小断面隧道软弱围岩台阶法施工参数优化研究

为减小三台阶开挖法对隧道软弱围岩的变形影响,依托崤山隧道,通过数值模拟对三台阶开挖时的台阶长度、高度进行优化,研究分析不同台阶参数下隧道围岩变形情况及掌子面的稳定性,结果表明根据各参数对围岩变形及掌子面稳定性的影响,上中台阶高度宜取0.35H～0.4H;考虑到隧道小断面施工空间问题,上、中台阶长度宜控制在5m左右.通过隧道三台阶开挖实测变形分析,最大拱顶沉降为40.3mm,最大水平收敛为33.28mm,均控制在预留变形量之内,且支护结构的变形具有一定的规律性.     

公路隧道软弱围岩台阶施工方案优化研究

在公路隧道建设中,台阶法是应用最多,且最为广泛的工法。但目前在国内外,未有相关的规范明确规定该工法的施工参数,从而导致在软弱围岩开挖过程中,由于上台阶开挖高度过大或上下台阶之间的长度过长而发生掌子面坍塌、衬砌变形开裂等事故。文章根据上下台阶法的施工工序,通过数值计算Ⅳ、Ⅴ级围岩在不同开挖高度及上下台阶之间的长度对围岩变形的影响,确定出合理的台阶法施工参数,从而为施工方案制定及施工组织设计提供理论支撑,并且可为施工力学研究等方面提供参考与借鉴。     

软弱围岩隧道超前支护加固形式研究

以某软弱围岩隧道为背景,通过数值模拟分析不同超前支护加固形式对隧道结构和掌子面稳定性的影响,并对不同的加固形式进行对比分析。分析结果表明：地表注浆加固距离隧道拱顶接近1.2 m时,对隧道拱顶沉降的控制效果显著提升;管棚支护加固区厚度越大,对隧道拱顶沉降的控制效果越好;采用地表注浆加固、管棚支护加固和联合支护时,掌子面的挤出变形趋势基本一致,中部的挤出变形值最大;采用联合支护时,掌子面中部的竖向挤出变形值最小,相比未支护、地表注浆加固和管棚支护加固竖向挤出变形值分别减小了约38.5%、27.3%和9.1%;在同一水平线上,掌子面的横向挤出变形值基本相同,隧道开挖断面距掌子面3 m处,掌子面中部的横向挤出稳定变形值长度较长,而隧道开挖断面距掌子面6 m处,掌子面中部的横向挤出稳定变形值长度较短。相关研究成果可对软弱围岩隧道支护提供借鉴。     

软岩隧道台阶法含仰拱一次开挖台阶高度与长度研究

软弱围岩隧道采用传统台阶法施工时,仰拱的开挖及其初期支护均作为独立工序存在,可能引起由于初支封闭不及时而产生的初支过大变形、掉拱、关门塌方等安全事故,与掌子面开挖施工不可避免会产生相互干扰。依托蒙华铁路段家坪隧道,采用FLAC3D数值模拟方法,建立不同台阶高度和长度的数值模拟计算模型,从拱顶沉降、周边收敛、初期支护的最大主应力、掌子面稳定性、施工工效和施工便利性方面,对软弱围岩隧道台阶法(含仰拱)一次开挖台阶高度与长度进行研究,研究结果表明,中台阶高度宜控制在3m左右,下台阶高度控制在隧道高度的30%~45%之间且不宜小于中台阶的高度,上台阶高度控制在隧道高度的25%~40%之间,中上台阶长度易控制在4~6m以内,为工程施工提供参考。     

软弱夹层引起围岩系统强度变化的试验研究

堡镇隧道地质条件复杂,埋深大且地应力高,地下水丰富,岩体软弱破碎,隧道自稳能力差,存在顺层偏压。围岩变形具有"变形速度快、变形量大且破坏严重、持续时间长"的基本特征,同时又表现出时间上和空间上不均匀、不对称等诸多特性。通过对隧道左线出口段围岩变形量测资料和掌子面地质素描的比较分析后发现,掌子面有软弱夹层沿洞室径向分布时,其变形破坏程度较相邻段同类围岩严重得多,不同夹层厚度对围岩变形的影响程度也不同。因此,依据堡镇隧道开挖以来变形破坏程度最严重的高地应力炭质页岩段软弱夹层和围岩的典型组合结构,设计了不同厚度软弱夹层的三轴试验方案,进行了含软弱夹层围岩的室内三轴试验研究和三轴力学性质测试,描述了软弱夹层厚度为2.5 cm和围压为4 MPa时的全应力–应变曲线特征,探讨了系统强度变化规律,分析了围压和夹层厚度对系统强度变化的作用机理及特点。     

