高速铁路隧道塌方原因分析与施工处治技术

结合某高速铁路隧道Dg K88+520~522段施工出现掌子面附近拱顶塌方的工程背景,从现场地质条件与设计支护参数等方面分析了塌方原因,并采用数值模拟对比分析了勘查设计与围岩变更后的开挖支护措施引起的围岩变形。结果表明,根据原勘查设计Ⅲa级围岩确定的开挖方法与支护参数不能有效保证实际围岩条件下的隧道稳定性,而采用围岩变更为Ⅴb级围岩、三台阶七步法开挖、Ⅴb级围岩复合式衬砌支护的设计,拱顶沉降则可大幅度降低。介绍了塌方处治措施和拱顶沉降监测结果。由于围岩表现为脆性,在塌方后拱顶沉降较小,为确保工程安全,应根据地质勘查与超前地质预报等辅助措施,更为准确地掌握隧道围岩地质赋存条件,确定合理的开挖方法与支护参数。     

某隧道塌方前后的监控量测及数据分析

重庆某暗挖地铁车站左线DK55+962~DK55+985段在施工过程中发生坍塌,对隧道进行监控量测,对比分析隧道开挖留设核心土、核心土开挖后隧道塌方与塌方后进行处治加固3种情况的围岩变形情况。监测数据表明,浅埋大断面隧道进行双侧壁导坑法施工时核心土的留设对围岩稳定性至关重要,同时科学合理的监控量测对隧道围岩变形具有重要的预见作用。对监测数据进行回归分析,并同时对4种回归函数进行对比,结果表明,多项式函数对浅埋大断面隧道拱顶沉降预测时更为接近实际。     

某隧道穿越富水断层破碎带围岩大变形成因分析及稳定性预测

为保证隧道穿越富水断层破碎带施工安全，在福宜高速阳宗隧道左幅ZK42+845至ZK43+050段围岩大变形成因分析基础之上，采用灰色-尖点突变理论和SSA-ELM智能模型对围岩稳定性现状及发展趋势进行了评价；此外，结合隧道围岩大变形成因有针对性地进行了支护加固，并对加固后的围岩稳定性进行了全面分析。研究结果表明：阳宗隧道研究区段围岩大变形与断层富水、围岩微膨胀性及高地应力密切相关，由突变特征值Δ<0及SSA-ELM模型变形预测综合分析可知，该段围岩具有塌方等安全风险，采用径向注浆、超前注浆支护、加强锁脚及垫脚槽钢、调整变形量等有效措施，控制了穿越富水断层段隧道围岩的变形，使得围岩整体受力更加均衡。工程实践表明，将灰色-尖点突变理论与SSA-ELM模型综合运用可准确有效地评价与预测围岩稳定性。     

乌鞘岭隧道岭脊段极限位移及变形控制基准的研究

乌鞘岭隧道岭脊段千枚岩地层地应力高,围岩松软.隧道开挖后,围岩收敛变形较大.施工过程中,曾出现格栅拱架扭曲变形,局部地段二衬开裂等现象.为了选择合理的支护参数,制定合理的支护措施,有效地控制隧道变形,对该区段隧道施工时的极限位移进行了数值模拟分析,并结合现场量测结果,制定了施工过程位移控制基准,用于指导施工,取得了明显的效果.     

深部隧道岩爆倾向性预测与开挖优化数值模拟

岩爆是深部隧道施工阶段不可避免的地质灾害之一,为了确保施工正常进行,准确预测岩爆的发生对深部工程安全建设具有重要工程意义。以米仓山隧道为工程依托,依据隧道岩爆段现场工程概况,基于三维离散元数值仿真平台对隧道风险区域进行岩爆倾向性预测,分析开挖后隧道掌子面附近围岩截面的二次应力场与能量场分布;对隧道风险区域采取优化开挖进尺的方法,并分析不同进尺开挖下围岩应力场与能量场的变化规律。结果表明,基于能量准则能够有效预测岩爆发生的具体位置与等级,具有良好的可行性与准确性,且控制开挖进尺可以有效分散围岩内储存的弹性应变能,削弱因开挖导致的围岩局部应力集中现象。     

