山区隧道垭口段围岩稳定性研究

山区高速公路长大隧道往往要穿越多个垭口。垭口地区隧道常常埋深较浅,地质条件复杂,地下水发育,因此隧道施工中容易发生塌方事故。建设中的十漫高速公路,地处两郧断裂带穿越地区。本文结合其最长的隧道———二道垭隧道施工中的塌方事故,分析了垭口不良地质条件对隧道围岩稳定性的影响,介绍了治理垭口地段隧道塌方的具体措施,提出了做好地质超前预报、防止垭口地段隧道塌方的建议。本文工作不仅对该隧道其他垭口处的施工有指导意义,同时也可为其他山区长大隧道的建设提供参考。     

铁路隧道围岩分级细化研究及应用

对Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ各级的软弱围岩,沿用相关规范计算所得的隧道围岩荷载,因级别不同,其荷载量值的差异往往过大。在现行公路隧道岩质围岩亚级分级方法的基础上,建立了新的围岩亚级分级与铁路隧道所采用的弹性纵波速度细化之间的关系,从而避免了铁路隧道不同围岩分级时其弹性纵波速度交叉重叠的现象。对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级岩质围岩,在本项研究中,对铁路隧道按照围岩弹性纵波速度Vp作了更进一步细化,并用以作为围岩初期支护设计压力的计算,避免相邻分级之间其计算荷载值差值过大造成的困难。结合青岛市地铁隧道工程,采用综合模糊判别方法对施工阶段围岩进行动态细化判定和调整,使隧道设计施工更为安全有据、经济合理。     

铁路隧道围岩与衬砌相互作用有限元分析

借助于荷载-结构模型,研究了铁路隧道复合衬砌承载水压力的受力情况。通过分析表明,衬砌中的初期支护和二次衬砌一般要共同承担荷载,二次衬砌的受力往往大于初期支护的受力,而且在初期支护与二次衬砌间存在不均匀压力。由此可见在设计时合理考虑衬砌结构间的荷载分配比例是很有必要的。     

浅埋偏压隧道洞口段围岩破坏机理

为了研究顺层岩质边坡下浅埋偏压隧道洞口段围岩破坏机理,以班丘隧道为例,根据现场地质调查结果,结合监测数据并利用数值模拟的方法分析了隧道洞口段围岩的破坏机制,提出了治理措施。结果表明:隧道浅埋侧拱肩处易出现拱形拉伸屈服塑性带,围岩易从此处开始破坏;围岩破坏是多种因素共同作用的结果,其中隧道偏压作用、岩体结构和降雨是造成隧道塌方和边坡滑坡的关键因素;隧道塌方模式为:掌子面上方岩体首先在重力作用下沿拱形屈服带形成拱形坍塌,然后在弯折内鼓作用下形成整体塌方,边坡滑坡的形式为坡体表面中风化页岩夹泥砂岩在坡体破坏的情况下发生顺层面的近平面滑移。     

隧道围岩超挖的分形特征研究

隧道的超欠挖影响施工进度和衬砌结构的受力，是施工质量控制的重点之一．利用在现场量测的3条隧道的360个断面的最大超挖样本数据，结合公路隧道围岩类别，研究了样本的特征，验证Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ类岩体中的隧道围岩的最大超挖值是一个分形，为隧道结构稳定的力学分析和随机模型研究提供了依据．     

特长铁路隧道软弱围岩破碎带试验段的现场试验

以新建宝鸡至兰州客运专线的朱家山隧道为背景,开展了软弱围岩断层破碎带条件下特长铁路隧道试验段的2组现场试验,完成了拱顶下沉、水平收敛、围岩压力、初期支护喷射混凝土应力、钢架受力、初支与二衬间压力及二衬混凝土应力等项目的现场测试,并对测试结果进行了详细分析.结果表明:在施工工法及支护参数基本一致的条件下,变质砂岩中隧道变形及受力要大于千枚岩;试验断面隧道变形超过控制标准,需调整施工方案并辅以相应的变形控制措施;围岩压力及初期支护应力受台阶施工影响明显,拱墙二次衬砌施工后,测值趋于稳定;初支承担了部分荷载,使得二衬受力减小;部分位置喷射混凝土出现了受拉开裂现象,部分钢架应力接近材料容许应力,二衬混凝土应力在容许范围内.研究结论以期为类似工程提供借鉴与参考.     

