隧道喷射混凝土强度增长规律及硬化速度对初期支护性能影响试验研究

隧道结构的围岩-支护特征曲线理论表明,初期支护强度变化及支护时机将极大地影响隧道周围围岩的变形及应力分布。相应地,作为初期支护重要组成部分的喷射混凝土,其喷射后的强度增长变化规律及硬化速度也极大地影响着围岩的变形及应力重分布。为探明喷射混凝土的强度增长规律及其硬化速度对初期支护性能的影响,结合隧道工程实践,进行了一系列喷射混凝土现场试验,建立了喷射混凝土强度和弹性模量增长规律,确定了喷射混凝土硬化速度对初期支护性能的影响规律。分析表明：（1）隧道喷射混凝土早期强度发展较快、较平稳,24 h抗压强度平均值为6.4 MPa,48 h抗压强度平均值为11.4 MPa。（2）在软弱围岩中提高喷混凝土的早期强度十分重要,是控制围岩变形和稳定的关键,喷混凝土早期强度越大,隧道初期支护作用越明显。（3）喷混凝土硬化速度对控制拱顶沉降变形效果较显著。与慢速硬化相比,喷射混凝土快速硬化时拱顶沉降减少10.4%,拱脚处减小17%,边墙水平收敛减少了30.7%。（4）喷射混凝土硬化速度对控制围岩塑性变形方面差异较小。（5）应充分考虑喷射混凝土的强度硬化过程,不考虑喷射混凝土硬化速度会在一定程度上高估初期支护性能,使其相应支护结构位移明显小于考虑硬化速度时相应的结构位移。     

空洞对隧道喷射混凝土爆破振动特性及安全评价的影响研究

在隧道工程施工过程中,爆破开挖与喷射混凝土支护往往交替进行,爆破振动可能会造成局部的喷射混凝土与围岩表面之间失去黏结力,二者脱离形成空洞。采用薄板振动理论模型、三维离散元程序3DEC数值模拟及现场实测振动分析相结合的方法,研究了隧道喷射混凝土与围岩之间的空洞对混凝土喷层爆破振动特性及安全评价的影响。研究结果表明,当隧道喷射混凝土与围岩之间存在空洞时,空洞处喷射混凝土的振动速度增大、振动持续时间变长、振动频率降低,振动的幅值-频率谱具有明显的单峰现象,回归分析得到的质点峰值振动速度衰减速率更快;空洞的存在导致隧道混凝土喷层爆破振动危险区域增大,致使选择的喷射混凝土支护时机滞后、采用的最大单响药量偏低,从而降低了隧道开挖的施工效率、增加了工程成本。     

喷射混凝土强度影响因素及保障措施

喷射混凝土与受喷层之间的粘结强度对工程支护和结构加固起着重要的作用。大岗山水电站大坝深部基础处理工程中,成功采用若干措施,保障喷射混凝土粘结强度。文章介绍这些措施,并总结喷射混凝土的试验、检测及现场控制经验。     

钢纤维喷射混凝土单层永久衬砌在隧道与地下工程中的应用

软弱围岩中的初期支护采用网喷混凝土已成定式.文章对钢纤维喷射混凝土的作用机理、物理力学性能作了详细的介绍,并从技术、经济及综合效益上与普通网喷混凝土作了全面比较,指出钢纤维喷射混凝土单层永久衬砌是未来隧道与地下工程支护的新趋势.     

隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究

为了解决隧道施工中采用单层喷射混凝土作为隧道永久衬砌的问题,对不同钢纤维及外添加剂掺量的混凝土分别进行了抗压、抗拉、抗渗以及弯曲强度等室内试验。结果表明,在喷射混凝土中加入钢纤维材料,其抗拉、抗弯以及抗渗水性能分别提高了65.6 %、94.7 %、98.1 %;并通过现场试喷,选定符合设计要求、经济合理的配合比,在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土,以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌。工程实践证明,钢纤维湿喷混凝土,其支护强度达到了设计要求,喷射作业回弹损失量减少7 %～15 %。研究成果可为类似隧道纤维喷射混凝土单层衬砌技术的应用提供参考。     

隧道开挖与支护有限差分法分析

根据景德镇-黄山高速公路某隧道现场工程地质条件和隧道结构设计参数,采用有限差分法对喷射500 mm普通混凝土支护和喷射200 mm厚聚丙烯纤维混凝土支护两种支护结构,进行了施工过程的数值模拟分析。从围岩的应力、位移和塑性区分布3个方面对隧道围岩的稳定性进行了分析。模拟计算结果表明,采用喷射200 mm厚聚丙烯纤维混凝土支护结构的隧道围岩能够处于稳定状态。     

