岩溶隧道施工围岩变形动态监测与仿真分析

 岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以达成高速铁路宝石岩隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件FLAC3D进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致。结果表明：隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是较危险区域;靠近溶洞的隧道左侧特征位置的位移值要比远离溶洞的隧道右侧相应部位的位移值大,其中,左边墙的水平位移是右边墙的2倍左右。随着开挖断面处溶洞尺寸的逐渐增大,拱顶下沉位移增量最大,边墙水平位移增量次之,腰拱水平位移增量最小。溶洞顶部下沉位移和靠近隧道的溶洞右侧部水平位移较大,溶洞其他部位的位移值较小。侧部含有溶洞的隧道,其围岩变形的非对称性容易使隧道受“偏压”。所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

岩溶隧道施工过程中围岩位移特征分析

岩溶区隧道因受岩溶发育程度的影响,其围岩位移特征与一般隧道存在较大区别。以宜万铁路某岩溶隧道为工程背景,对侧部含有溶洞的隧道施工过程中的围岩位移特征进行了相似模型试验和现场测试。结果表明:隧道开挖后,围岩分别向溶洞内和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形,是最危险区域。靠近溶洞附近的边墙、拱肩和拱顶处围岩的位移值要比远离溶洞侧的相应部位处的围岩位移值大。研究结论对岩溶隧道的设计与施工具有一定的参考价值。     

下伏溶洞对穿越上砂下黏地层隧道管片变形影响分析

以武汉地铁6号线Ⅱ标段"前马区间"为工程背景,针对其上砂下黏且下伏灰岩溶洞发育的地质条件,运用有限差分软件FLAC3D 5.0建立三维数值分析模型,在考虑流固耦合效应的基础上,研究下伏溶洞对穿越上砂下黏地层盾构隧道管片变形的影响。针对不同的溶洞距基岩面距离d、溶洞直径D、跨度w、溶洞充填率ω,分析隧道管片水平及竖直方向变形。结果表明:溶洞距基岩面距离d越大、溶洞直径D越小、跨度w越小、溶洞充填率ω越大,隧道管片的变形越接近无溶洞情况;下伏溶洞的存在一定程度上抑制管片的水平位移收敛变形;ω从0.75增大到1.00时,管片竖向变形大幅度减小,进行溶洞处理时需充分注浆。     

隧道侧部侵入充填型溶洞雷达探测及注浆模拟

依托郑西高速下营隧道,运用地质雷达对下营隧道侧部充填型溶洞进行了探测,总结了下营隧道充填型溶洞地质雷达图像典型特点。基于地质预报结论,运用ABAQUS有限元软件,从围岩应力及初支结构形变两方面对不同深度径向注浆加固方案进行了模拟分析,优化了溶洞处治方案。结合现场监测结果证明注浆加固体可以和围岩形成应力圈共同受力,改善溶洞引起的隧道围岩偏压,减小初支结构变形。随着注浆加固深度的增大,加固效果的提升会逐渐降低,采用5 m的加固深度能达到比较好的处治效益。     

溶洞形态对隧道围岩稳定性影响研究进展

随着我国交通运输业的快速发展和科学技术的日益革新,隧道方案如今在全国范围内得到广泛应用,大量隧道穿越岩溶地区,岩溶隧道在我国西南地区十分常见,极易发生突水突泥灾害。在系统收集整理了国内外关于岩溶隧道的资料与文献后,分析了溶洞位置、形状对隧道围岩应力、变形和位移的影响,讨论了溶洞间距对开挖段围岩的影响,分析了含不同类型充填物岩溶的失稳特性。总结得出,溶洞分布位置的不同对隧道围岩的主应力及塑性区影响较大,溶洞的大小和与隧道间的间距对围岩的竖向沉降影响较大,而充填物中黏土含量越高,岩溶管道发生破坏所需的水力梯度也就越大。同时,分析了目前修建岩溶隧道的不足之处,如在数值模拟研究过程中,没有考虑围岩工程性质和结构变化的影响,在今后的研究中应更加符合实际的工程情况来开展,并对未来的发展方向进行猜想与规划,对今后在岩溶地区施工遇到同类情况起到参考借鉴作用,以降低隧道开挖及后期运营过程中的安全风险。     