高速铁路隧道围岩大变形特征及机理分析

为研究高速铁路隧道围岩大变形的特征及其机理,以沪昆客运专线湖南段杨家隧道发生大变形塌方为工程背景,对隧道围岩大变形引起地表裂缝及初支侵限进行了介绍.选取隧道大变形里程段的典型断面设置多个监测断面,通过监控量测等手段对其灾变期变形特征展开了分析,在此基础上,从岩性、地质构造、围岩赋存环境三个方面分析了杨家隧道发生大变形的机理,能够为该隧道发生大变形后采取相应措施提供理论依据.     

山体隧道洞口段应力特征研究

隧道开挖必然导致洞口段原岩应力重新分布,针对洞口段围岩应力复杂变化及隧道支护受力情况,采用ANSYS有限元三维模拟,并结合现场试验,对浙江某山体隧道进行整体分析.直观地展示了围岩仰坡段受隧道开挖及山体地形地貌影响下应力变化特征,并表明坡趾是阻止失稳破坏的关键位置,衬砌内力与其自身刚度成正比关系等.对该隧道洞口段应力变化情况进行分析,以期对其他类似工程的研究提供借鉴意义.     

无围岩断裂带时隧道交叉段开挖的影响分析

结合青岛地铁一期3号线的清江路站工程,研究了在无围岩断裂带环境下隧道进行交叉段开挖时引起的围岩应力场和位移场的变化情况以及衬砌结构的施工力学行为.论述了围岩支护工艺、开挖速度、开挖方法和路面荷载对隧道开挖的影响.为同类工程施工提供借鉴.     

大断面软弱围岩隧道洞口段施工工法比较分析

山岭隧道建设条件复杂,通常洞口段埋深较浅、围岩破碎,在施工过程中易发生坍塌、边仰坡失稳等事故．根据某隧道洞口段地质情况、地形条件以及设计参数,对拟采用的交叉中隔壁法和双侧壁导坑法进行施工和数值分析对比．研究结果表明：从施工上看,采用交叉中隔壁法有利于工期;从数值分析看,采用交叉中隔壁法和双侧壁导坑法完成开挖后,隧道结构y向最大沉降分别为6．65cm和1．68cm,临时支撑X向最大变形分别为20．5cm和4．42cm,采用后者施工变形更小;从计算结果看,采用双侧壁导坑法施工,围岩和隧道支护结构受力更小．采用交叉中隔壁法施工后,C25喷射混凝土Y向最大拉应力为3．07MPa,远大于采用双侧壁导坑法的1．27MPa,且超过该喷射混凝土的极限抗拉强度．因此,从隧道变形和受力分析看,采用双侧壁导坑法施工更安全．     

隧底富水围岩脱空条件下重载铁路隧道动力响应

为研究隧底围岩脱空对水-力耦合作用下重载铁路隧道动力响应特性的影响,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,分别以竖向位移、孔隙水压力和竖向动应力作为评价指标,分析了不同脱空形状(椭圆、余弦和矩形)下富水隧底结构的动力响应规律,提出了一种符合实际的脱空形状,确定了富水隧底围岩的脱空阙值。研究结果表明：随着脱空宽度的增加,隧道底部结构动力响应不断增大,且脱空宽度超过一定值后动力响应变化加剧,这种现象在脱空区域尤为明显;3种脱空形状下,以矩形脱空动力响应最大,椭圆形脱空次之,余弦形脱空最小;其中,椭圆形脱空最符合实际,该脱空下基底动力响应是无脱空情况下的4.2倍,隧道底部围岩脱空阙值为0.6 m。研究结果可为富水重载铁路隧道行车安全及脱空病害整治提供依据。     

川藏铁路深埋隧道围岩灾变分析与思考（特约稿）

国家新时期世纪工程川藏铁路面临全球最为复杂的工程地质条件。受深部环境和工程扰动影响,沿线深埋隧道围岩失稳灾变问题凸显;符合深部特征的围岩灾变分析研究,既是川藏铁路深埋长隧安全建设的重大现实需求,也是提升我国特殊地质条件下深部工程开发能力的关键。为此,以“深部围岩灾变分析”为核心,从深部围岩孕灾的原位地质环境与工程扰动效应入手,重点开展了深部围岩质量分级、大变形判识和岩爆孕灾等方面的理论方法研究与思考。首先,概述了川藏铁路深部围岩孕灾的原位地质环境特征,并从试验模拟和理论分析两个层次揭示了深部围岩孕灾的工程扰动效应;进一步,以修正的BQ法为基础,发展了可综合反映地应力、地温和地下水影响的围岩质量分级方法,初步应用于川藏铁路深部多场耦合环境下的隧道围岩分级修正研究;最后,针对川藏铁路深埋隧道围岩灾变的两种典型显现形式(大变形与岩爆),提出了隧道围岩大变形分级多因素分步评估方法,以及深部围岩岩爆综合预测研究思路和预测模型与方法。相关研究成果和学术思想可为川藏铁路沿线深埋隧道围岩灾变分析与稳定性研究提供借鉴与参考。     

