复杂地层超大断面隧道施工围岩力学特征模型试验

以京沪高速济南连接线港沟隧道穿越断裂破碎带区域为依托工程,研究了复杂地层超大断面隧道施工情况下围岩力学响应特征。研发了大型可拼装式地质力学模型试验系统,搭建了以静态数据采集为基础的应力–应变场监测系统和以光栅测距为基础的位移场监测系统,开展了复杂地层超大断面隧道施工过程力学模型试验研究。通过对试验开挖过程中位移变形和围岩应力变化的实时监测,揭示了超大断面隧道穿越断裂破碎带施工过程的力学演化规律。监测数据表明：位移变形大致可分为“缓慢增加-急剧增大-稳定状态”3个过程,水平收敛位移要早于拱顶沉降进入急剧增大阶段;应力变化也可分为“应力积聚－应力释放－稳定状态”3个阶段。形成的试验方法技术以及结论对类似工程研究具有重要的指导和借鉴意义。     

城市地下软弱围岩超大断面隧道施工工法

如何保障超大断面隧道的稳定性是当前国内外地下工程亟需解决的技术难题,而超大断面隧道在穿过软弱围岩地带时更容易发生变形失稳破坏等现象.选择合理的开挖工法对隧道施工时的安全性以及围岩的支护控制效果都具有重要意义.以深圳侨城东路北延通道工程东路隧道标准段为研究背景,针对超大断面隧道、地质条件复杂、围岩多为Ⅳ至Ⅴ级的复杂特征,通过原位钻探和室内岩石物理力学实验,获得隧道围岩关键参数,分析隧道围岩大变形机理;利用FLAC3 D数值模拟软件建立隧道模型,模拟全断面法、CRD法、三台阶法和三台阶七步预留核心土法4种不同开挖工法对隧道软弱围岩稳定性的影响;通过揭示其位移应力变化规律,结合室内相似比物理模型试验结果,总结大跨度隧道围岩的应变特征.研究表明:三台阶七步开挖法为侨城东路隧道标准段的最优开挖工法.     

浅埋隧道注浆技术研究

正断层破碎带是隧道开挖过程中常见的不良地质现象,在多数情况下,断层破碎带是作为低强度、易变形、透水性大、抗水性差的软弱带存在的,与其两侧岩体在物理力学特性上具有显著的差异。在断层破碎带地段进行隧道施工时,仅靠常规的隧道施工技术和施工方法很难克服隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。因此,施工除了遵守一般技术要求外,还应     

铁矿软弱地层巷道快速安全施工关键技术研究 ——“浅埋暗挖”技术的应用新进展

针对复杂条件下的铁矿含水软弱破碎地段巷道施工难点,首次应用“浅埋暗挖”技术,采用理论分析、室内试验、数值模拟和现场试验等进行综合研究,形成了对铁矿软弱破碎地层稳定性特点和地下巷道施工关键技术的系统认识,取得了一系列研究成果,形成了一整套安全、快速和稳定穿越铁矿含水软弱破碎地层的施工技术。关键技术是设计合理的隧道断面,进行科学的支护结构设计,应用主动式一次性永久支护取代被动式二次模筑衬砌,选择优化的支护参数,采用正确的开挖方法和应用信息化施工等。应用效果表明,该技术有效地解决了工程难题,保证了安全生产,取得了显著的经济和社会效益。     

某公路隧道不同纤维混凝土支护结构性能比较

软弱、破碎围岩的公路隧道支护一直是困扰公路隧道施工的技术难题。结合三里冲软弱围岩公路隧道工程地质条件和隧道开挖设计参数,采用FLAC软件对钢纤维混凝土锚喷和聚丙烯纤维混凝土锚喷2种初期支护结构进行数值模拟研究。从应力、位移和塑性区3个方面分析隧道围岩的稳定性。计算结果表明,聚丙烯纤维混凝土锚喷支护结构能充分发挥围岩自承载能力,提高隧道的稳定性,能有效减少二次衬砌混凝土的厚度。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道软弱围岩稳定性分析