地质雷达在隧道岩溶地层超前地质预报中的应用

岩溶隧道中溶洞发育存在复杂性,对其进行准确预测是隧道安全施工的重要保障。在简述地质雷达基本工作原理基础上,探讨了地质雷达探测溶洞的可行性,并介绍了地质雷达的探测技术和测量方法。文章依托牛旺三号隧道,采用地质雷达SIR-3000对隧道现场掌子面采集数据,并结合施工现场开挖进行验证。现场开挖情况与预报结果基本吻合,表明地质雷达在岩溶隧道超前预报中的准确性。溶洞对应的地质雷达波形图有明显的特征:反射波以低频波为主,同相轴错断,振幅明显增强,并伴随弧形绕射现象。     

特大型岩溶地段隧道爆破数值模拟研究

为研究特大型岩溶地段爆破施工对隧道及溶洞结构稳定性产生的影响,提高隧道爆破施工的安全性,结合那丘隧道特大型溶洞地段工程,运用MIDAS软件对爆破动荷载作用下隧道的稳定性进行数值模拟研究。从应力、位移、速度三个方面分析得出:(1)在爆破荷作用下,隧道拱顶、拱脚及溶洞顶壁发生应力集中现象;(2)隧道拱顶竖向峰值位移为7.51 mm,溶洞顶壁峰值位移为2.46 mm;(3)隧道围岩质点峰值速度出现在拱顶为17.45 cm/s,溶洞围岩质点速度从顶壁峰值9.81 cm/s向左逐步衰减,左侧岩壁影响很小;(4)依据以上特征提出重点支护区域,同时将现场监测与岩石动力学理论研究相结合,提出那丘隧道爆破施工安全振速标准。     

侧部岩溶隧道围岩与支护结构力学特性分析

岩溶区隧道因受岩溶的影响,其围岩与支护结构力学特性与一般隧道存在较大区别.以忠垫高速公路某岩溶隧道为背景,采用三维快速拉格朗日法,对侧部岩溶隧道施工过程中的围岩位移、应力、塑性区和锚杆轴力及喷混凝土层力学特性进行研究,并将计算结果与现场监测结果进行了比较分析.结果表明,隧道开挖后,围岩分别向溶洞和隧道内变形,溶洞与隧道之间的围岩向两个相反的方向变形.塑性区主要集中在隧道的周围和溶洞的左右侧部.隧道与溶洞之间的围岩应力集中程度较高.靠近溶洞侧的锚杆轴力及喷混凝土层轴力和弯矩要比其他位置的相应值都要大.     

岩溶尺寸对隧道围岩稳定性影响的模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合试验系统，对石灰岩地区大断面隧道开挖过程中，不同大小溶洞对隧道围岩稳定性的影响进行相似模型试验研究，并运用ANSYS软件进行了弹塑性有限元数值分析：三维动态施工过程模拟与试验结果均表明，溶洞对围岩的变形有较大影响，随着溶洞尺寸的增加，开挖前的围岩先期位移和开挖瞬间的释放位移均有较大幅度的增长，同时，溶洞区的开挖对无溶洞区的围岩变形有放大作用。     

金川二矿区大体积充填体变形机制与变形监测研究

 针对金川二矿区大体积充填体稳定性问题,简要论述近年来地表岩移和井下地压显现特征,并开展大体积充填体的变形机制研究。制定针对大体积充填体变形的监测方案：采用自制的变形监测装置对1 150～1 200 m水平50 m高充填体的相对变形进行监测,采用水准仪对大体积充填体和围岩体的下沉变形进行量测。监测结果表明,大体积充填体综合下沉变形速率为16.00～51.44 mm/月,最大累计下沉量达515 mm,大体积充填体自身相对变形速率为1.953～28.585 mm/月,最大累计相对变形为285.85 mm。进一步分析大体积充填体综合变形、自身相对变形和围岩体变形的发展趋势。研究成果对于深刻认识二矿区大体积充填体的稳定性、围岩体的变形等提供了重要的依据。     

A possible prediction method to determine the top concealed karst cave based on displacement monitoring during tunnel construction

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - The existence of concealed karst caves can cause major displacement and even large deformation of surrounding rock during karst tunnel...     

