N-J水电站引水隧洞大变形段长期稳定性分析

深埋软岩隧洞围岩蠕变特性将会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以巴基斯坦N-J水电站深埋引水隧洞的泥质粉砂岩为研究对象,通过室内的三轴蠕变试验,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型。通过对大变形段围岩变形监测结果的反演分析,得到了围岩体的蠕变参数,并基于此对引水隧洞软岩大变形段的长期稳定性进行了分析。结果表明,引水隧洞运营10年后,围岩的拱顶下沉增量为20.3mm,水平变形增量为18.1mm,衬砌的受力主要以压应力为主,最大压应力达到了63.4 MPa,主要出现在拱顶和拱腰部位,出现了局部的受压破坏,为保证隧洞安全,需在拱顶和拱腰部位进行加强支护。     

复杂地质条件下大埋深隧洞衬砌与围岩协同作用#br# 物理模型试验研究

围岩-支护协同作用是地下工程支护结构设计的核心问题,关乎着地下工程建设的成败。为揭示深埋隧洞围岩与支护结构协同作用机理,以滇中引水最大埋深约1512m的香炉山隧洞为研究背景工程,首次开展复杂地质条件下深埋隧洞衬砌与围岩协同作用真三维地质力学模型试验,真实再现隧洞开挖与支护的施工全过程。模型试验研究表明：1）不同地质条件下隧洞围岩的应力释放过程不同,硬岩隧洞围岩应力释放速率先慢后快,软岩隧洞应力释放速率先快后慢;2）不同地质条件下隧洞衬砌与围岩接触压力的分布形式不同,硬岩隧洞最大接触压力位于拱肩,软岩隧洞最大接触压力位于拱顶;3）衬砌与围岩协同作用包括两种应力释放机制、3个施工阶段和4种承载状态;4）不同地质条件下隧洞衬砌施作后围岩和衬砌承担的荷载比例不同,硬岩隧洞围岩平均承担约85%的荷载,衬砌约承担15%的荷载,软岩隧洞围岩平均承担约25%的荷载,衬砌承担约75%的荷载。     

软岩隧洞围岩长期稳定性研究

以某洞线穿越典型软岩砂质泥岩地层的水电站引水隧洞为例,基于卸荷岩体力学理论,采用FLAC3D有限差分程序对其施工、运行及流变过程中围岩的受力和变形情况进行模拟,结果表明:(1)分部开挖并及时支护的施工方式能够较好地控制围岩的变形;(2)隧洞开挖后,洞周围岩产生较大的指向洞中的变形,开挖面附近围岩所受压应力大大减小,但总体仍为受压;(3)后期正常运行过程中,洞周围岩的变形逐渐趋于稳定,应力也逐渐向着有利于隧洞整体稳定的方向发展,表明隧洞的长期稳定性良好。研究成果可为软岩地层中隧洞的施工安全及长期稳定性研究提供一定的参考价值。     

软岩隧洞开挖施工技术

在软弱围岩条件下采用钻爆法开挖隧洞,应采取措施减少爆破的负影响并加强支护以保证围岩的稳定。本文结合工程实际介绍了软岩条件下隧洞开挖和支护的施工方法。并阐述了软岩隧洞钻爆开挖的施工经验。     

厦门岩内隧道长期稳定性分析

软岩隧道围岩蠕变特性会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以厦门岩内隧道为研究对象,对取自现场的全风化花岗岩进行了一系列三轴蠕变试验研究,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型,通过对试验数据的分析得到了隧道围岩的蠕变参数。将全风化花岗岩蠕变模型嵌入到有限元程序中,对岩内隧道的长期稳定性进行了分析。结果表明,由于围岩的蠕变特性,隧道建成2年内围岩的变形较大,但逐渐趋于稳定。隧道运营10年后,围岩变形导致的衬砌破坏区主要集中在拱脚部位,面积较小,不会对隧道的长期稳定性产生影响。     

软岩及土质隧洞围岩稳定性评价新方法

首先提出对于软岩(土质)隧洞及时支护下的围岩变形稳定性可转化为支护结构的安全性这一评判理念,在此基础上进一步将初期支护(喷层)不出现拉压破坏时围岩与支护结构的对应变形作为评判标准,提出软质隧洞围岩稳定性评判新思路;考虑到支护结构内力的监测不便、不准,而支护结构的收敛变形监测较为方便与可靠这一工程现实,再次通过数值试验的方法,将支护结构的极限应力科学地转化为对应的支护结构的允许变形,进而建立能够考虑初期支护安全性的围岩稳定性评价新方法。该评判方法在新疆库尉输水隧洞工程的成功应用表明其具有较好的可靠性和适用性。     