因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。     

基于非完整拱效应的软岩隧道掌子面变形及其控制研究

为研究大断面软岩隧道掌子面变形规律及控制方法,基于新意法及非完整拱效应理论对雷公山隧道构造破碎区域掌子面大变形失稳机理进行分析,基于GSI围岩评级系统获得隧道围岩的力学参数,通过FLAC3D构建隧道三维数值模型,进行系列工况试验,研究隧道在非完整拱部效应时掌子面挤出位移及预收敛位移的变化特征,分析隧道掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道稳定性的影响。结果表明,掌子面处的挤出位移均在内轮廓中心处达到最大,并呈环形逐渐向外减小,超前核心土预加固在掌子面中心处对挤出位移及预收敛位移影响最为明显;隧道开挖在掌子面纵向造成的扰动范围约为1.2倍洞跨,在掌子面径向造成的扰动大约为1.5倍洞跨;根据计算结果提出掌子面加固措施,通过对隧道预收敛变形及挤出变形的监测分析,验证支护方案的可靠性,提出的掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道施工具一定的借鉴意义。     

复杂条件下隧道开挖循环进尺优化方法研究

复杂条件下如何选择合理的开挖进尺一直是隧道施工的难题之一。在已有的研究成果基础上,提出了圆形或近圆形隧道开挖过程的时空关系表达式,并给出基于现场位移监测数据的参数计算方法。结合关角隧道9#工区二郎洞断层破碎带现场施工情况及监测资料,建立了该断层破碎带开挖过程的时空效应关系式,结果表明,该关系式能够反映开挖过程中洞周位移的时空的变化。在此基础上提出了断层破碎带软岩开挖过程的时空效应分析及进尺优化的方法,对关角隧道9#工区几条较大断层破碎带隧道开挖的进尺进行了优化,优化后的开挖进尺是可行的,也解释了断层破碎带围岩隧道开挖“短进尺”的合理性。同时文中也分析了该方法的优点及适用范围。     

隧道围岩稳定性正算反演分析研究——以厦门海底隧道穿越风化深槽施工安全监控为例介绍

为了降低海底隧道施工风险,确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域,解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题,采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型;作为比较,还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量,结合先行服务隧道揭露的水文地质情况,进行优化反演分析,得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下,对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算,使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据,做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明,利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的,可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析,预测主洞围岩的变形破坏模式,判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台,为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。     

不对称双连拱海底隧道施工引起的地层变形分析

在目前众多的预测隧道开挖引起的地层变形的方法中,经验公式法最为简便,也是目前应用最为广泛的方法,为此介绍了多种预测隧道开挖引起的地层沉降和水平位移的经验公式。并以青岛胶州湾海底隧道不对称双连拱断面为工程背景,由位于主隧道与匝道交叉口段的典型断面ZK2+800.78的几何参数和地质资料构建三维数值计算模型,采用岩土体工程通用有限差分软件FLAC3D进行动态施工三维数值模拟。通过对FLAC3D模拟和各经验公式计算的地层沉降和水平位移的对比分析,评价了FLAC3D软件和各经验公式在不对称双连拱隧道断面地层变形预测中的适用性。结果表明,当地层埋深较浅时,不同埋深地层的地层沉降和水平位移可近似用各经验公式来预测;但随着地层埋深的增大,各经验公式预测的偏差不断增大;经验公式只能对单一地层、单一隧道的地层变形进行估算,存在明显的局限性,而在预测复杂地质条件下不对称双连拱隧道断面开挖引起的地层变形时,FLAC3D较各经验公式有明显的优势     

穿越富水断层破碎带隧道塌方机理分析与预防

穿越山岭隧道常遇到断层破碎带。由于缺乏断层复杂岩体稳定性机理的研究与理解,隧道施工曾导致多起大变形甚至塌方事故。本文使用理论分析、离散元数值模拟方法,结合现场监测结果,对江西某高速铁路隧道过断层施工案例进行综合分析。在考虑断层破碎带地下水影响的前提下,开展富水断层破碎带施工过程中围岩失稳塌方的内在机理研究。研究得出：隧道穿越富水断层破碎带时,岩体结构面发育,且结构面间多充填碎屑或黏土充填物。随着施工扰动引发结构面发生错动,流动的地下水进一步对结构面形成冲刷,从而降低围岩的完整性与力学强度。断层破碎带抗剪强度越低,围岩松动范围越大,塌方概率与范围越大。根据“防水排水,强化围岩”的思路,本文提出了穿越断层破碎带防塌方的措施：设置迂回导坑、地层预加固、增加支护强度、优化施工工法及加强监控量测,可为此类隧道工程的安全施工提供参考。     

