隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时,发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题,需提前或及时做好围岩支护措施,以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象,通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析,确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素,提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题,综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护,并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明,隧洞破碎带处经及时加强支护后,围岩变形得到有效地控制,避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生;现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。     

穿黄输水隧洞盾构施工进出洞地基加固技术研究

针对南水北调中线工程穿黄河输水隧洞泥水加压式盾构施工中进出洞地基的加固问题展开研究.穿黄河输水隧洞的盾构进出洞段埋深大,水位高,地质条件复杂,经多方案比选论证,拟采用高喷和化学注浆技术对进出洞地基进行加固.对该工程的进出洞地基加固范围进行了计算分析,分别计算了北洞的水土压力,由弹性力学理论计算其土体加固厚度.根据塑性松动圈的应力条件和破坏条件计算出加固土体的宽度.对南洞按土体整体滑移失稳可能形成的圆弧滑动面来确定加固范围.     

异质软硬复合地层地铁车站穿越富水断层施工响应与控制

针对异质软硬复合地层地铁车站穿越断层施工变形控制难题,对断层影响下地铁车站开挖过程中围岩力学响应进行研究,探讨不同加固方案下车站围岩变形演化规律,为复杂条件下地铁车站穿越断层施工提供理论指导。以某地铁车站穿越富水断层破碎带为背景,通过室内实验确定特殊地层围岩物理力学性质及破坏特征,结合BQ围岩分级方法确定围岩等级;在此基础上采用有限差分数值模拟软件,对比研究有无地下水影响下地铁车站开挖后围岩应力及沉降变形分布特征,采用控制变量方法研究临时支撑与注浆加固对车站围岩整体稳定性的影响,进而确定合理的施工控制方案。研究结果表明：有无地下水对于异质软硬交叉地层的围岩物理力学特性影响明显,而侵入的辉绿岩尤甚,极易产生沿节理面的剪切滑移破坏;地下水影响下车站拱顶最大沉降值为6.5mm,较之无地下水条件下增大30%;辉绿岩部分（车站右部）最大拉应力为1.62MPa,远大于其极限抗拉强度1.25MPa,故无注浆加固条件下辉绿岩侧可能产生大范围破坏;全断面注浆降低了地下水对围岩变形的影响效果显著,以65°断层为界,断层倾角越小,全断面注浆宽度应越大;基于分析结果,提出全断面注浆+临时支撑+小进尺的过断层车站安全施工方案,监测结果表明应用效果良好。     

溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设的影响研究

本研究依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同大小的溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用.研究结果表明:随着溶洞高度的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固溶洞的影响越来越大;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理能有效限制盾构隧道在穿越较大直径溶洞时的地表沉降和隧道围岩变形;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在改善了围岩塑性区的分布及其受力状态,尤其对于直径较大的溶洞,注浆加固提高了盾构隧道在穿越大型溶洞时的安全性.     

注浆、衬砌作用下非线性渗流隧洞弹塑性解

为探求深埋隧洞在非线性渗流条件下围岩-注浆圈-衬砌体系的力学行为,引入Izbash非线性渗流模型,给出了围岩-注浆圈-衬砌体系的水头分布,基于统一强度理论,考虑塑性区可能的分布位置,在注浆、衬砌支护作用下对隧洞位移、应力和塑性区半径进行了理论推导.通过算例将理论解与数值解对比分析,验证了研究方法的可靠性,并进一步探讨了考虑非线性渗流对富水山岭隧洞支护设计的工程意义.研究结果表明:非线性渗流对隧洞弹塑性力学的影响主要体现在围岩水力梯度系数m_1;围岩从低速非线性渗流向高速非线性渗流转变过程中,塑性区半径和位移越来越大,围岩应力有所减小;应从隧洞围岩的非线性渗流角度考虑注浆圈、衬砌支护厚度设计.研究成果为非线性渗流隧洞支护设计提供了理论依据.     

海底隧道穿越断层破碎带预注浆加固稳定性分析

通过三维有限元方法研究当隧道穿越断层破碎带时,采用不同注浆加固材料、不同注浆加固圈厚度对隧道围岩及初期支护受力和变形影响.得出:围岩未采取注浆加固时,塑性破坏主要集中在正常围岩与断层破碎带的过渡段;采取注浆加固措施后,破坏除发生在正常围岩与断层破碎带过渡段外还发生在各注浆加固段间的衔接处;对围岩进行注浆加固后,隧道拱顶最大沉降减小了一半多.同时,随着注浆加固圈厚度或刚度的增大,隧道拱顶位移、塑性变形的大小和分布区域、初期支护内的最大主应力都会相应的减小;通过改变注浆加固范围和注浆加固参数都可以实现对隧道的变形和受力的有效控制,两者在加固隧道围岩方面具有等效作用.     