浅埋偏压软弱围岩大断面隧道综合处治措施

针对某隧道开挖断面大、地质条件差、Ⅳ级、Ⅴ级围岩所占比例大等特点,施工过程中发生过塌方、地表沉降、溶洞、特大溶洞、软弱围岩收敛变形超限,分别采用针对性的综合处治措施,顺利通过了出口长大浅埋偏压地段,取得了十分满意的效果。     

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。     

软弱围岩隧道掌子面挤出变形特征分析

软弱围岩在隧道工程中经常遇到,它的空间大变形特征受台阶长度、台阶高度、工法及地应力水平等条件的影响。结合兰渝铁路两水隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对软弱围岩隧道的空间变形特征进行了详细分析。研究结果表明:围岩越弱掌子面纵向挤出变形大小及变形速率越大,掌子面挤出变形受上台阶断面开挖高度和围岩级别影响较受台阶长度影响显著;在洞周先行变形中,拱顶下沉较水平收敛更加明显;初始地应力场应力水平增高,隧道掌子面挤出变形会大幅增加。研究结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。     

泥岩隧道锚承载特性现场模型试验研究

为了研究高荷载作用下的软岩(泥岩)隧道锚的变形、破坏及长期稳定性等问题,以在建的某长江大桥为依托,分别针对泥岩隧道锚自然状态(含水率为5.36%)和浸水状态(含水率为7.39%)的情况,开展了缩尺比例为1∶30现场模型试验。研究发现:隧道式锚锭同样适用围岩为软弱围岩(泥岩)的情况,可以承受较高的拉拔荷载,采用设计荷载工作时,具有一定的安全储备,并可以满足长期稳定性要求。屈服荷载作用以后,泥岩隧道锚的破坏优先沿锚体接触面发生剪切破坏,破坏后,会引起较大范围的围岩产生大变形。高拉拔荷载作用下,含水率高的泥岩隧道锚的围岩变形较大。考虑江水位变化带来的影响,建议该长江大桥泥岩隧道锚的长期安全系数取为3.5。研究成果可为类似的工程设计、施工等提供参考。     

浅埋大断面隧道围岩稳定性数值模拟及现场监控量测

浅埋大断面隧道由于开挖断面大、埋深浅、围岩物理力学性质差,开挖后容易产生大变形及变形速度过快,严重影响施工进度和施工安全.本文基于RFPA数值模拟软件,模拟了隧道开挖时掌子面围岩的应力、位移及变形破坏特征;在数值模拟的基础上采用应力和声发射联合法对隧道现场开挖围岩的应力和岩体应力调整进行监测,分析开挖过程中岩体变形与时...     

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。     

高速公路隧道开挖围岩变形测试分析

随着高速公路网的不断完善,山区修建高速公路时有发生。考虑山区复杂地质条件,探索山区公路隧道围岩的变形特性,达到评估其围岩整体稳定性目的,一直是工程界面临的主要课题之一。基于此考虑,依托某高速公路隧道工程为背景,采用现场测试方法,对隧道开挖面洞口围岩收敛和拱顶位移测试数据进行分析,并在此基础上对累积20年围岩变形规律进行预测。结果表明,公路隧道拱顶位移和围岩收敛随时间变化均呈快速、缓慢和稳定增长状态,其中拱顶位移控制在5mm以内,围岩收敛控制在2.5mm以内;围岩变形在建设期基本完成,建设期测试累积变形约占20年预测累积变形的90%以上。隧道围岩变形相对较小,验证其整体稳定性较高,研究成果能够为类似工程实践提供参考。     

昔格达地层隧道变形特性曲线及变形机理研究

昔格达地层隧道围岩开挖后易风化,遇水即泥化等性质严重影响成昆线复线的快速安全施工,因此展开对昔格达地层隧道围岩变形特性曲线及其变形机理等研究具有一定的现实意义。文中通过现场调查,物理力学试验,现场监测,数值模拟和理论研究等手段对昔格达地层隧道变形特性进行深入研究。研究结果表明：昔格达地层隧道主要发生拱顶大变形、水平收敛大和仰拱突泥隆起等,围岩呈现中厚层状、互层状和薄层状等水平层理发育;含水率对昔格达地层隧道围岩的力学性质影响很大;黄色砂岩夹页岩围岩试样压缩模量最小;含水率对灰色页岩夹砂岩围岩试样的黏聚力影响最大,对浅灰色页岩夹砂岩围岩的内摩擦角影响最大;拟合现场监测和数值模拟下的变形特性曲线,得到昔格达地层隧道开挖围岩变形全过程曲线：开挖初期缓慢变形,开挖中期急剧变形,开挖中后期变形减缓和开挖末期变形稳定;同时推导出在弹性、塑性和松动区状态下的昔格达地层围岩变形公式,得到弹塑性昔格达地层围岩变形特性曲线以及四个阶段昔格达地层隧道各部位变形松动区轮廓。最后从力学变形本构模型、物理和化学等角度对昔格达地层隧道围岩变形的力学机理进行分析。