公路隧道型钢喷射混凝土初期支护安全评价研究

公路隧道常采用复合式衬砌,按“新奥法”原理进行设计和施工。对于软弱围岩段,采用型钢拱架（或格栅拱架）+注浆+锚喷网联合初期支护形式,型钢喷射混凝土初期支护的安全性评价方法是实现支护动态设计的关键。对初期支护安全性评价进行系统研究,建立了型钢喷射混凝土安全性评价数值计算方法。首先,根据监测数据分析围岩最终沉降量、水平收敛值,作为围岩力学参数反演的依据;其次,采用反演的力学参数,通过地层-结构法数值计算型钢拱架喷射混凝土初期支护内力;最后,采用型钢混凝土安全系数计算方法计算和评价初期支护安全性。研究发现,型钢拱架喷射混凝土初期支护能发挥型钢强支护作用,而喷射混凝土达到设计强度后,混凝土起主要支撑作用,型钢间距对提高初期支护安全系数不显著。     

失稳挡墙加固中锚喷力学分析及数值模拟

锚固是岩土工程领域的重要加固技术手段,而喷射混凝土与锚固工程往往是共存的,合理的喷层厚度及锚固参数十分重要。按照弹性力学中的薄板弯曲理论,从喷层与锚杆的相互作用分析出发,认为钢筋网在喷射混凝土断面上呈S形分布是最合理的布置方式。结合工程实例,采用有限差分FLAC数值模拟方法,研究喷射混凝土技术在失稳加筋土挡土墙加固中的力学机制和应用效果,认为喷射混凝土可使锚杆间的墙体表面自由变形得到有效抑制、墙趾浅表面塑性区减少、锚杆预应力损失降低、加固效果得以改善;并对喷层厚度对加固效果的影响进行了详细分析,认为合理的混凝土厚度应考虑其具备柔中有刚、刚柔并举的力学属性,所得结论对锚喷加固工程中喷层厚度的确定具有指导意义。     

干法喷射混凝土技术在高边坡预应力锚索（杆）框架工程中的应用

混凝土质量是影响预应力锚索（杆）框架结构的关键因素,它直接影响着边坡加固的效果,高边坡框架现浇混凝土施工受现场条件限制,存在离析、振捣不到位、跑浆、胀模、劳动力成本偏高等问题,干法喷射混凝土可有效解决以上难题。本文结合甘肃小厂坝矿山环境恢复治理工程（二期）预应力锚杆框架施工的成功经验,对干法喷射混凝土施工的施工工艺及技术要点进行了介绍。     

东巨寺沟隧道湿喷纤维混凝土支护结构和围岩稳定性位移模糊判别

湿法喷射混凝土可有效地改善隧道内作业环境、反弹量小、喷射质量高,是隧道支护结构施工值得推广的工艺。首次在宝鸡－兰州铁路复线东巨寺沟铁路隧道选取试验段,实施湿喷工艺喷射聚丙烯纤维混凝土,作为支护结构兼作永久性支护,免除二次衬砌工作,并进行水平位移收敛监测。采用非线性最小二乘法对该隧道水平收敛曲线进行回归分析,同时采用隧道稳定性模糊概率分析理论对不同断面位置处的隧道围岩稳定性进行判别分析。分析结果表明,采用湿喷纤维混凝土支护的隧道围岩处于稳定状态,可靠度指标高。     

预应力锚杆柔性支护喷射混凝土面层上的土压力

针对锚喷支护设计中面层土压力计算模式存在的问题,以预应力锚杆柔性支护技术为研究对象,假定锚杆间的土拱为二维平面拱,推导出了一种作用在喷射混凝土面层上的土压力计算方法,得到了面层土压力的分布曲线。分析土体黏聚力 、内摩擦角 、外摩擦角 和锚杆水平间距 对面层土压力的影响,并与简仓法计算结果进行了对比。结果表明, 越小,面层土压力越大,且简仓法计算值明显小于文中计算值; 对面层土压力最大值无影响;面层土压力最大值与 成正比; 对面层土压力也有明显影响,在实际工程设计中,不应忽略 对减小面层土压力的贡献。最后给出了计算面层上的土压力简化公式。     

