局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

 以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例，考虑到海水的渗透性，采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明，隧道整体是安全的，此种情况下，隧道衬砌原则上可按无水压设计，衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时，隧道安全系数降低，破碎带越宽，注浆堵水圈厚度越小，安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比，含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此，必须做好破碎带的超前注浆堵水加固，以减少其渗水量，并对破碎带进行局部加固，此种情况下，隧道衬砌原则上可按有水压设计。     

某隧道横穿断层破碎带围岩稳定性评价

采用FLAC3D有限差分软件,以实际工程案例为背景,建立三维数值计算模型,研究了隧道以不同角度横穿断层破碎带时的围岩稳定性。研究结果表明,断层以不同角度横穿断层破碎带时,隧道围岩变形存在较大差异。当隧道与断层破碎带正交分布时,隧道围岩受力变形较小,稳定性好,随着隧道与断层破碎带相交角度减小,碎岩围岩变形逐渐增大。     

海底隧道复合注浆技术及其工程应用

针对海底隧道不良地质体注浆加固必须同时满足稳定性、致密性和承受高水压作用的特殊要求,提出复合注浆新理念,即通过材料复合和工艺复合在围岩中形成功能型复合结构以实现安全控制和高效堵水。为此,首先建立浆液扩散机制模型,揭示注浆范围与浆脉厚度等空间分布特性及其影响因素;创建复合加固体的壳体力学模型,可对加固体的稳定性进行预测及评价,进而提出宏观力学参数的确定方法;系统分析加固体力学性能的主要影响因素,提出注浆参数的设计方法,由此可对复合注浆实现全过程工艺控制;基于复合注浆体功能型结构特点,创造隧道周边帷幕注浆技术,并首次提出采用堵水率、加固体强度和整体稳定性作为注浆效果的评价指标,较日本青函隧道等采用的全断面注浆方式显著提高了效率和可靠性。最后介绍复合注浆技术在厦门翔安海底隧道F1风化槽强透水地段的应用,达到了预期效果,确保了工程安全,由此形成了海底隧道穿越不良地质体的地层加固技术模式。     

隧道穿越红层破碎带塌方处理施工技术研究

由于红层岩体强软化性、低强度的特点,导致隧道穿越过程易发生险情.修建于滇中红层的陈家冲隧道在穿越局部破碎带时遭遇塌方,通过采用数值模拟方法,并辅以现场监测数据,分析塌方原因及变形特征,同时利用不同长度的锚杆对局部破碎带进行加固,探究最优锚杆组合形式.研究表明:隧道穿越破碎带时,需及时进行锚喷支护,通过限制破碎带内塑性区...     

某浅埋隧道开挖对侧边坡稳定性影响分析

文章针对某浅埋高速铁路隧道对侧边坡稳定性影响分析,利用Midas GTS NX(New e Xperience of Geo-Technical analysis System,后简称Midas GTS)数值模拟软件计算隧道三台阶分部开挖法不同施工段隧道侧边坡的安全系数。计算结果分析发现:(1)隧道开挖会降低边坡的安全系数,在围岩释放应力的过程中边坡安全系数会继续降低;(2)中台阶和下台阶喷射混凝土后边坡安全系数会略微升高;(3)仰拱施做后边坡整体稳定性会提升;(4)数值模拟网格尺寸会影响计算结果,网格尺寸越小,计算安全系数越低。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

预加固措施对隧道开挖稳定性的影响研究

 以厦门海底隧道陆域段为工程背景,通过模型试验研究注浆、小导管、正面锚杆及其组合措施对该段土质围岩的未支护段破坏模式和掌子面破坏模式的加固效果,分别从围岩破坏荷载、围岩位移和初期支护安全性3个方面分析预加固措施对隧道稳定性的影响。研究表明：单个措施比组合措施的控制效果差,同时单个控制措施与围岩类型存在适应性;对单个措施控制围岩破坏程度而言,注浆比小导管和正面锚杆好;正面锚杆对地中位移影响不明显,但对掌子面位移控制效果比小导管好;初期支护的轴力和安全系数的变化规律与预加固措施控制效果有关,而最大弯矩的位置与破坏模式有关。     

矿坑生态修复工程边坡加固稳定性分析研究

地质复杂的矿坑边坡需使用合理的方法和工具准确计算边坡稳定性安全系数,以分析边坡稳定性,制订合理有效的加固方案,确保边坡安全。冰雪世界项目采用Slide软件计算边坡稳定性和加固力,采用Morgenstern-Price法计算岩质边坡稳定性安全系数和加固力,且采用理正岩土工程计算软件和理正深基坑支护结构设计软件计算土质边坡永久稳定性。边坡整体基本处于稳定状态,个别浅表层局部滑动坡面采取喷锚、挡土墙、锚杆及预应力锚索等加固措施后,提高了边坡的整体稳定性,保证了边坡安全。     

跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

隧道穿越不同厚度断层破碎带稳定性研究

隧道在断层破碎带处施工时容易诱发塌方、大变形以及突泥突水等灾害。以五道岭隧道工程为背景，利用有限元软件对五道岭隧道的不同厚度断层破碎带对隧道围岩位移产生的影响进行分析。研究结果表明：隧道围岩最大竖向位移和水平位移都发生在断层破碎带处；隧道围岩位移值均随着断层破碎带厚度的增大而增大，断层破碎带厚度越小，隧道围岩越稳定。     