下穿壁式采空区隧道施工力学及变形规律研究

以巴准铁路敖包沟隧道为依托,基于MIDAS-GTS软件,采用摩尔-库伦弹塑性模型,对壁式采空区开采过程和隧道下穿采空区施工过程中围岩应力分布和变形分布进行数值模拟,探讨二者相互影响。研究表明隧道下穿壁式采空区时,煤层开采使采空区底板下一倍开采长度范围内围岩垂直方向出现拉应力区;隧道开挖应力释放使隧道拱顶围岩拉应力区向上发展与底板拉应力区贯通,易造成隧道拱顶上部岩体受施工扰动而破坏;隧道下穿壁式采空区施工引起采空区底板与顶板竖向位移增大,造成三倍开采长度范围内地表沉降;并且隧道拱顶受采空区底板变形的影响是引起失稳的主要原因。     

白龙山隧道地应力场数值模拟研究及岩爆预测

根据静兴高速公路白龙山隧道区域应力场特征,建立三维地质模型,采取有限元数值模拟的方法分析研究工程区的初始地应力场分布规律。通过分析隧道轴线方向上的地应力场特征,发现隧道区初始地应力场以构造应力为主导,区内存在较高地应力场,长度约为3150m。最后,根据地应力资料对高地应力区隧道开挖阶段进行岩爆预测,结果表明隧道计算段岩爆等级为弱岩爆~中等岩爆。     

高地应力双隧道施工围岩应力变化规律数值模拟研究

以云县至凤庆高速公路隧道开挖工程为研究对象,采用数值分析和相似模拟相结合的手段,对其处于不同埋深岩层围岩变化规律展开研究。为保证隧道开挖施工安全,分别对隧道拱顶围岩压力、拱腰围岩压力以及上方围岩压力进行监测。基于监测数据分析围岩应力变化规律,明确了隧道开挖对其拱顶上部岩层影响程度和拱腰不同位置岩层应力在应力释放阶段所表现形式。研究表明,拱腰围岩竖向应力在左右隧道开挖整个施工阶段,应力变化曲线主要可分为3种类型,逐渐增大最终趋于稳定型、先增加后快速下降再缓慢增加型和先增加后快速下降至0型;根据拱顶及拱顶上方岩层竖向应力曲线,可将隧道拱顶上方岩层分为3种状态,拱顶上方0~50 m应力释放“高影响区”,拱顶上方50~150 m岩层属于应力释放“次影响区”,拱顶上方150 m以上岩层属于应力释放“缓影响区”。     

监控量测技术在通渝隧道中的应用

重庆通渝隧道是典型的复杂条件下的长大公路隧道.在施工过程中,严格进行了新奥法监控量测指导施工,通过开挖面地质素描、拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴向力、喷层应力、格栅拱架压力、围岩内变形、二衬应力等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数的跟踪量测,并及时将量测数据的散点、回归图等处理信息反馈给施工,以了解隧道开挖后围岩的稳定情况及采取相应的支护措施,实践证明效果可靠.     

隧道揭煤区域预测钻孔控制范围研究及应用

隧道穿越煤系地层时,将面临煤与瓦斯突出危险。准确测定煤层突出参数是确保隧道安全、经济生产的重要因素。在隧道大断面开挖应力扰动情况下,研究分析揭煤区域预测钻孔控制范围,确保隧道安全施工具有重要的意义。以宝鼎2号隧道为工程实例,运用理论分析、数值模拟的方法对隧道大断面开挖过程中前方垂距10 m的煤层应力变化规律进行研究,得出煤岩应力场分布特征。推导出隧道揭煤区域预测钻孔竖直方向控制范围距隧道上轮廓线应至少为12 m,距下轮廓线应至少为8 m;水平方向控制范围距左、右轮廓线均应至少为8.5 m。同时,通过对K15+836煤层现场应用,测得原始应力区瓦斯含量远大于应力扰动区,说明原始应力区瓦斯参数指标才能真实准确反映煤层突出危险性。     

