层状围岩管片衬砌配合陶粒与锚杆的联合支护技术研究

深部层状围岩中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。提出一种管片衬砌配合陶粒可压缩层与锚杆的联合支护技术,采用大比例尺相似模型试验针对联合支护技术的支护效果进行研究,进行了可压缩层配合不同长度和间距的锚杆支护效果对比研究,从管片衬砌内力、变形角度分析了联合支护效果,从可压缩层的压缩变形路径和移动特征角度分析了联合支护机理。研究结构表明:联合支护技术一定程度上改变了管片的内力分布形式,降低了围岩偏压作用,削减管片衬砌内力和形变量;锚杆的施作可以有效减小层状围岩变形,陶粒压缩层可以有效吸收围岩变形;联合支护中锚杆的长度和间距存在一个最优值,超过该最优值,锚杆的加固效果不再明显增加;联合支护的作用机理由两部分构成:陶粒压缩层的让压作用与锚杆加固作用。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究

以在建的成都-兰州铁路杨家坪隧道为工程依托,选取条件基本相同的30m典型围岩区段为试验段,对普通锚杆、早强锚杆支护时的洞周位移、围岩与初支接触压力、型钢拱架应力及其锚杆轴力进行实测对比分析,探讨了早强锚杆在高地应力陡倾层状软岩隧道中的作用机制。结果表明：高应力软岩隧道中锚杆轴力为拉力,早强锚杆比普通锚杆轴力更大,可以使隧道洞周位移减小40%|早强锚杆使隧道边墙围岩压力和钢架拱顶应力减小,围岩压力分布和钢架受力趋于均匀|早强锚杆通过注浆材料深入围岩,可以提高围岩层面强度|及时发挥锚固作用,抑制了围岩渐进破坏过程,从而减小围岩塑性区|加长了锚杆的拉拔长度,减小围岩与初支接触压力,改善隧道支护的受力状况,有效地控制隧道变形。     

膏溶角砾岩隧道支护体系力学特性试验研究

 开展膏溶角砾岩隧道支护体系现场试验,研究无水段、高含水量段初期支护锚杆轴力、围岩压力、钢拱架应力及洞周位移、二次衬砌接触压力和钢筋应力。分析表明：高含水量比无水段初期支护受力增大约50%,而二次衬砌受力增长约30%;无水试验段拱腰锚杆主要受压,建议取消拱部系统锚杆,只打设拱部锁脚锚杆,及早封闭成环;高含水量段锚杆主要受拉,发挥拉拔力支护效果,建议锚杆参数不变;初期支护钢拱架架设能够立即承载,发挥支护作用明显。研究成果可为膏溶角砾岩地层隧道及类似工程的修建提供参考。     

大变形锚杆支护效应分析

根据大变形锚杆的力学和变形特性,建立大变形锚杆–围岩相互作用结构模型,研究锚杆加固圆形隧道时的支护效应,并通过数值模拟验证了模型和求解方法的有效性。采用上述求解方法,定量分析了原岩应力、岩体强度以及大变形锚杆安装密度、长度和安装时间对其支护效果的影响规律。结果表明,在高应力或极软岩等恶劣地质条件下,围岩产生较大位移的情况下,大变形锚杆可以更好的发挥支护效应。大变形锚杆加固的主要作用在于限制塑性区围岩的变形,对塑性区边界的位置以及弹性区岩体变形的控制效果不明显。还通过改变安装锚杆时等效内支撑力的大小,揭示了锚杆安装时间对其支护效应的影响规律。研究结果可为大变形锚杆支护设计及参数优化提供基础理论依据。     

中空注浆锚杆在某隧道支护中的应用

针对中空注浆锚杆的支护特点,运用计算软件FLAC3D构建三维数值模型,模拟隧道的开挖和支护过程,分别对比中空注浆锚杆支护和普通砂浆锚杆支护两种工况下的隧道顶板沉降量、衬砌的塑性区和剪应力场的变化。分析得出,中空注浆锚杆比普通砂浆锚杆更好地实现封闭压力注浆,使浆液向围岩空隙和裂缝中扩散,进一步提高锚固作用及改良围岩。     

深部隧道支护系统稳定性数值分析

结合工程实际,利用数值模拟软件FLAC3D模拟了深部隧道围岩无支护,锚杆支护,锚杆、锚索组合支护,锚杆、锚索、衬砌组合支护加固隧道的效果,结果表明加固效果最好的是锚杆、锚索、衬砌组合支护。     

乌鞘岭隧道F4断层区段监控量测综合分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越4条区域性大断层，地质及地应力条件十分复杂，围岩软弱破碎，变形大。针对复杂应力条件下的软岩大变形隧道特点，在F4断层区段施工过程中，严格进行系统、全面、长期的监控量测指导设计施工，以实测的拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初期支护围岩压力、初期支护钢架应力、初期支护混凝土应力、二次衬砌接触压力、二次衬砌混凝土应力数据为依托，进行实测数据与施工工序的关系、围岩压力与位移的关系、量测项目稳定值的预测、多量测项目发展趋势相互关系规律、位移的纵向分布规律、荷载侧压力系数、二次衬砌分担围岩压力比例、二次衬砌施作时机等多项综合分析，及时将处理信息反馈给施工，对开挖后的结构稳定性作出分析判断及采取相应措施。实践证明效果可靠，围岩稳定，结构完好，为保证该区段顺利贯通提供可靠的技术保证。     