水玻璃自渗注浆加固原状黄土效果及评价

针对原状黄土具有大孔隙的特点,对水玻璃自渗注浆加固原状黄土的可行性及加固效果进行研究.通过现场注浆试验,探究了水玻璃自渗注浆加固原状黄土的可行性并初步确定了加固影响范围.通过强度及水稳性试验,发现经自渗注浆加固后的原状黄土强度高、水稳性好.通过室内自渗注浆模型试验,发现自渗注浆半径随土体含水量的增大而减小,随土体孔隙比的增大而增大.对密度、含水量相同的原状黄土和重塑黄土分别进行水玻璃自渗注浆加固,试验结果表明,加固后原状黄土强度远大于重塑土,说明原状土原有的结构及贯通的大孔隙有利于提高自渗注浆效果.室内外试验结果表明,原状黄土经水玻璃自渗注浆加固后其强度和抗变形能力均大幅提高.运用渗流力学推导出自渗注浆柱形扩散公式,在可接受范围内,注浆半径和注浆量其理论计算值与实测值之间的差异分别约为25%和40%.     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

隧洞掘进机开挖的围岩-支护系统联合承载数值分析

对隧洞掘进机(TBM)开挖过程围岩-支护的联合承载特性进行了数值分析.首先详细分析了在TBM掘进时,围岩和支护的相互作用过程和各种荷载的属性.然后,提出了TBM施工围岩稳定和支护受力的计算方法,主要考虑了施工作用力、开挖荷载和外水压力荷载.提出了确定TBM施工过程中围岩单独承担开挖荷载比例的计算方法.最后结合某大型供水工程,采用上述方法分析了TBM掘进段II—V类围岩稳定和支护受力特性.计算结果既符合一般规律,也提供了定量评估围岩承载能力的方法,能够充分反应不同岩性下围岩-支护系统的联合承载特性,并从数值分析角度论证了衬砌设计的合理性.     

城市地铁TBM隧道掘进诱发既有建筑物变形的空间属性效应

针对城市地铁全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)隧道掘进诱发既有建筑物沉降变形的问题,考虑隧道下穿城市建筑物群实际工况的复杂性,以青岛地铁1号线小北区间段硬岩地层TBM隧道掘进下穿既有建筑物群为实际工程背景,采用数值计算分析方法,建立TBM隧道掘进连续下穿多座既有建筑物的三维力学计...     

海底隧道施工设计及其数值优化研究

某海底隧道地质条件异常复杂,覆岩被多处断层破碎带相割呈区域性林状分布,高外水压处断层及破碎带施工是隧道安全控制的关键所在.依据该海底隧道的初步设计方案,采用大型数值计算软件FLAC3D系统研究了水下岩石完整带和破碎带隧道开挖的稳定性及最优施工方案,分析了不同施工工法及支护参数对岩体变形、破坏特性的影响,并确定了海底隧道主、辅洞开挖相互影响效应,以便为海底隧道工程的施工决策提供量化资料和技术支持.     

断层破碎带隧道围岩稳定性分析

为研究断层破碎带隧道开挖过程中围岩稳定性以及拱顶沉降变化规律,对某断层破碎带隧道施工过程实施了监控,并采用回归分析的方法预测了该隧道两个断面的最终沉降.以该隧道为原型,基于有限元原理与岩体的弹塑性本构关系,采用ADINA软件,建立了有限元模型并进行了隧道开挖过程的模拟计算并预测了最终沉降.模拟计算结果表明:隧道开挖过程中最大垂直位移始终位于拱顶,上台阶左侧及上台阶右侧土体开挖后,拱顶下沉及周边收敛速率增大.现场监测结果与有限元模拟结果都证实了在断层破碎带围岩中采用预留核心土的隧道开挖方法能够有效控制拱顶沉降并预防塌方、冒顶等事故的发生等.研究成果可为隧道围岩稳定性研究提供理论依据,为隧道施工提供技术支持.     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.