大断面浅埋砂质黏土隧道系统锚杆作用效果研究

依托广东省南昆山隧道项目,进行有无系统锚杆对比试验,对比分析有无系统锚杆试验段的围岩压力、钢拱架应力、拱顶沉降、净空收敛和锚杆轴力。研究表明:系统锚杆在大断面浅埋砂质黏土隧道的作用效果并不明显,可取消拱部的系统锚杆。监测数据显示,有无系统锚杆支护下的围岩压力、钢拱架应力、净空收敛基本相同,有系统锚杆支护下的拱顶沉降比无系统锚杆段减少6. 5%。有系统锚杆试验段锚杆轴力较小,拱部系统锚杆不能发挥作用效果,拱脚系统锚杆作用效果不明显,取消拱部系统锚杆的布设不会对隧道结构的稳定性造成影响。     

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。     

大断面软弱地层隧道施工围岩变形试验及预测

针对大断面碳化泥质板岩隧道在施工过程中极易发生塌方、拱架扭曲变形以及频繁换拱的特点,在小盘岭隧道进出口段选择多个监测断面作为试验段进行现场试验研究。分别对净空收敛变形、拱顶下沉、围岩压力、锚杆轴力、喷射混凝土应变、钢拱架支撑应力、二次衬砌混凝土应变、二次衬砌背部围岩压力进行测试。研究结果表明,隧道持续变形一般到48 d才能稳定,并且累计变形量很大,拱顶沉降最大能达到334 mm,累计收敛值最大能到318 mm。在控制围岩变形方面,对支护参数的监测发现:采取0.5 m的开挖步距,采取I20钢支撑,以及采取隧道衬砌背后的径向注浆,能有效的降低围岩变形及衬砌结构的受力。同时利用BP神经网络方法,能够比较准确的预测隧道围岩在施工过程中的拱顶沉降及围岩收敛,对隧道的开挖具有较大的指导作用。     

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。     

城市环境下TBM施工对围岩稳定性影响的监测分析及支护参数优化

 重庆市轨道交通六号线一期五里店站-山羊沟水库节点工程是TBM首次应用于城市轨道交通的试验段工程,为研究施工期间隧道围岩的稳定情况,进行大量的现场监控量测。基于现场监测数据,研究拱顶沉降、围岩深部位移、锚杆轴力、钢拱架内力及围岩接触应力的分布特性及变化规律,并通过数值模拟进行支护参数优化,为隧道后续施工及设计方案优化提供依据,也可为TBM在类似城市环境中的应用提供参考。     

大跨暗挖地铁车站喷锚式主动支护体系应用效果分析

文中以青岛地铁6号线一期工程石山路站暗挖主体为例,通过调研发现,岩质地层中锚杆作用被严重弱化,导致初支拱架设置过密、喷层过厚、锚杆无法与围岩有效承载等问题突出。文中针对该工程特点,在Ⅲ级围岩段,采用以预应力锚杆+网喷混凝土为主的锚喷式主动支护结构形式,根据数值分析,拱部最大沉降为4.7 mm,边墙最大水平位移为0.2 mm,拱部锚杆轴力约115～126 kN,边墙锚杆轴力约104～109 kN。经现场监测数据反馈,拱顶最大沉降3.2 mm,边墙收敛最大变形约2.4 mm,拱部及边墙锚杆轴力稳定值约100 kN。在硬岩地层中,对预应力锚杆施加预加力,及时恢复围岩三向受力状态,能有效发挥围岩自承能力,控制开挖轮廓变形,保证隧道施工安全。     

穿越页岩段大变形隧道初期支护系统试验研究

为解决马嘴隧道穿越破碎薄层状页岩段时发生的大变形问题,进行了隧道初期支护系统试验研究。现场分别设置Ⅰ14,Ⅰ16钢拱架试验段,通过现场试验、数值分析、室内岩石力学试验综合分析,得出以下结论:马嘴隧道掌子面上半部页岩岩层薄、岩体破碎,裂隙水大,页岩浸水强度减小是拱顶部位发生大变形的内因;格栅架不能满足掌子面开挖后混凝土达到预期强度前的支护要求,Ⅰ14钢拱架支护效果稍优于格栅架,但不能控制围岩的持续变形,Ⅰ16钢拱架立架能提供较大的支护阻力,控制混凝土喷层达到设计强度前的围岩变形,保护混凝土喷层不受破坏,保证支护系统的完整性。现场实证,Ⅰ16钢拱架+系统锚杆+喷射混凝土+钢筋网+超前注浆导管+锁脚锚杆的支护系统能很好地解决马嘴隧道的大变形问题。     