不同工法下层状软岩小净距隧道围岩稳定性研究

以湖北某高速公路修建的层状软岩小净距隧道为工程背景,利用FLAC3D软件对层状软岩小净距隧道围岩稳定性进行了数值分析,主要考虑Ⅳ级围岩、中岩墙厚度一定时,不同开挖方法对围岩稳定性的影响,并探讨了层状软岩小净距隧道开挖稳定机制,分析了倾斜状层状软岩小净距隧道开挖后应力场分布特征,研究结果可为类似工程施工提供参考。     

巴基斯坦卡拉奇核电站排水隧洞变形模拟分析

目前,国内对于普通隧洞已经有了深入的研究,然而对于复杂的软岩排水隧洞工程,国内的研究相对较少,因此有必要对软岩排水隧洞变形分析进行研究,把不同埋深下软岩隧洞的变形作为研究重点。运用三维有限差分软件FLAC3D,根据巴基斯坦卡拉奇k2/k3核电厂排水隧洞支护参数与地质资料,对不同埋深下隧道初期支护与围岩竖向位移进行了仿真模拟,得出随隧洞埋深增大,初支压应力值逐渐增大,并且应力的变化率逐渐减小,初支压应力最大值位于两侧拱腰处。隧洞开挖后,初支受力达到其材料参数允许值,隧洞最大变形值大致稳定,因此建议其安全控制基准值设定为55 mm。与原设计对比,围岩位移与初支受力均略超过设计的安全范围,因此需要进行适当的加强,以保证工程的质量与安全。     

软岩隧洞最佳支护时机分析

采用隧洞松动圈理论,分析了围岩的松动变形机理,借此阐述了最佳支护时机的理念,对软岩隧洞的支护优化作出理论分析,并依据工程实例进行了说明,对隧洞工程施工具有重要意义。     

地下软岩工程可靠度研究

软岩工程是岩体力学研究领域的难点问题之一。影响地下软岩工程围岩稳定性因素比一般的岩体工程存在更大的随机性和不确定性 ,因此 ,在地下软岩工程围岩稳定性分析方法中开展可靠度方法的研究是非常必要的。本文分析了软岩工程围岩的物理和力学参数的随机性。根据煤矿地下软岩巷道特点 ,建立了在近水平层状力学介质中和似连续力学介质中这两类主要软岩巷道围岩在锚喷支护下的可靠度分析方程。工程实例分析验证本文的研究结论是可信的 ,展示了其广阔的应用前景。     

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术

以铁路隧道为背景,采用数值分析手段,并结合部分现场监测资料,对软弱围岩隧道台阶法施工过程中隧道拱脚变形特征、上台阶基底围岩失稳形态及拱脚稳定性控制技术进行分析。结果表明:(1)软弱围岩隧道施工过程拱脚沉降和水平收敛均表现突出,在实际工程中,拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一。(2)拱脚部位围岩屈服程度相对较高是该处施工变形显著的根本原因。在台阶法施工过程中,基底围岩的破坏形式随台阶高度的增加由拱脚局部失稳逐渐向基底整体剪切失稳过渡。(3)从对隧道拱脚及洞周变形控制效果出发,IV级围岩可采用长台阶法施工,V级围岩宜采用短台阶法施工,而VI级围岩应采用微台阶法施工。(4)从不同台阶高度条件下极限位移的计算结果可以看出,对于软弱围岩隧道,施工中在确保掌子面稳定的前提条件下,适当增加台阶高度有利于围岩的稳定。(5)扩大拱脚和临时仰拱2种工法对控制拱脚及洞周变形均有明显的效果。扩大拱脚技术适用于拱部沉降显著的工程,而临时仰拱技术则更适用于水平收敛显著的区段。     

浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析

 重叠隧道施工必然发生相互影响,产生诸如地表沉降难于控制等一系列问题,特别是在浅埋富水软弱围岩条件下修建重叠隧道,此类问题更加明显。通过对深圳地铁一期工程国贸～老街区间重叠隧道施工引起的地层变形实测分析,得出了富水软弱围岩条件下浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层运动规律。在该类地层条件下施工重叠隧道,具有变形量大、地表沉陷突发、地层损失率高(地层损失率高达9.2%,远大于一般地层)、地表横向沉降槽局部曲率和斜率大的显著特征。结合隧道围岩性质试验成果和现场工程条件,对地层变形机制及其主要影响因素进行分析,在此基础上提出该类围岩条件下施工浅埋暗挖重叠隧道控制地层变形的技术措施,并在深圳地铁I期工程的后期施工中得到充分利用,取得了显著效果。研究成果对同类地层暗挖重叠隧道施工地层变形控制具有借鉴和参考价值。     

围岩量测技术在长岭隧道中的应用

以实际工程为例，系统地阐述了隧道工程中围岩量测技术的量测方法、注意事项、量测数据的处理以及围岩稳定性的判别方法；通过施工现场监测，探讨了围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度。     