软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术EI北大核心CSCD

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。     

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。     

榴桐寨隧道高地应力软岩大变形机理研究与施工措施应用分析

软弱围岩在高地应力作用下发生大变形及破坏的特征不仅受围岩本身力学性质的影响,还与原始地应力状况及工程因素等有关。榴桐寨隧道埋深约1 400 m,围岩以软岩为主,构造带可能应力集中,软岩存在大变形问题。隧道软质岩大变形主要影响因素包括地应力条件、岩体强度、地质构造影响程度、地下水发育特征、围岩分级、岩石膨胀性。当围岩内部的最大地应力与围岩强度的比值达到某一水平时才可能发生软岩大变形。研究表明,当强度应力比小于0.3～0.5时,即能产生比正常隧道大一倍以上的变形。通过对榴桐寨隧道发生软岩大变形的机理研究,找到一套行之有效的施工控制措施是保障施工及运营期安全的关键。     

软弱破碎围岩隧道开挖工法比选研究

软弱破碎围岩隧道的开挖一直是隧道工程施工的难点,其特点在于围岩开挖后变形量大,掌子面易失衡,施工过程中经常出现掉块滑塌等现象。为了进一步研究软弱破碎围岩隧道的合理开挖方法及施工过程中围岩和支护结构的应力、位移等变化,依托金家庄特长隧道工程,采用FLAC3D三维数值模拟手段分析了隧道在不同开挖方法(两台阶法、三台阶预留核心土法)下的受力及变形规律特征,研究表明:(1)开挖过程中采用三台阶预留核心土法时,围岩整体变形较两台阶法小;(2)从初支、二衬结构受力情况得出,采用两台阶法施工优于三台阶预留核心土法;(3)隧道的开挖工法应随开挖揭示的围岩的情况进行相应的调整。     

软岩公路隧道全断面开挖下拱顶沉降和掌子面挤出变形研究

为研究软弱围岩隧道在全断面开挖方式下的施工安全,对隧道的拱顶沉降变形进行现场实测,并通过数值模拟研究隧道的拱顶沉降、掌子面挤出变形及其相互关系。得出隧道的现场监控量测数据比数值模拟结果小,因为实际监测数据仅监测隧道开挖支护后的沉降,未考虑隧道的先行位移;在隧道监控量测数据的处理中,只把拱顶沉降作为隧道围岩稳定的判定指标是不够合理的,还应该考虑到拱顶沉降的收敛速率;在隧道掌子面强度不足时,掌子面会发生水平左右大致对称、竖向中心偏下的"啤酒肚"形状的挤出变形;在掌子面上的各处的挤出变形均与该掌子面处的拱顶沉降变形大致呈线性关系。     

软岩隧道玻纤锚杆预加固掌子面的稳定性分析

本文研究了玻璃纤维锚杆控制围岩变形的效果。玻璃纤维锚杆作为一种新型的掌子面加固技术,可以很好的控制围岩变形,提高围岩的稳定性。为了研究玻纤锚杆的作用效果,本文结合兰渝铁路桃树坪隧道,采用数值模拟方法对掌子面不同加固方式对地层变形的影响进行模拟,并分析了玻纤锚杆不同参数对掌子面稳定性的影响,结果表明：(1)玻纤锚杆可以提高掌子面前方围岩的物理力学参数,从而提高施工的安全性|(2)施做玻璃纤维锚杆可以减少40%以上的掌子面挤出变形|(3)玻纤锚杆的作用效果与设计参数密切相关,采用锚杆密度0.75根/m2,锚杆长度14m时,控制变形的效果最好。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

软弱破碎带不同施工工法隧道围岩变形分析

依托中条山特长公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D,对隧道开挖支护过程采用的不同施工工法下的施工过程进行了数值分析,对各工况下围岩变形规律进行了研究,研究结果表明:单侧壁导坑法施工拱底隆起与拱顶沉降的差值较小,可防止因拱底隆起过大而造成的隧道底板的破坏,核心土在维持掌子面稳定方面作用显著,在软弱围岩地层中台阶法与预留核心土法相比优先选用预留核心土法。     

大断面软岩隧道开挖空间效应影响分析

以长城岭软岩隧道为背景,通过现场监测和数值模拟,分析了隧道施工过程中围岩变形的三维空间演化规律,得出不同施工工法、断面尺寸和围岩等级对隧道开挖面空间效应的影响;结合正交实验和极差分析得到三类因素对开挖面空间效应影响的优先次序.结果表明:开挖面从逼近监测断面到通过监测断面再到远离,围岩主要经历了预变形、急剧变形和变形稳定...     