挤压性软岩隧道大变形灾害及控制措施研究

软岩大变形隧道修建时,由于围岩自稳能力弱,隧道时常发生较大收敛问题。根据云南省云临高速公路大亮山隧道地质勘察报告,对ZK20+160～ZK20+320段初期支护大范围开裂、仰拱隆起严重等问题采用有限差分数值方法进行模拟研究。通过对数值模拟结果的分析得出软岩大变形隧道变化规律,并由此提出相应的设计施工优化措施。研究表明：隧道拱顶沉降与仰拱隆起大,隧道围岩塑性区半径大,符合高地应力下软岩大变形隧道开挖的物理力学变化特征;将数值模拟二次衬砌拱顶沉降曲线与现场实测拱顶沉降曲线对比分析,结果表明两者变化规律一致;针对现场初期支护开裂、仰拱隆起与钢拱架扭曲变形等工程问题并结合数值模拟结果,建议采用双层支护、增设锁脚锚杆和仰拱尽早封闭等优化措施控制隧道变形开裂问题。     

软弱破碎围岩隧道钢拱架与围岩受力特征分析

依托某软弱破碎围岩隧道,采用压力盒和钢筋计对围岩压力、钢拱架内力进行了现场测试。数据分析表明软弱破碎围岩应力释放具有明显的瞬时性和流变性;喷射混凝土拱顶和拱脚应力较大,存在开裂脱落现象;钢拱架承载力发挥较早,材料性能利用有限。建议软弱破碎围岩隧道在设计阶段应考虑长期流变荷载,适当提高支护参数。施工阶段应加强拱顶和拱脚处拱架连接、喷射混凝土施工和锁脚锚杆施工质量。     

千枚岩隧道传统与新型支护结构现场对比试验研究

 以在建穿越5•12汶川强震区成都至兰州高速铁路站前试验段某隧道大变形极高风险段为工程依托,运用现场试验与数值模拟手段,针对传统的型钢拱架和新型自主研发的钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,分别对围岩收敛变形、围岩深部位移、围岩与初支接触压力、拱架内力、锚杆轴力、初支与二衬接触压力以及二衬轴向应变变化特征与规律进行研究。结果表明钢格栅混凝土核心筒支护结构体系可有效控制强震区软弱破碎围岩隧道大变形,结构体系变形及受力合理,可为类似工程建设提供借鉴。     

浅埋大断面黄土隧道初期支护安全性分析

以大西客运专线忻州隧道三七微台阶法开挖为工程背景,采用FLAC^3D模拟分析施工过程中初期支护结构的受力特性,并与锚杆轴力和喷射混凝土应力的现场测试结果进行对比分析,最后结合型钢混凝土截面受力计算方法,评价型钢混凝土初期支护结构的安全性。研究结果表明:①型钢混凝土主要承受压应力,且沿隧道中线呈轴对称分布,最大压应力出现在拱腰位置,而拱脚处局部承受拉应力,为施工中的薄弱部位,喷射混凝土应力实测值相对计算值偏小,但分布规律与计算值吻合性较好;②隧道系统锚杆主要承受拉力作用,最大拉力在锚杆1 m位置,沿隧道轮廓从拱顶到拱脚递减,且计算值略大于实测值,两者分布规律一致;③型钢混凝土结构安全系数从隧道拱顶到拱脚依次递增,且同一部位轴力安全系数小于弯矩安全系数,轴力安全系数最小值为3.86,满足规范要求,可适当增大钢拱架支护间距或减小喷射混凝土强度。     