非对称连拱隧道不同开挖方案的比较分析

根据某高速公路非对称连拱隧道衬砌结构形式, 针对地表平、地表顺倾斜和地表逆倾斜等地表倾斜情况建立了相应的有限元分析模型, 选取围岩稳定性、衬砌安全性和偏压情况等反映隧道稳定性的性能指标, 采用数值模拟方法综合分析了不同地表倾斜情况下不同开挖方案对隧道稳定性的影响。结果表明, 地表倾斜状况显著影响非对称连拱隧道围岩和衬砌的受力和变形情况, 非对称连拱隧道地表平时应采用先大洞后小洞的开挖方案, 地表倾斜时必须综合考虑地表倾斜情况和大小洞的跨度差异, 才能合理确定开挖方案。非对称连拱隧道隧洞开挖时, 先开挖一侧的围岩应力释放会引起另一侧未开挖岩体的竖向应力增大, 导致另一侧岩体开挖时释放的荷载也相应增大, 使后开挖一侧隧洞的围岩位移和应力增大;开挖过程中应使左右洞的应力释放量尽量接近, 降低最终拱顶沉降和拱顶围压拉应力, 确保隧道围岩稳定及衬砌结构安全。     

炸山嘴隧道围岩大变形特征及其控制措施

强风化砂岩围岩自身承载能力弱,遇水后其强度迅速降低,发生围岩大变形的概率极大。该文以固西公路炸山嘴隧道工程为依托,通过现场监测,分析了强风化砂岩段围岩大变形的特点及其变形机理,并结合实际施工情况,提出了强风化砂岩围岩大变形的控制措施。得出在强风化砂岩段发生大变形的条件下,可通过施做临时刚护拱、临时仰拱以及临时支撑等加固补强措施,以稳住围岩变形;在强风化砂岩地区开挖隧道,应提高其支护体系的整体刚度,并在换拱时采用微型爆破、逐榀换拱等方法以减少对围岩的扰动,同时应及时施做仰拱和二次衬砌。所得结果为相似地质条件下隧道的施工提供借鉴。     

千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制研究

 为了研究千米深井软岩巷道挤压变形力学特性及控制对策,以淮南朱集煤矿-906m东翼轨道大巷为依托工程开展研究,该巷道为典型的千米深部高地应力软岩巷道,开挖后围岩产生强烈的挤压变形。通过现场地应力测试获取地应力值和室内岩石力学试验获取围岩力学参数,根据Hoek挤压变形等级曲线判断出该巷道变形为非常严重的挤压变形;通过Phase2有限元数值仿真软件分析了该巷道的围岩稳定性,计算结果表明巷道开挖后围岩变形破坏严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合。基于深部岩石巷道围岩稳定性控制理论和“分步联合支护”理念,针对该巷道的挤压变形特点制定了相应的支护方案,其主导思想是增强围岩自身强度和支护结构的抗变形能力,尤其重视底板支护。通过有限元数值软件计算分析和现场监测验证、评价了该支护体系的强度,结果表明所提出的支护方案取得了良好的效果,能够有效的控制围岩挤压变形。     

高地应力区断层带隧道围岩稳定性分析

采用三维弹塑性有限元数值模拟,对高地应力区某深埋隧道通过断层带的开挖过程进行了分析.重点研究了断层带隧道拱顶、拱肩及边墙围岩的位移、应力、屈服接进度等随施工步的变化规律,为隧道优化设计和施工提供了参考依据.     

渝怀铁路铁山坪隧道信息化施工技术研究

以渝怀铁路铁山坪隧道施工过程中的量测设计及实施为基础,重点放在量测信息分析及反馈上.根据获取的量测信息,尤其是位移及应力信息进行分析,依照各种经验方法和极限应变准则,以及有限元理论分析综合进行反馈,把握隧道的初始地应力及开挖时围岩和隧道结构的变形和受力规律,确认围岩和隧道结构的稳定性,确定合理的支护时机和支护参数,在保证施工安全的基础上追求经济性.     