软弱破碎围岩隧道锚喷钢架联合支护的复合拱理论及应用研究

初期支护以锚杆、喷层、钢筋网与钢拱架联合支护的方式在软弱围岩和不良地质的隧道建设中已经得到广泛运用,但目前对于这种联合支护的力学承载机制缺乏深入研究,特别是对于联合支护的承载能力及与围岩相互作用没有量化的解析式。根据围岩与支护相互作用特点,运用组合拱理论,针对隧道围岩中锚喷网和钢架联合支护的特点,建立由以系统锚杆为支护外拱和喷层与钢架的支护内层拱所共同构成的复合拱的力学模型;根据隧道围岩的弹塑性理论、衬砌的支护结构理论以及全长锚杆的锚固界面层模型,推求联合支护结构的承载力与围岩变形的相关解析式;并结合云南省麻昭高速公路打堡寨2#隧道,利用现场监测位移求解了内、外层拱各自承载能力,经由计算结果表明,以钢架和喷层组成的内层支护拱在软弱破碎围岩中起主要承载作用。     

高地应力软岩隧道长、短锚杆联合支护技术研究

基于考虑应变软化特性的深埋隧道弹塑性解,采用锚杆中性点理论,系统地分析高地应力软岩隧道短锚杆支护失效机制,并论证高地应力软岩隧道中对锚杆长度进行加长的必要性:一方面增大锚固段的围压以提高黏结强度,另一方面增大锚杆头部和尾部处的围岩位移差以提高锚杆对围压的锚固效用。将高密度支护模式的短锚杆等效为复合岩体,同时将长锚杆对围岩的锚固作用考虑为作用在隧道洞壁处的等效支护力,建立隧道长、短锚杆联合支护力学模型,考虑锚杆和围岩的相互作用,得到长、短锚杆联合支护后的围岩特征曲线。通过对比每延米隧道锚杆用量相同情况下,普通短锚杆支护和长、短锚杆联合支护状态下的围岩特征曲线,说明了长、短锚杆联合支护策略对高地应力软岩隧道变形控制的有效性。该长、短锚杆联合支护力学模型考虑了长锚杆与围岩的相互作用,为高地应力软岩隧道长锚杆支护长度的设计提供了一种计算方法。     

涨壳式预应力中空锚杆支护效果及注浆工艺改进研究

为了研究涨壳式预应力中空锚杆对深埋隧道的支护效果,并对现有注浆工艺提出改进措施,依托中兰铁路香山隧道工程,采用有限差分数值分析软件FLAC3D,对比分析了普通砂浆锚杆和涨壳式预应力中空锚杆支护作用下的隧道围岩变形及应力状态变化情况; 开展现场锚固试验研究,分析了锚杆长度和注浆体龄期对锚杆锚固效果的影响; 进行现场注浆试验研究,分析了注浆方式和注浆压力对涨壳式预应力中空锚杆注浆密实度的影响,并对现有注浆工艺提出了改进措施。结果表明:与普通砂浆锚杆相比,涨壳式预应力中空锚杆控制围岩变形、改善围岩应力状态等的效果更佳,其中围岩变形可减小约40%; 相比于锚固长度,注浆体养护龄期对涨壳式预应力中空锚杆的支护效果影响更为显著,当养护龄期为28 d时,支护效果可提升50.12%; 采用中空杆体内注浆方式时,注浆压力需大于0.8 MPa方可达到最佳效果,且该注浆方式适用于涨壳式预应力中空锚杆水平或向下安装; 采用中空杆体外注浆方式时,宜采用更大的注浆压力,且该注浆方式适用于锚杆向上安装; 改进后的锚杆注浆口可以有效防止漏浆,保证了注浆的密实度,对保护锚杆和加强锚杆与地层联结均有积极作用。     

基于复合岩体法的锚杆支护隧道收敛修正分析

基于复合岩体方法考虑锚杆与围岩的相互作用,在引入加锚效应不均匀性基础上,根据对围岩变形约束程度修正复合岩体等效计算刚度,获得了锚杆支护作用下圆形隧道收敛变形的修正解。对比既有解及数值结果验证了本文解的正确性,修正解合理地降低了既有计算方法对锚杆约束效果的过高估计。结果表明:锚杆通过提高复合围岩等效刚度降低隧道收敛变形;增加锚杆密度比增加锚杆长度对降低隧道收敛更为有效;在常规锚杆布置参数条件下,锚杆支护对隧道最终收敛的降低幅度不会超过20%,难以完全依靠系统锚杆来限制软岩隧道的收敛大变形。本文提出的修正解能合理反映锚杆对围岩收敛变形的约束作用,可为锚杆支护下隧道收敛变形的量化分析提供简洁准确的计算方法。     