管棚法在黔西北岩溶复杂地层探矿坑道中的应用

管棚法作为一种超前支护技术在浅层隧道施工领域得到广泛应用,但在深埋探矿坑道,尤其是在岩溶复杂地层中的研究应用甚少。文章以黔西北地区探矿坑道中遇到的软弱岩溶复杂地层为例,系统地探讨了管棚法在岩溶发育区探矿坑道掘进工程中,对坑道中的岩溶软弱带进行支护的设计、计算及施工方法。     

浅埋破碎地层隧道施工方法研究

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道所处地域地质条件复杂,受地质构造的影响,隧道口地层节理裂隙特别发育、岩石强度低,围岩自稳能力差,给隧道的施工安全带来很大影响。通过数值仿真研究破碎地层采用全断面、台阶法和CD法施工时围岩和支护结构稳定性,提出适合嘎隆拉隧道破碎围岩地层特点的三台阶开挖法。在此基础上,运用三维数值仿真计算嘎隆拉隧道三台阶法开挖过程中的围岩稳定性,研究隧道开挖时围岩和衬砌的受力变形情况。研究成果为该隧道施工和同类工程建设提供了理论依据和实践经验     

基坑全过程开挖及邻近地铁隧道变形实测分析

根据邻近已运营地铁隧道的基坑工程监测数据,对基坑开挖全阶段施工过程的深层土体侧向位移与邻近地铁隧道变形之间的规律展开研究,探讨基坑开挖的施工危险节点与重点影响区域。研究发现,基坑开挖前期围护结构施工和降水均对地层和邻近地铁产生了不容忽视的初始位移影响,围护结构长时间无支撑暴露是基坑侧移快速增长的危险时段;基坑开挖具有空间效应,中部侧向变形要大于边角,且单向开挖易造成后挖区土体的位移场和应力场叠加,引起邻近隧道的最大变形向后挖区偏移;基坑开挖深度与邻近地铁埋深相近时,隧道结构产生显著的水平位移和“横鸭蛋”式收敛变形,竖向位移波动不大;深层土体侧移曲线表现为“阶梯鼓肚形”,土体最大水平位移与隧道变形在小范围内呈线性关系,但随着侧移量的增大,隧道变形发生偏离拟合曲线的超线性增长,在工程中应值得关注。     

革镇堡隧道破碎段动态施工的三维数值模拟

革镇堡隧道是辽宁省的重点建设工程,其中破碎段岩体地质条件复杂,传统方法不能很好地反映其力学行为。针对上述问题,在建立大规模的复杂地质结构的数值网格基础上,采用三维岩土工程软件FLAC3D,分别根据无支护、初次支护和二次支护3种情况,4 m一个步长,分为上下两台阶对该段隧道的分步动态施工过程进行了三维数值模拟。通过对位移场、应力场的演化情况和塑性区分布的模拟计算,分析了开挖支护动态过程的复杂力学行为。计算结果显示,位移与监测数据比较一致,现有的二次支护方案能够保证围岩的稳定性。数值模拟的结果对于该段隧道的施工具有指导意义。     

深埋隧道软弱围岩拱顶三维渐进性塌落机制上限分析

隧道拱顶塌方是一个渐进性破坏的过程,为研究深埋隧道软弱围岩拱顶渐进性塌落特征,基于极限分析上限定理和非线性Hoek-Brown破坏准则,建立了深埋隧道三维渐进性塌落机制,推导了考虑孔隙水压力作用下的塌方全过程塌落体曲面解析解,绘制了拱顶渐进性塌落形态三维曲面图,分析了相关参数单一变化时塌落体形态特征以及不同孔隙水压力作用下各参数对塌落体重力和隧道支护力的影响规律。结果表明：表征岩体特征的无量纲参数、重度、孔隙水压力和岩体抗拉强度对渐进性塌方塌落体形态、重力和支护力有显著影响;深埋隧道围岩物理力学参数在渐进性塌方过程中逐渐减弱,主要体现为岩体强度随变形的发展逐渐衰减直至一个残余值,围岩强度的衰减情况和残余强度大小对塌落体重力和隧道支护力有一定影响。理论计算得到的隧道拱顶塌落形态与实际隧道工程F3断层破碎带隧道拱顶塌方范围基本吻合,验证了理论计算结果对预测隧道拱顶渐进性塌方塌落体范围的适用性,研究成果可为软弱围岩深埋隧道施工设计及安全防护提供理论依据。     