土钉墙开挖性状的有限元分析

土钉墙是粉砂土、黏性土等地区基坑开挖围护的主要形式之一。采用ABAQUS有限元软件建立土钉-面层-土体的相互作用模型,土体应用Mohr-Coulomb本构模型,土体与土钉间的接触性质为摩擦小滑移,在此基础上,得到了土体深层水平位移、面层位移、面层土压力和土钉轴力的分布形式和基本规律。计算结果表明：深层土体水平位移的最大值发生在墙顶靠下或者墙顶的位置;坑底水平位移从坡脚向坑中逐渐变小,在基坑开挖深度范围内,减小的速率较大,以后趋于某一稳定值;土钉轴力两头较小,中间较大,作用在面层上的作用力值远小于土钉轴力,该力与作用在面层上的作用力之和等于土钉轴力;土钉墙的面层土压力随着深度的增加,先增加到最大值后,再逐渐减小,每开挖一步面层土压力就会增加,且最大值向下移动。     

混凝土喷层支护节理岩体等效力学模型及其应用

考虑喷层在节理面局部的限剪和限裂作用,提出喷层支护节理岩体流变模型,在此基础上推导出喷层支护节理岩体的本构关系,建立了一种喷层支护节理岩体等效力学模型。采用该模型进行结构有限元计算,喷层、节理均不需要离散网格,进行等效模拟;当实际节理裂隙的数量与方向或喷层的厚度变化时,也不需要变化计算网格,从而可降低前处理工作量,为大型复杂结构的计算分析提供较大便利。最后,通过算例和实际工程验证了该模型的有效性--不仅具有离散模型便于模拟喷层真实作用机制的优点,而且具有等效模拟简单易行的优点,具有较好的工程应用前景。     

Stability analysis of shotcrete supported crown of NATM tunnels with discontinuity layout optimization

For tunnel constructed by New Austrian Tunnelling Method, the crown is the upper part of tunnel section, constructed during excavation process and supported by shotcrete. The stability of the crown has great influence on the safety of tunnel itself and the buildings above, which correlates, among others, with geometrical setup of tunnel and material properties of shotcrete and soil/rock. In this paper, aiming at analyzing the stability of shotcrete supported crown, a recently presented numerical method discontinuity layout optimization is adopted, which introduces a great amount of potential discontinuities cross over one another and provides a wide search space for efficient upper limit analysis. In the analysis, a well‐established hydration model of cementitious material is implemented for accounting the hydration of shotcrete. Then assumptions based on convergence‐confinement method are used for accounting the 3‐dimensional effect in 2‐dimensional analysis, finally providing time‐space–dependent assessments of stability of shotcrete supported crown.     

From micron-sized needle-shaped hydrates to meter-sized shotcrete tunnel shells: micromechanical upscaling of stiffness and strength of hydrating shotcrete

Knowledge on the stresses in shotcrete tunnel shells is of great importance, as to assess their safety against severe cracking or failure. Estimation of these stresses from 3D optical displacement measurements requires shotcrete material models, which may preferentially consider variations in the water–cement and aggregate–cement ratios. Therefore, we employ two representative volume elements within a continuum micromechanics framework: the first one relates to cement paste (with a spherical material phase representing cement clinker grains, needle-shaped hydrate phases with isotropically distributed spatial orientations, a spherical water phase, and a spherical air phase; all being in mutual contact), and the second one relates to shotcrete (with phases representing cement paste and aggregates, whereby aggregate inclusions are embedded into a matrix made up by cement paste). Elasticity homogenization follows self-consistent schemes (at the cement paste level) and Mori–Tanaka estimates (at the shotcrete level), and stress peaks in the hydrates related to quasi-brittle material failure are estimated by second-order phase averages derived from the RVE-related elastic energy. The latter permits upscaling from the hydrate strength to the shotcrete strength. Experimental data from resonant frequency tests, ultrasonics tests, adiabatic tests, uniaxial compression tests, and nanoindentation tests suggest that shotcrete elasticity and strength can be reasonably predicted from mixture- and hydration-independent elastic properties of aggregates, clinker, hydrates, water, and air, and from strength properties of hydrates. At the structural level, the micromechanics model, when combined with 3D displacement measurements, predicts that a decrease of the water–cement ratio increases the safety of the shotcrete tunnel shell.     

喷锚支护在水工隧洞施工中的应用浅说

简要地介绍了对水工地下洞室施工中对围岩不稳定体,即碎裂岩体、松动岩体、软弱结构面、楔形体结构面等围岩喷锚支护结构的作用,喷锚支护结构的使用。     

用旋喷冒浆测控旋喷体液固含量及喷射直径

对旋喷体进行定量分析是十分必要的。本文以实践经验,结合数学方法对话地浆进行定量分析,以确定旋喷体的液固含量、旋喷孔口冒浆量、旋喷喷射直径,取得了好的效果。