软岩隧洞锁脚锚杆–钢拱架联合承载分析

锁脚锚杆–钢拱架联合支护是控制隧洞拱顶下沉的有效措施。为了研究其承载机制,建立软岩隧洞锁脚锚杆–钢拱架联合承载的力学计算模型,考虑钢拱架与锁脚锚杆连接处的弯矩、轴力、剪力传递及变形协调。将钢拱架处理为弹性固定无铰拱,采用结构力学法进行求解。锁脚锚杆的横向效应和轴向效应分析表达式分别采用弹性地基梁法和荷载传递法进行详细推导。通过实例首先研究锁脚锚杆的内力与变形特性,并与未考虑弯矩传递及变形协调的已有文献中的模型结果进行对比,然后讨论不同打设角度对锁脚锚杆与钢拱架连接处的内力和变形的影响,最后应用该模型对比分析围岩侧压力系数、刚度以及锁脚锚杆各参数对控制隧洞拱顶下沉效果的影响规律。得出以下结论:锁脚锚杆最不利受力位置在与钢拱架焊接的部位,该部位应焊接牢固,并且在计算模型中宜考虑焊接部位的弯矩传递;锁脚锚杆横向效应主要集中在端部附近区域,该区域围岩应重点加固,且锚杆过长对发挥其横向作用并无贡献;其打设角度不宜过大,取45°左右为佳;增大单根锁脚锚杆(管)规格或增加数量,可获得更好的支护效果;设计中,围岩侧压力系数宜考虑较小值。     

千枚岩深埋隧道支护参数对结构受力与变形的影响

为探索成武高速2号隧道支护参数对结构受力与变形的影响,以室内试验、原位试验和现场测试为主要手段,研究了隧道围岩工程特性、初期支护围岩压力、二次衬砌接触压力、拱顶下沉、周边收敛-时间曲线的变化规律; 提出增加单层初支刚度、采用双层初支、增加双层初支刚度3种支护参数方案,再利用FLAC3D有限差分软件分析,以原始支护方案和3种支护参数方案为基础建立4种工况来确定不同支护参数对隧道结构受力与变形的影响。结果表明:在原始支护方案模拟结果中,拱顶竖直位移和拱脚水平位移趋于稳定时分别为185.57 mm和330.51 mm,与现场测试结果相对误差分别为5.5%和7.5%; 采用单层初支时,钢拱架间距由75 m调整为60 m,钢拱架型号由I18调整为I22,拱顶处的竖直位移为161.45 mm,相对于原始设计模拟结果减少了13%,拱脚处水平位移为273.21 mm,减少了17.3%,右拱腰处应力集中值为11.18 MPa,减少了9.1%; 采用双层初支时,2层中钢拱架间距与型号均与原始支护设计相同,为75 m与I18,拱顶处的竖直位移为130.58 mm,相对于原始设计模拟结果减少了29.6%,拱脚处水平位移为227 mm,减少了31.3%,右拱腰处应力集中值为8.24 MPa,减少了33.0%; 采用双层初支时,2层中钢拱架的间距均为60 m,型号为I22,拱顶处竖直位移为80.56 mm,相对于原始设计模拟结果减少了56.6%,拱脚处水平位移为159.34 mm,减少了51.8%,右拱腰处应力集中值为6.13 MPa,减少了50.2%,此工况下隧道支护结构的受力变形限制最好,拱顶沉降为80 mm,周边收敛为160 mm。     

暴雨对块石回填土隧道稳定性的影响研究

为研究暴雨对块石回填土隧道稳定性的影响,以重庆市轨道交通10号线上湾路～环山公园区间内穿越块石回填土段隧道为研究对象,在对其围岩变形和支护结构开展现场监测试验的基础上,采用数值模拟方法对暴雨工况下该区段隧道围岩及支护结构的力学行为变化情况进行分析研究,并与试验结果进行对比分析。结果表明:暴雨对围岩应力场和位移场的影响均主要体现在竖直方向上,其中应力最大增幅为16%,拱顶沉降增幅约50%,地表沉降增长接近1倍;暴雨发生后,只有拱脚部锚杆轴力有所增加,最大增幅约为24.32%,其余部位锚杆轴力均出现不同程度的减小;初期支护、仰拱和二衬的内力虽然在暴雨后均有不同幅度的增大,但其总体分布规律与降雨前大致相似。     

高地应力特长大断面隧洞围岩稳定监测与分析

对大埋深高地应力大断面引水隧洞开挖围岩稳定问题,运用隧洞施工理论和监测技术与方法,充分结合工程实际,采用断面收敛仪、多点变位计、振弦式锚杆应力计等监测仪器及方法对围岩收敛变形、隧洞围岩深部变形以及锚杆轴力等围岩稳定进行监测和分析。结果表明：大埋深软L弱围岩地质条件下,隧洞会产生大变形,即使是在初期支护的作用下,净空收敛的量值和速率在测试初期也是很大：隧洞开挖效应对左右边墙锚杆的轴力变化影响较大,而对拱顶锚杆的轴力变化影响较小;洞室开挖侧墙水平应力释放容易导致高边墙产生片帮、剥落,在开挖时应加强高边墙的位移和应力监测,适时进行支护。     

