隧道塌方影响因素离散元分析

塌方是隧道施工过程中最常见的一种围岩破坏现象.现场塌方统计分析结果表明:围岩地质条件、隧道断面形式及大小、隧道埋深、地下(表)水、爆破扰动、施工措施不当是隧道塌方的主要影响因素.采用离散元方法(PFC2D),对上述塌方影响因素对隧道的影响进行了系列数值模拟计算,并将计算的隧道塌方量与几种常用的隧道松动荷载计算方法进行了对比分析.计算中所选取的参数如颗粒直径、摩擦系数、孔隙率、粘结强度等是通过双轴数值实验确定的.计算结果表明,隧道围岩强度越低,隧道高跨比越小,隧道塌方程度越严重;隧道埋深不同,隧道塌方表现形式不同;支护可以有效地抑制塌方,而地表水及地下水的入侵可严重恶化隧道的塌方程度.数值计算的隧道塌方量与公路隧道规范松动荷载计算方法最为接近.     

埋深对软弱隧道围岩破坏影响机制试验研究

通过室内模型试验,研究公路隧道IV,V级围岩在不同埋深条件下全断面开挖时的围岩破坏情况,实现自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩破坏过程的试验模拟,得到拱形塌方和塌穿型塌方2种围岩破坏模式。试验结果表明:隧道围岩的破坏从拱顶开始,并逐渐向上发展;埋深越小,隧道越易发生塌穿型塌方,而当埋深小于某一值时,因隧道开挖后围岩应力未超过围岩强度,隧道反而能保持稳定状态;对塌穿型塌方,隧道埋深越大,开挖后围岩维持稳定时间越短,塌方程度越严重,塌方向地表发展得越快;对同一类型的塌方,隧道埋深越大,塌方后隧道周边应力变化幅度越大。     

隧道开挖过程中地层变形的统计分析

 以70余座浅埋暗挖法修建的隧道的实测数据为基础，对影响地层变形的各种因素进行统计分析，提出浅埋暗挖隧道的最大沉降量计算公式。同时还得到几点地层变形规律，如：最大地表沉降和拱顶下沉值的概率分布近似成正态分布；随着围岩稳定性由好变坏，地表沉降和拱顶下沉值也呈逐渐增大的趋势；隧道跨度为5～10 m时，II，III，V类围岩条件下的最大地表沉降值与上覆土层厚度关系呈凸形状，II，III类围岩的最大拱顶沉降值在埋深25 m范围内随隧道埋深增大而增大；拱顶沉降与地表沉降比值多为0.5～1.5；在埋深小于20 m范围内，沉降槽宽度多为(8～12)R(R为等效半径)。最后对50余座产生塌方隧道的坍落高度和塌方量进行统计，并对影响隧道塌方的主要因素进行分析。该研究成果为隧道进一步的设计、施工提供科学的参考依据，具有重要的实用价值。     

浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制

针对某浅埋隧道工程的施工情况,分析了浅埋隧道塌方地质灾害的特征,从水、溶洞、地质构造、工程因素等方面,探讨了该隧道塌方地质灾害形成的原因,提出了浅埋隧道塌方地质灾害的风险控制措施。     

隧道塌方的预防及处理

在隧道施工中,遇到围岩破碎、地下水丰富、埋深较浅等不良地段,其施工困难,容易出现塌方现象。本文结合现场施工,总结了隧道塌方的预防及处理方法、措施。     

基于安全学原理的大跨浅埋隧道施工风险辨识

为了有效地消除和减少隧道施工过程带来的安全隐患,基于安全系统工程理论对大跨度浅埋深隧道施工风险进行了分析。以某典型大跨度浅埋隧道作为工程背景,运用事故致因理论对该隧道进行风险分析,绘制大跨度浅埋深隧道施工潜在危害鱼刺图。分析结果表明,大跨度浅埋隧道施工过程中存在七项潜在风险,分别为:围岩失稳、塌方、滑坡、超挖、初砌破损漏水、爆破和爆炸事故以及交通运输事故。针对围岩失稳这一风险极高的事故,选取故障树分析法对诱发此类事故的因素进行深入探讨。结果表明,做好地质探测工作、加强支护以及合理的爆破方式可有效避免该类事故。采取相同方法对其余六种风险因素也进行了分析,并提出了合理的对策措施。     

隧道塌方的预防及处理

在隧道施工中,遇到围岩破碎、地下水丰富、埋深较浅等不良地段,其施工困难,容易出现塌方现象。本文结合现场施工,总结了隧道塌方的预防及处理方法、措施。     

浅基础条件下建筑荷载对隧道的影响分析

通过有限元软件,对浅基础条件下建筑荷载对隧道的影响进行了分析,其中主要包括土层性能、隧道埋深、建筑与隧道的水平距离、建筑荷载的大小等因素,分析结果表明:土层的压缩模量越大,浅基础荷载作用对隧道的影响越小;随着隧道埋深的增大或随着浅基础与隧道水平距离的增加,浅基础荷载作用下对隧道的影响均逐渐减小。     

浅埋软弱围岩隧道施工塌方及处治措施研究

针对云南武易高速公路丰收隧道施工过程中发生的塌方事故,分析了隧道大变形及塌方的成因,对浅埋偏压软弱围岩隧道三台阶法施工过程进行了三维精细化数值模拟.结果表明:软弱围岩、顺层及地形偏压、浅埋是隧道大变形及塌方的客观原因,施工不规范导致支护刚度不足、掌子面稳定性控制不力进一步加剧了隧道变形失稳,换拱则直接导致了隧道塌方;软...     