基于地层加固的海底隧道极限顶板厚度确定方法

海底隧道顶板厚度直接关系到海底隧道工程的经济性和安全性,如何在地层加固条件下确定顶板厚度是海底隧道穿越不良地质体施工的关键问题之一。针对该问题,文章首先对国内外典型海底隧道突水事故进行分析,进一步阐明"极限顶板厚度"的物理意义,结合合理注浆加固参数与顶板厚度相互制约的特点提出极限顶板厚度确定方法,其核心为合理注浆加固参数和塑性区范围的确定方法;进而建立考虑渗流作用和超前加固的海底隧道围岩力学分析模型,基于对塑性区发展模式的分析,对海底隧道围岩进行弹塑性解析,在此基础上对加固参数的敏感性进行分析,以围岩位移最小和渗水量最低为目标,基于分层排序法提出海底隧道超前加固参数多目标优化方法,从而可确定最优极限顶板厚度值。将该方法应用于青岛胶州湾海底隧道工程,验证其合理性和可行性,可为海底隧道的规划选线和安全施工提供理论依据。     

关角隧道F2–1断层破碎带支护结构优化设计

 依托关角隧道F2–1断层破碎带段,开展断层破碎带隧道支护结构优化设计研究。对采用原设计方案的支护结构位移、围岩压力、钢架应力、锚杆轴力进行现场监测,结果表明：施工工序对支护结构影响明显;钢架最大应力超过钢架强度,围岩压力分布不均匀,锚杆作用效果不明显,说明现有的施工方案无法满足施工安全要求,需要及时对其调整;经综合分析,提出提高钢架刚度、设置临时横撑、边墙小导管注浆等一系列改进措施,并采用数值计算软件FLAC3D验证其可行性。通过现场实施及监测结果的反馈,证明改进措施效果明显,研究成果可为断层破碎带隧道支护参数的确定提供理论依据和基础数据。     

管棚预注浆技术在断层破碎带洞口中的应用

以沈应线公路隧道工程为例,介绍了浅埋段断层破碎带及富水地层中洞口超前大管棚的施工设计和施工工艺,总结了超前预支护技术在通过软弱围岩时的作用,以完善和推广管棚预注浆支护技术。     

海底隧道修建中的关键问题

结合厦门东通道海底隧道工程，对海底隧道最小岩石覆盖层厚度、水压力设计值的确定，衬砌结构断面优化与防排水方案，穿越海底不良地质段（断层、溶槽）的施工措施及服务隧道设置的必要性问题进行了分析。提出应从围岩稳定性和隧道涌水量的大小综合考虑最小岩石覆盖层厚度；采用限量排放的防排水方案对海底隧道较为适宜；施工中可采用注浆和冻结法穿越海底的不良地质段；设置服务隧道有利于隧道施工和运营管理。     

侧压力系数对海底隧道爆破效应影响数值分析

以拟建的某海底隧道工程为背景,采用FLAC对隧道掘进钻爆引起的震动效应进行了数值模拟。将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,根据围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取典型的隧道断面进行模拟计算;提取出影响围岩稳定性的关键点位置的峰值振速及加速度值。数值模拟结果表明,各关键节点的振动速度、加速度均小于相应规范要求的临界值,因此选取的爆破参数满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,总结出侧压力系数对水平方向和垂直方向的振动效应的影响。     

爆破荷载作用下青岛胶州湾海底隧道覆盖岩层稳定性分析

以青岛胶州湾海底隧道为背景,采用国际上常用的计算模式模拟爆破施工荷载,根据ABAQUS动态计算的特点,将爆破荷载以等效应力的方式加载于模拟炮孔之上,依据不同围岩类型和岩层覆盖厚度设计值选取隧道左、右线典型段;采用有限单元法分析了覆盖岩层各监测点的振动速度、加速度变化趋势。数值分析结果表明,各测点的振动速度、加速度时程曲线均满足隧道爆破变形规律。根据隧道围岩振动破坏准则,计算所得的最大水平、垂直振动速度均小于规范要求的临界值,且爆破作用影响范围远小于隧道覆盖岩层设计厚度,所以岩层覆盖厚度设计值满足爆破工程稳定性和安全性要求。同时,考虑到隧道选线的经济合理性,提出了爆破施工荷载作用下隧道顶板厚度设计参考值,并进行了验证,对类似工程具有一定的指导意义。     

隧道顶部溶洞对围岩稳定性影响的数值分析

以在建的某高速公路岩溶隧道为工程背景,采用有限单元法,运用迈达斯GTS分析软件,建立隧道结构及围岩的三维分析模型,重点分析了不同位置、大小的顶部溶洞在开挖过程中对围岩变形位移、力学特性、塑性区以及支护结构受力的影响,研究了顶部溶洞对隧道围岩稳定性的影响,所得结论可为岩溶地区隧道工程的设计、施工和研究提供指导。     

数值方法确定海底隧道最小岩石覆盖厚度研究

目前国内正在修建或拟修建多条海底隧道,其中最小岩石覆盖厚度直接制约着海底隧道的安全和造价。本文根据国内外有关文献资料,探讨了利用数值方法确定海底隧道最小岩石覆盖厚度的方法,应用断裂损伤有限元和国际通用数值分析软件,根据隧道在同一剖面处不同底板线位置,隧道上方同一个点的位移收敛情况,建立了确定海底隧道最小覆盖厚度的位移收敛法。通过对国内2条海底隧道开展的研究,其中一条已开始施工,总结出了数值方法确定最小岩石覆盖厚度的思路和过程。为定量确定海底隧道最小岩石覆盖厚度建立了数值分析基础,最后应用数值方法确定某海底隧道最小岩石覆盖厚度。