不同岩性接触带超前支护厚度对隧道稳定性影响研究

文章针对不同岩性接触带围岩软硬不均、自稳能力差的特点,采用数值模拟与理论分析相结合的手段,分析和探讨了超前支护厚度对围岩稳定性的影响规律。研究结果表明,在红黏土与砂岩夹泥岩接触带地层和黏质黄土与红黏土接触带地层中,超前支护的厚度对拱顶沉降影响较大,对隧道拱腰收敛和仰拱隆起影响较小;施作超前支护能降低初期支护的应力,但超前支护的厚度对初期支护最大应力和应力分布影响有限。     

富水断层破碎带隧道施工方案及参数优化研究

为解决富水断层破碎带隧道工程施工的变形和止水问题,以荼斜隧道断层破碎带F1～F3段施工为研究对象,运用了数值模拟与现场变形监测的方法,研究了不同参数设置工况下超前小导管注浆技术的加固支护效果,并对注浆加固施工方案参数进行了优化。研究表明,选取超前小导管注浆法施工方案能够起到超前预加固、超前止水和超前支护的作用,同时能在施加注浆后与钢拱架共同工作,形成稳定的受力结构;富水断层破碎带围岩范围内,拱顶沉降曲线和水平收敛曲线表现为抛物线型“下凹”;增大注浆厚度,可以有效改善隧道拱顶沉降、水平收敛;增加拱顶注浆范围,在一定程度上可以改善隧道拱顶沉降、水平收敛,但改善的幅度有限。     

隧道穿越软弱破碎带超前支护加固效果分析

为研究管棚支护在软弱围岩中对隧道的影响，文章依托亚曲滩隧道穿越软弱围岩的浅埋暗挖工程进行模拟分析。研究结果表明：拱顶管棚挠度沿隧道纵向逐渐减小，洞口位置处挠度较大，末端挠度最小。拱腰管棚的挠度值相对较小，约为拱顶管棚挠度的1/2，且变形由两侧拱腰向拱顶递增。拱顶管棚轴力沿隧道纵向先受压后受拉，拱腰管棚轴力也是先受压后受拉，但拱顶轴力约为拱腰轴力的两倍，并且轴力由拱顶向拱腰两边递减。随着管棚直径的增大，隧道拱顶、拱底和拱腰逐渐减小。管棚直径对拱顶沉降的控制效果最好，其次是拱底，最后是拱腰。随着直径的增大，隧道拱顶、拱底受直径的影响逐渐减弱，变形速率逐渐下降。间距的增大导致隧道拱顶、拱底的变形增加，变形速率逐渐上升。管棚加固区厚度的增大使得隧道拱顶、拱底和拱腰的变形逐渐减小。管棚加固区厚度增大对拱顶沉降的控制效果较好，其次是拱底，最后是拱腰。在管棚加固时，应特别关注隧道拱顶的情况。该研究结果可为类似工程提供一定的借鉴作用，对隧道结构的安全有积极作用。     

大梁隧道软岩大变形及其支护方案研究

针对大梁隧道工程地质特点,开展隧洞开挖后围岩大变形现场监测与分析,得知隧洞变形具有变形速度快、持续时间长和变形量大的特点,最大下沉量可达55 cm,最大变形速率为1.69 cm/d。通过开展岩石试样单轴、三轴压缩破坏试验,采用广义Hoek-Brown准则,确定岩体常规弹塑性力学参数;结合隧洞变形监测数据,将隧洞围岩视为具有弹塑性流变行为的连续介质,采用经验流变模型,开展有限元反演分析,得到岩体流变力学参数。根据数值仿真结果,分析隧道围岩位移、应力及损伤区分布规律,从而为支护方案修改设计和参数调整提供依据。在上述研究基础上,应用新奥法施工力学原理,提出加大预留变形量,拱顶超前注浆加固围岩,打拱脚长锚杆控制拱架整体下沉,并采用钢拱架(拱架之间采用型钢连接)+锚杆+钢筋网协同支护,构成软岩大变形洞段联合支护方案,成功解决了大梁隧道破碎、软弱围岩地段的施工与支护难题,经施工后巷道稳定性良好。     

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。