地铁隧道开挖引起地表塌陷分析

深圳富水软弱地层地铁隧道开挖中出现的工作面失稳及由此引起的地表塌陷是地铁安全施工中极其重要的方面，对施工安全、进度都有较大影响，同时也对整个工程造成巨大的经济损失。通过对深圳地铁Ⅰ期工程土建施工中全线部分暗挖标段出现的工作面失稳、地表塌陷工程实践和现场监测结果分析，特别着重对连续2次出现地表塌陷的3A标暗挖隧道研究，从隧道上覆地层物理力学性质参数、地层变形监测分析及施工工艺原因3方面阐述了地表塌陷的原因。明确提出剪切破坏线和失水空洞区的概念，确定出引发地表塌陷的主导因素为施工工艺原因。建议针对该类地层条件，应做好超前地质预报．适当调整预加固参数．加强隧道结构和地表的动态变形监测，施工技术人员做到准确了解施工现场动态，及时调整施工工艺参数，以保证隧道的安全施工。分析结果对深圳地铁Ⅱ期工程施工及类似地层条件地下工程施工提供科学预测、预防地表塌陷的方法和技术措施，达到地铁隧道施工中经济效益与安全施工的统一。     

厦门海底隧道施工方案优化研究

基于数值模拟方法,对厦门海底隧道施工进行优化分析。在侧压力系数为0.6和0.9情况下,首先针对3种常用施工方法——全断面开挖法、上下台阶法和台阶分部开挖法进行计算分析,通过比较隧道洞周关键点位移及洞周塑性区分布,得到全断面开挖对围岩的扰动较小;然后,通过计算分析不同台阶长度对隧道的稳定性的影响,得到上下台阶开挖台阶步距为10 m左右较为合理的结论,对海底隧道的施工具有一定的指导意义。     

破碎软岩隧道施工期位移控制值的确定及其应用研究

因破碎区软岩隧道特殊的地质环境条件,在施工中建立一个合理的位移控制体系尤为重要.文章以极破碎区姚渡至广元高速公路工程项目(简称广甘路)中的杜家山隧道为依托,结合隧道特点与洞周位移分布规律,确定了针对该工程软岩隧道的位移控制指标;通过对197个位移监测断面变形正常段、发生异常及险情段位移的统计分析,建立以三台阶+预留核心土法的位移控制基准.结果表明:可将隧道埋深与拱顶沉降作为破碎区软岩隧道以三台阶+预留核心土法的位移控制指标(值),其中埋深≤100m时,拱顶下沉极限位移为260mm;埋深100 ～ 200m时,拱顶下沉极限位移为340mm,埋深200 ～ 300m时,极限位移为400mm.最后通过杜家山隧道160个断面的运用,共计发现险情与异常情形46个,及时进行加固处理,确保施工安全、顺利、高效进行.     

地下洞室岩体力学参数反演软件系统开发与应用

岩体力学参数对地下洞室的施工和设计是极其重要的,通过位移反分析确定岩体参数的应用研究很多。为了提高参数反演的效率,采用均匀设计理论设计不同的反演参数组合,用有限元计算组建的样本集训练神经网络,根据洞室开挖过程中实测位移反演地下洞室岩体力学参数。基于面向对象、自适应、可视化三大关键技术,开发了地下洞室岩体力学参数反演有限元软件系统BAFES。该软件可实现地下洞室力学参数反演分析、开挖预报过程的可视化,将地下洞室岩体力学参数反演模式由“数据－有限元分析－数据”转变为“图形－有限元分析－图形”,结合现场监控技术和工程稳定分析,能及时地指导工程设计和施工。以某水电站地下厂房洞室群岩体力学参数反演为例,说明了该软件的实用性。