大断面深埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究

 黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是争论的焦点,依托正在修建的郑州—西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程,采用现场对比试验方法对深埋黄土隧道系统锚杆的作用效果问题进行研究。为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的函谷关隧道洞身段作为试验段,分别设置有系统锚杆段45 m和无系统锚杆段45 m进行对比试验。对比试验的测试项目有：拱顶沉降、拱脚沉降、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力及锚杆轴力等。试验结果表明：有系统锚杆段与无系统锚杆段的拱顶沉降和水平收敛基本相等;两者的土压力和钢架应力相差不大;锚杆轴力较小,且拱部锚杆受压,边墙锚杆受拉。综合分析后认为,拱部系统锚杆作用效果不明显,取消拱部系统锚杆可减少施工工序,加快开挖面的封闭和全断面初期支护的及早闭合,从而能更好地控制支护结构变形,并节约工程投资。     

高地应力千枚岩隧道支护体系试验研究

成兰铁路茂县隧道穿越龙门山活动断裂带,地层以千枚岩为主,围岩破碎、软弱、强度低,且存在高地应力。在茂县隧道1号斜井施工过程中,遇到了围岩大变形、喷射混凝土开裂、钢拱架扭曲等现象。为了解决这一技术难题,在施工现场将斜井按正洞施作,设置4种不同的支护体系试验段,并对围岩变形、围岩与初支接触压力、钢拱架应力进行监测分析,得出以下结论:I20工字钢刚度低,不能有效地抵抗围岩前期变形,使围岩的变形进入塑性流动阶段;H175型钢刚度大,与3 m长短锚杆相结合能主动控制围岩的变形,能有效地控制围岩前期变形,8 m长的锚杆能被动控制围岩变形,能有效地抑制围岩塑性区的扩大;以H175钢拱架+3 m锚杆+8 m锚杆+喷射混凝土+超前注浆小导管为主的初期支护体系对茂县隧道高地应力千枚岩大变形的控制有较好的效果,可为后期茂县隧道正洞的施作提供指导。     

高地应力软岩隧洞衬砌结构受力及强度安全系数研究

深埋条件下的高地应力软岩隧洞衬砌结构受力与一般隧洞不同,为探明其力学响应特征,依托实际工程对锚杆轴力、钢拱架应力及初支与二衬之间的接触压力进行现场测试,基于强度折减原理,采用有限差分软件Flac3D分析围岩稳定性和二衬受力后的强度安全系数。分析表明:高地应力环境下边墙部位锚杆发挥拉拔力作用明显,锚杆中性点随围岩塑性区发展有向围岩深处移动的趋势;钢拱架以受压为主并能立即发挥支护作用;在保证围岩稳定的条件下,二衬将承担12%的围岩压力,且受力集中的墙脚处二衬强度安全系数最小。     

支护阻力与深部巷道围岩稳定关系的试验研究

 在真三轴试验台上，通过对模型加围压至设计值后开挖巷道，并利用气压支护试验装置在巷道内施加均布压力来模拟支护阻力，真实再现深部巷道开挖与支护过程中围岩的演化过程。应用先进的数字图像采集和相关分析技术对巷道围岩位移场进行量测与分析，探寻不同支护阻力与深部巷道围岩稳定关系，为确保深部巷道工程的稳定提供理论与技术依据。     

碳化泥质板岩大断面隧道围岩松动圈测试研究

围岩松动圈范围是隧道、巷道及类似地下工程设计、施工和评价围岩稳定性的重要技术参数之一。针对吉图珲高速铁路小盘岭大断面碳化泥质板岩隧道在掘进过程中发生的地层变形大、频繁更换钢拱架以及隧道局部多次发生垮塌这一严重现象,采取多点位移计监测及超声波检测技术,对小盘岭隧道围岩松动圈范围进行测试。在此基础上,通过改变围岩壁后注浆深度,对比分析控制效果。现场测试表明,小盘岭隧道围岩松动范围大,平均达到约5 m,隧道开挖右侧松动圈范围大于左侧松动圈范围,原支护方案中锚杆长度仅为4.0 m,径向注浆管长度为3 m,初步判断施工步距大以及锚杆长度过短是造成隧道围岩失稳的重要因素。在后续的施工过程中,采取右侧及拱顶锚杆长度为6.5 m,左侧锚杆长度为6 m,围岩径向注浆管长度增加到5 m,经过优化后的锚杆长度参数明显改善了围岩的支护效果,监测表明隧道拱顶沉降及围岩收敛速率明显减小,拱架受力明显降低,降低了隧道施工风险,并为类似工程的设计及施工提供参考。     

深埋隧道煤层区围岩内部位移特征

隧道围岩内部位移为研究围岩变形、确定围岩松弛范围和检验支护参数是否合理的重要依据.通过采用多点位移计对通渝深埋隧道C1煤层围岩深部位移的量测,分析了围岩深部位移-时间特征、位移-深度特征和围岩松弛范围,预测了围岩的变形发展趋势,并对围岩的稳定性和支护参数的合理性进行了评价,对深埋隧道的设计和施工具有重要的指导意义.