用室内三维模型试验方法研究均质围岩、裂隙围岩中隧道修建过程中水压力分布变化规律，重点分析衬砌背后和注浆圈外表面水压力及其水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌的渗透系数、厚度和隧道控制排水量的关系。（2）采用理论分析方法，推导均质围岩中针对铁路隧道防排水型式下注浆圈外表面、衬砌背后水压力理论解析公式，分析衬砌背后水压力与各量之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究，采用等效连续介质模型用数值方法分析隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上水压力分布规律及其作用系数进行分析。（3）以圆梁山隧道地质勘测报告为基础，通过分析得出圆梁山隧道的水文地质结构模型、地下水流系统模型、地下水动力模型：特别是对深孔压水和抽水试验成果进行详细分析，得出隧道附近围岩的渗透系数和渗透系数张量，为数值分析和三维室内模型试验围岩渗透系数的取值提供依据；进一步概括得出圆梁山隧道的地下水流数学模型，并将模型试验、理论计算公式、渗流场等效连续介质数值模拟分析得到的水压力分布规律应用于该工程实际。（4）采用数值分析方法研究单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力，并结合圆梁山隧道工程对5种不同形状断面进行优化分析。（5）在水压力分布规律研究的基础上，采用数值分析方法分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道围岩的稳定性和结构受力特征。 主要研究成果如下：（1）提出水压力作用系数的概念，并采用室内模型试验、理论公式推导、数值分析等方法研究得出注浆圈外表面、衬砌背后水压力分布规律，确定作用在衬砌上水压力荷载的大小；得出水压力作用系数与围岩、注浆圈、衬砌渗透系数、厚度及隧道控制排水量的关系。（2）针对圆梁山隧道工程，给出水压力分布规律模型试验和数值分析结果的工程应用。（3）得出单线铁路隧道标准衬砌断面形式承受水压力的能力值为0．40MPa，经对断面形状进行优化分析得到承受高水压的合理断面形式为蛋形断面或圆形断面，当水压力超过1．5MPa时，采用圆形断面为宜。（4）分析水压力在衬砌上均匀分布、不均匀分布、局部突水时隧道的位移、塑性区、衬砌内力大小和分布特点，运用结构力学上弯矩影响线理论，在突水位置不确定的情况下，提出采用弯矩包络图确定衬砌结构上最大弯矩的方法。     

新龙隧道大变形成因分析

文章根据新龙隧道的施工记录及隧道大变形断面实测记录,从地质条件及施工原因两方面对新龙隧道大变形的成因进行了探讨。研究表明新龙隧道产生大变形的原因是由于隧道塌方产生后,未能采取科学合理的方法对其进行处置,围岩发生渐进性破坏,围岩松动圈增大,围岩松动压力及形变压力增大,支护结构因承受过大的荷载而产生大变形。     

岩溶隧道带压溶腔对围岩稳定性影响分析

以某3车道大断面公路隧道工程为对象,采用有限元软件FLAC3D数值模拟施工中掌子面前方遇到带压溶腔的情况,计算隧道开挖至安全距离时,掌子面前方溶腔水压力变化对隧道围岩稳定的影响分析。计算结果表明:溶腔压力变化会造成掌子面位移的变化,从而释放周围应力;掌子面位移的变化情况是影响围岩压力及围岩应变的主要因素,而溶腔压力自身的大小为次要因素。