张集铁路旧堡隧道围岩初始应力反演分析及分级评价

隧道围岩初始应力分析评价是进行围岩稳定性分析、实现隧道安全快速掘进的前提.采用位移反演分析和场区构造地应力分析2种方法,对旧堡隧道围岩初始应力状态进行分级评价.研究表明,开挖区段隧道横截面上平行洞轴方向为最大主应力方向,围岩的最大、最小主应力均大于自重应力,岩石强度应力比低,该隧道围岩的初始应力属于高地应力.     

隧道洞口软硬围岩交接段地震响应大型振动台模型试验研究

为提高强震区交通隧道洞口段的地震安全性和结构抗震性能,以汶川地震白云顶隧道进口段为研究背景,开展了隧道洞口软硬围岩交接段地震响应的大型振动台模型试验研究。介绍了试验方案设计,主要包括试验设备、相似设计、动力荷载、动力特性及加载制度。对试验数据进行了分析,主要研究了隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展过程中隧道结构地震动峰值加速度（PGA）、纵向应变、接触应力及结构内力的空间变化规律。研究结果表明：隧道洞口软硬围岩交接段由硬岩向软岩方向发展,隧道结构PGA放大系数由1.04增大至1.68,纵向应变增加倍数由1.09增大至4.29,接触应力增加倍数由6.34增大至32.16,安全系数最小值减小百分比由26.18%增大至53.48%;随着受软岩影响的增大,作用于隧道结构的地震惯性力和强制位移不断增加,致使结构安全性不断降低。研究成果可为高烈度地震区交通隧道抗震设防设计提供参考。     

隧道浅埋偏压段超前预测与围岩稳定控制研究

为研究浅埋偏压段的围岩稳定性,以烟海高速解家河隧道为例,采用地质雷达进行了地质超前预测,并针对探测结果,进一步优化施工方案,确定了超前注浆、超前小导管的施工方法。最后采用现场监控量测的方法对浅埋偏压段进行监测,结果表明,监测数据稳定,所采用的施工方案可行;浅埋偏压段洞室稳定,确保了隧道施工的顺利进行,对类似工程具有一定的借鉴意义     

隧道洞口段不同围岩刚度下管棚的支护效果分析

以某高速公路隧道为例,采用FLAC3D有限差分程序建立考虑管棚预加固效应的三维数值仿真模型,对隧道洞口段不同围岩刚度下管棚支护体系对地层稳定的控制效果进行模拟分析.结果表明:管棚可以起到较好的荷载传递作用,有效控制开挖释放荷载引起的地层位移;土体刚度越大,地层沉降越小,管棚与土体之间的刚度比就越小,管棚的骨架作用随之逐渐减弱,相应地管棚对地层沉降的控制程度也逐渐降低.     

断层特征与掘进方法对隧道围岩稳定性影响分析

以都昌至九江高速公路温泉隧道为工程背景,采用有限元方法对隧道穿越不同断层倾角、隧道与断层相对位置、隧道不同开挖方法等情况下围岩的稳定性进行了模拟计算分析。结果表明和无断层情况相比较,断层的存在使得围岩的整体位移增加,拱顶沉降增加约18.3%,仰拱隆起增加约35.1%,围岩位移最大区域向垂直于断层方向偏移,不再具有对称性;断层位于隧道拱肩处时拱顶沉降量最大,断层位于隧道拱脚时,对围岩拱顶沉降量的影响最小,围岩最为稳定;采用上下台阶法进行开挖其拱顶位移量要比采用侧壁导坑法开挖所产生的位移量大77.04%,仰拱隆起量大60.3%;断层倾角为45°时,隧道开挖时围岩相对比较稳定。     

火车岭隧道软弱围岩大变形特征及机理分析

在现场调研、工程地质勘察及隧道监控量测的基础上，研究了十漫高速公路火车岭隧道施工中出现的大变形问题，通过分析该隧道变形破坏特征，从围岩岩性条件、地下水条件及地应力条件等因素对该隧道大变形机制进行了研究，结果表明，大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用。提出了综合治理措施，以确保隧道安全顺利贯通。