浅埋隧道施工塌方的原因分析及对策

分析了浅埋隧道施工塌方的原因,归纳了浅埋隧道塌方的主要特点,提出了隧道塌方的处理原则,阐述了隧道塌方的处理方法,指出在浅埋隧道施工过程中,应严格遵循短进尺、弱爆破、紧支护、勤量测的指导方针。     

基于现场实测数据统计的隧道围岩压力分布规律研究

 围岩压力作用模式和时空演化规律是隧道支护结构设计的核心内容,一直是地下工程界研究的热点问题之一。在总结隧道围岩压力类型和主要影响因素的基础上,通过对44座隧道91个监测断面围岩压力的统计分析,研究隧道围岩压力的总体分布特征及其与围岩级别、隧道埋深的关系,讨论竖向、侧向围岩压力及侧压力系数随隧道埋深增大的变化规律。基于现场监测数据的统计分析,研究隧道围岩压力时程变化的基本规律,将隧道围岩压力随时间变化划分为快速增长–缓慢增长–趋于稳定的3个阶段,其中快速增长阶段多集中在隧道开挖后无支护或支护结构尚未完全发挥作用的一段时间;讨论隧道围岩压力沿洞周的分布规律和不均匀系数的分布特征。研究结论为分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法具有一定的参考价值。     

砂卵石地层盾构施工滞后沉降形成的细观研究

成都地铁区间盾构隧道所处地层主要为典型富水砂卵石地层,盾构施工引起的地层损失在地下水、地面荷载等影响下很容易形成滞后沉降,导致地表发生塌陷。针对成都地铁1号线一期工程建设经验,总结了砂卵石地层滞后沉降形成的原因,同时,采用颗粒分析软件PFC^2D,从细观层面对砂卵石地层中滞后沉降的发展形成过程进行模拟,分析隧道埋深、地层空洞位置等因素对滞后沉降的影响。研究表明,砂卵石地层的特殊工程地质性质是滞后沉降形成的根本原因,盾构施工工艺是关键影响因素。细观研究表明,地层损失导致在隧道两侧上方约45°方向出现两条破碎带,形成三角形的松散区域,洞周地层应力发生显著变化。隧道埋深直接影响滞后沉降是否发生,地层空洞方位对滞后沉降的发生区域有重要影响。     

管隧平行时地下管线沉降的影响因素分析

采用FLAC3D如有限差分计算程序,考虑了管线沉降的土质、材质、直径、埋深、管隧水平间距等影响因素,建立了盾构隧道-土体-地下管线相互耦合的三维数值计算模型,模拟了盾构隧道开挖对平行地下管线沉降的影响.计算结果表明,管道周围的土质及其材质、直径、埋深、水平间距等因素对管线沉降的影响较为明显,在施工中应给予重点关注.     

连霍高速将军沟隧道塌方机理及处理方案分析

在将军沟隧道出口工区塌方洞段地质调查基础上分析了隧道塌方的影响因素,根据隧道塌方的实际情况,结合当前隧道施工技术,确定了以“稳固塌方体、加固塌方影响洞段、在超前小导管超前预支护条件下采取台阶法及时支护”的施工措施和方案,从而积累了隧道塌方处理经验。     

富水软岩隧道跨越断层段塌方机制分析及处治措施

 针对沪昆客运专线长昆湖南段油坊坪隧道跨越断层段遭受的塌方问题,总结隧道宏观变形演化历史,分析跨越断层富水软岩隧道塌方的影响因素及围岩失稳破坏模式,据此提出针对性的处治措施。分析结果表明：地质构造和地下水的协同作用对本次隧道塌方的影响最为显著,大气降水在一定程度上促进了隧道塌方的形成,施工工法和支护措施对本次隧道塌方的影响体现为人为认识的不足,多因素的共同作用促成了本次塌方的发生;跨越断层区富水软岩隧道围岩的失稳模式可归结为弯曲内鼓和顺层滑移相结合的协同破坏模式;在分析隧道塌方机制的基础上提出“洞内+洞外”的综合处治措施,具有较强的实效性和针对性,从根本上防止塌方的发生。该研究成果可为富水软岩隧道跨越断层的设计和施工提供工程类比的素材,具有重要的工程意义。     

破碎千枚岩隧道施工期位移安全控制基准研究

 随着以千枚岩为主的软岩隧道的大量兴建,建立针对性的位移安全控制基准已成为工程界亟待解决的难题之一。以横跨5.12震区的广(元)甘(肃)高速公路杜家山隧道为工程背景,采用室内模型试验及现场试验相结合的研究手段,通过对以V级围岩为主的破碎千枚岩隧道在不同埋深、施工工法及支护参数等条件下位移变形规律的研究,揭示埋深、施工工法、支护与隧道位移间的关联性,结果表明较之工法、支护参数而言,埋深对隧道变形的影响更为显著。并以拱顶沉降作为主要控制指标,以衬砌裂损的出现作为隧道稳定性的判别标志,结合依托工程现场统计数据的系统分析,建立破碎千枚岩隧道中埋深在300 m以内、三台阶法(核心土)以及F3～F5支护方式下的施工期位移安全控制基准。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。     

机场跑道下部隧道爆破施工的合理埋深研究

以正在规划中的重庆轨道交通轻轨三号线下穿重庆江北机场主跑道及滑行道的区段为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件对不同埋深的隧道掘进爆破施工进行数值模拟,通过对地表爆破振速与埋深的关系的分析研究,得出隧道施工的合理埋深。模拟计算的结果显示:软件中的高性能炸药材料MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN的模型能较好模拟爆炸荷载,模拟计算得出的地表最大振动速度与实测最大振速相近;地表震动响应随着隧道埋深的增加而减小;地表振动速度与爆破装药量近似呈正比例关系。结合机场跑道安全标准,确定了机场跑道下部的隧道爆破施工的合理埋深。