Dynamic design method for deep hard rock tunnels and its application

Numerous deep underground projects have been designed and constructed in China, which are beyond the current specifications in terms of scale and construction difficulty. The severe failure problems induced by high in situ stress, such as rockburst, spalling, damage of deep surrounding rocks, and timedependent damage, were observed during construction of these projects. To address these problems, the dynamic design method for deep hard rock tunnels is proposed based on the disintegration process of surrounding rocks using associated dynamic control theories and technologies. Seven steps are basically employed:(i) determination of design objective,(ii) characteristics of site, rock mass and project, and identification of constraint conditions,(iii) selection or development of global design strategy,(iv)determination of modeling method and software,(v) preliminary design,(vi) comprehensive integrated method and dynamic feedback analysis, and(vii) final design. This dynamic method was applied to the construction of the headrace tunnels at Jinping II hydropower station. The key technical issues encountered during the construction of deep hard rock tunnels, such as in situ stress distribution along the tunnels, mechanical properties and constitutive model of deep hard rocks, determination of mechanical parameters of surrounding rocks, stability evaluation of surrounding rocks, and optimization design of rock support and lining, have been adequately addressed. The proposed method and its application can provide guidance for deep underground projects characterized with similar geological conditions.     

变截面洞库围岩稳定性数值模拟

根据德鲁克-普拉格屈服准则,使用三维有限元数值分析方法,研究了某变截面地下洞库开挖过程中引起的围岩变形规律和岩体稳定性。分析结果表明,在Ⅱ类围岩条件下岩体变形值较小,洞库变截面处岩体是稳定的;但在Ⅲ类围岩中,变截面处围岩出现明显的塑性区,且塑性区的范围随着扩大断面跨度的增大而扩大。     

隧道围岩断面轮廓分形维数与节理参数关系

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性影响比较大,研究超欠挖规律,对于掌握围岩受力,保证施工安全,具有较为深远的意义。根据小波分析的多尺度功能以及隧道断面轮廓超欠挖序列的统计自相似性特点,对白鹤隧道47个断面轮廓采用小波理论估算分形维数。结合现场调查的节理参数统计数据,分析隧道围岩断面轮廓分形维数与节理参数之间的关系。结果表明:分形维数越大,围岩稳定性越差;洞轴线与节理走向夹角越大,断面轮廓分形维数就越小;节理间距为0.25～0.40 m时,节理间距越大,分形维数越大;超挖百分比越大,分形维数越大。     

深部地下洞室施工期围岩大变形机制分析

大岗山水电站引水发电系统地下洞室埋深大,花岗岩因风化卸荷强烈,岩脉破碎带发育,应力较高。在施工过程中,岩脉、断层穿越的主变室部位出现较大的变形,严重影响施工安全与进度。采用地质调查和现场监测的方法,结合现场施工情况分析主变室围岩大变形特征和机制,提出2种可能的大变形破坏模式,分析影响围岩大变形的因素,并评价主变室的稳定性。研究结果表明:主变室围岩大变形主要受辉绿岩脉8 1和断层f59,f60控制,同时,地应力高、施工强度大、支护进度滞后加剧围岩的大变形。深部地下洞室施工期的地质调查及现场监测可以及时预测高应力区卸荷围岩的大变形,以确保洞室施工期的稳定安全。研究成果对类似工程具有重要的参考价值。     

围岩变形内表比及一种新的巷道围岩分类法

根据现场实测资料和数值模拟计算结果,研究了几种不同类型巷道围岩变形规律,提出更能反映围岩变形规律和变形状态的"内表比"概念,进而考虑依据巷道围岩表面变形量和内表比值两个参数,提出一种新的巷道围岩分类法,并根据各种支护所容许的极限变形量,给出相应的合理支护形式。     

大断面小净距公路隧道现场监测分析研究

针对大断面小净距隧道的特点,对福建省鹤上隧道进行地表下沉、围岩内部位移、洞周收敛、拱顶下沉、围岩压力、衬砌内力等项目的监测工作。基于监测结果,分析该隧道围岩和支护系统的变形及受力特点,指出小净距隧道开挖影响的时空范围和隧道衬砌支护的最佳时机,并为支护体系的优化提供依据。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。     

北京地铁矿山法施工隧道坍塌原因分析及预防处理措施

北京地铁隧道在采用浅埋的矿山法进行施工时,由于城市环境、地质条件十分复杂以及施工措施尚不够完善,矿山法施工的隧道多次发生坍塌事故。本文通过对矿山法的工程地质及水文地质条件、施工方法以及其它因素进行分析,总结了造成隧道坍塌的几个主要原因,并提出包括搜集隧道周边工程建设环境条件、进行安全风险识别与评估、进行围岩稳定性评价、采取超前预报和施工监测措施对隧道施工坍塌事故进行预防,对地铁勘察工作提出更高要求,同时对隧道坍塌提出了一些处理措施。