深埋隧道穿煤段围岩—支护结构变形特征研究

利用围岩位移、锚杆轴力和钢拱架压力等现场监测和有限元数值模拟分析了通渝隧道穿煤段隧道穿过煤段围岩—支护结构变形特征及稳定性分析.研究结果表明:穿煤段受高地应力与岩体结构影响,围岩初期变形剧烈,位移释放量大,整个变形持续时间长,拱顶下沉尤为显著,下沉量约为水平收敛的3倍;围岩浅部较深部变形快、大,且松动圈为2.5～3.0m;隧道环向受力不均等特征.这为深埋隧道穿越煤段设计和施工提供了重要科学依据.     

基于损伤理论的卸压钻孔围岩特性分析

为了研究卸压钻孔施工后围岩应力及变形场分布规律,在基于岩石非线性脆性损伤本构模型及连续损伤理论的基础上,对非均匀应力场钻孔围岩损伤区范围及应力进行求解,得到钻孔围岩发生损伤时的初始地应力和极限地应力及损伤区半径的解析式。基于解析表达式,通过算例分析钻孔围岩侧压系数和围岩角度对初始损伤地应力的影响以及钻孔围岩脆性参数、侧压系数等对围岩损伤区半径及极限损伤地应力的影响。分析结果表明:非均匀应力场钻孔围岩发生初始损伤时的地应力同时与侧压系数和围岩角度相关;岩石的脆性参数对围岩损伤区半径及极限损伤地应力的影响与损伤度有关;而钻孔围岩发生一定程度损伤时的极限地应力受到围岩脆性参数、侧压系数的影响。     

淮南深部巷道挤压变形及其控制对策

为了研究高地应力软岩巷道挤压变形及其控制对策,根据实测地应力值和围岩力学参数,分别从基于Hoek-Brown准则的解析计算和有限元数值计算进行了围岩稳定性分析,计算结果显示巷道变形失稳严重,拱顶位移和底臌量大,与现场情况吻合;此外,根据Hoek挤压变形等级曲线判定该巷道围岩变形为非常严重的挤压变形。基于深部巷道围岩稳定性控制理论和"分步联合支护"理论制定了控制围岩挤压变形的支护方案,通过有限元数值软件计算和现场监测验证了该支护方案的效果,结果表明所提出的支护方案能够有效的控制围岩挤压变形。     

兰渝铁路古迹坪隧道岩爆预测数值模拟研究

迄今为止,岩爆研究已有诸多理论及成果,但岩爆仍然是一个世界性的难题,在隧道开挖过程中,极大地威胁着施工人员及施工设备的安全。古迹坪隧道为兰渝铁路全线高风险隧道之一,在隧道埋深较大、硬脆岩性局部地段具备产生岩爆的地质条件下,开展古迹坪隧道岩爆预测研究对该隧道安全施工具有重要的意义。基于平面应变问题建模对古迹坪隧道进行了数值模拟有限元分析,得出了隧道研究区段某一截面开挖后的二次应力场重分布相关特征,基于隧道工程土工测试数据和计算截面数值模拟分析结果,选取四种具有代表性的单指标岩爆数据对古迹坪隧道研究区段某一截面进行了岩爆预测研究,最终得出研究区段计算截面具有产生低~中等岩爆灾害的结论,对研究区段隧道开挖施工具有一定的指导意义。     

基于数值模拟的隧道开挖及支护方法选择

对某隧道岩层交汇土石交界段隧道开挖与支护的施工过程进行三维有限元数值模拟,对比分析正台阶留核心土法和双侧壁导坑法两种工法施工过程中的围岩应力和隧道周边收敛变形随时间和施工工序的变化规律,从整体上把握隧道施工的效果,找出有利于围岩稳定的最优开挖方案。