高地应力深埋隧道断裂破碎带段大变形控制现场试验研究

丽香铁路中义隧道出口平导玉龙雪山西麓断裂破碎带段围岩软弱、破碎,受高地应力及断裂破碎带影响严重,边墙大变形灾害突出,以此为研究背景,开展了4种围岩大变形控制措施的现场试验研究。试验结果表明:采用普通加强支护措施(工况1),无法控制该段围岩变形;采用"抗放结合"控制措施,下部围岩应力释放需缓释,采用工况3(双层支护+下台阶、仰拱分开施作)方案,试验段围岩应力得到较好控制,但其工序繁琐,施工进度缓慢;采用"强支"理念的工况4(单层支护+加强拱架+预留应急加固措施)方案,最大日变形速率、累计最大变形量均最小,分别为3.2 cm/d和62.2 cm,试验段全长围岩累计变形量在可控范围内,施工工序较为简单,施工月进尺可达90 m以上;考虑到平导需发挥超前作用,建议中义隧道出口平导玉龙雪山西麓断裂破碎带段采用工况4方案进行施工。研究结果可为类似工程提供参考。     

隧道围岩与支护结构变形协调控制机理及工程应用

为解决高应力下隧道岩爆以及软岩大变形控制难题,本文从隧道围岩荷载与支护平衡、变形协调控制及围岩能量守恒三方面进一步分析地下工程平衡稳定方法的特点;根据不同围岩级别总结地下工程平衡稳定方法中隧道支护结构抗力与围岩变形特征曲线,并提出隧道围岩支护的施工建议;通过分析围岩与支护结构有效荷载传递规律与功能转换特征,揭示围岩平衡与支护结构变形协调控制机理,并结合高应变吸能层材料设计一种表征为“吸能让压 支承抗压”的一体化新型隧道围岩支护工艺。通过工程应用表明,基于新型支护工艺在岩爆、软岩大变形隧道中围岩压力降低28.09%,保障了隧道安全高效施工。     

浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究

隧道进口段围岩常常具有浅埋、偏压、风化严重等特点,若施工处理不当,极易造成洞口边、仰坡滑动和洞内塌方等事故,从而影响隧道正常施工和人员安全。结合具体工程,对浅埋偏压隧道进洞施工开展了三维数值模拟,并结合监测数据分析了施工对围岩和支护结构力学特性的影响,主要结论如下:围岩变形具有非对称性,浅埋侧围岩变形量要小于深埋侧;随着隧道的逐步开挖,隧道深埋侧拱脚和浅埋侧拱肩处围岩易于发生剪切破坏,而且围岩的塑性区也主要位于这两个区域,并逐渐向拱顶上方贯通;初期支护结构的受力状态受偏压地形影响显著呈非对称性,而超前支护受偏压影响较小;现场实测围岩变形与计算结果较为吻合,且变形在22天后达到稳定状态。     

隧道底部结构受力与变形的现场测试与分析

采用现场测试方法,对隧道底部结构的变形、仰拱混凝土和钢筋中的应力进行了长期测试和分析。受围岩释放荷载、隧道二衬自重及上部围岩荷载以及道床设施和运营列车荷载的作用,隧道底部结构在整个施工过程中经历了隆起—下沉—隆起—下沉的反复变化过程,仰拱混凝土及钢筋同样经历了拉—压—拉—压的反复变化过程;围岩条件越好,隧道底部结构中的应力和变形最终值及其变化幅值越小;整个隧道施工过程中,隧道底部结构的最大下沉小于 5.0 mm ,混凝土中的最大拉压应力小于 2.0 MPa ,满足高速列车的安全运营要求;隧道二次衬砌施作之前仰拱处于最不利的受力状态,施工中应及时将隧道二衬闭合成环,以保证隧道仰拱结构处于较佳的受力状态;隧道开挖后的应力重分布持续时间一般在 2 a 以上。     

盾构隧道同步注浆引起的地表变形分析

壁后注浆是盾构隧道施工的关键环节,对控制地表变形影响显著。为建立同步注浆引起的地表变形计算理论,在分析同步注浆对隧道周围土体的作用机理的基础上,将同步注浆对地层的压力效应概化为半无限弹性体中的柱形孔扩张问题,采用镜像法导出了同步注浆引起地表变形的计算式。通过一具体实例,分析了影响同步注浆引起地表变形的因素,结果表明：同步注浆引起的地表变形值受注浆压力、隧道埋深、隧道开挖半径、初始水土压力、土体弹性模量、泊松比等因素影响。     

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。