金坪引水隧洞围岩变形稳定性评价

金坪引水隧洞埋深较大,部分洞段岩体强度较低,洞室开挖后由于二次应力的作用围岩有可能产生变形,因此合理的评价隧洞围岩变形稳定性问题具有重要的工程意义。鉴于此,文章针对金坪引水隧洞围岩变形稳定性问题,对隧洞在大埋深环境下的围岩应力分布特征进行了数值模拟分析,利用与围岩的应变率和岩体抗压强度相关的两种评价方法,分析了可能发生围岩变形的部位和洞段,对引水隧洞围岩变形稳定性做出了综合评价。     

新疆公格尔高温引水隧洞围岩温度场试验研究

为研究高岩温引水隧洞的温度场分布规律,本文依托新疆公格尔引水隧洞高岩温洞段,设置围岩温度监测试验洞,利用自研发的围岩温度监测仪,测试了试验洞在施工期、过水运行期及模拟检修期的围岩温度,得到了不同条件下的隧道围岩温度分布特征与规律。结果表明:引水隧洞高温段,离隧洞中心一定距离,围岩温度趋于稳定,随着围岩深度加深,此温度值不再发生变化。自围岩深部开始,靠近洞壁,岩体温度值按指数递减。隧洞开挖扰动对于岩体温度场的影响半径约为2倍的开挖洞径。在隧洞施工开挖完成后,围岩温度不会因为开挖的结束而变小,反而会由于隧洞支护结构（喷层、衬砌）施做的封闭,温度会进一步上升。对于新疆公格尔引水隧洞高温段围岩温度,进水前后,围岩温度差可按40 ℃计算,在排水后检修期围岩深浅部温度差可按25 ℃计算。     

基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩变形特征,研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关,提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后,采用一步挖穿分期释放的模拟方法,研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律,以相同的位移释放系数为出发点,构建,开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系,并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机,得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明,提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单,拟合效果良好,推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。     

黄土隧道施工方案的数值分析

黄土隧道围岩不同开挖与支护施工方案的数值分析,对了解黄土隧洞变形破坏机理以及黄土隧洞设计施工理论具有重要意义。对黄土隧道围岩采用中壁法和双侧壁导坑法开挖各3种不同支护顺序分别进行了模拟计算,考察了各个施工工序地表最大沉降量、隧洞拱顶最大下沉量、围岩塑性区分布、衬砌单元弯矩以及岩体总应变能变化。计算结果表明,从开挖方法来说,双侧壁导坑法要优于中壁法;从支护顺序来说,滞后支护要优于及时支护。此结果可为黄土隧道工程设计施工提供参考。     

锦屏二级水电站引水隧洞爆破开挖损伤特性研究

爆破开挖导致的围岩损伤是围岩稳定性的重要影响因素。采用数值分析及现场检测的方法研究了锦屏二级引水隧洞岩体爆破开挖损伤特性。数值模拟结果表明,引水隧洞开挖引起的围岩应力重分布是围岩损伤的主要原因,爆炸荷载和应力重分布的耦合作用将增大引水隧洞围岩损伤区范围,增大的损伤深度可达1.5 m,考虑开挖荷载瞬态卸荷动态损伤效应的损伤区范围最大,较单独考虑围岩地应力准静态重分布所导致的损伤深度可增大1.9 m,平均损伤深度增大近1倍。现场检测成果较好地验证了数值模拟结果,表明爆破开挖可显著增大围岩的损伤范围。锦屏二级水电站引水隧洞开挖过程中,不可忽视爆炸荷载及开挖瞬态卸荷对围岩的损伤作用。     

陕北地区饱和红黏土隧洞工程特性及施工方法初探——以榆林黄河东线引水工程为例

榆林黄河东线引水工程以输水隧洞为主,其中秃尾河以西段隧洞围岩大部分为新近系饱和红黏土,该类洞室的稳定性是隧洞施工的关键问题。通过详细地质调查,结合室内试验,对红黏土的工程特性进行研究,利用有限元方法计算因隧洞开挖带来的变形量,并采用HSS弹塑性本构模型,对钻爆法施工时的饱和红黏土隧洞围岩稳定性进行数值模拟计算,结果发现:隧洞采用钻爆法开挖时,洞室产生的位移变形迅速且位移量大,特别是深埋段,开挖后下沉量最大可达30 cm,而采用盾构法施工时,洞室顶部位移最大仅为12 mm,表明盾构法施工能够很好地控制周围地层的变形,对周围环境影响很小。研究结果证明了传统钻爆法开挖洞室稳定性差,盾构法施工更适宜于该类隧洞的结论。     

软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究

泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4～5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。     

隧洞地表稳定性监测及计算分析

李子坝隧洞埋深较浅,进出口围岩较软弱,隧洞上方房屋密布,且有一居民用水塔。根据工程实际,隧洞初期支护采用超前管棚+工字钢架+喷射混凝土进行联合支护;隧洞底部灌浆并施作仰拱;二次支护采用钢筋混凝土直边墙半圆拱。为确保施工安全及施工过程中地表建筑物的稳定,对隧洞稳定性进行理论计算,求得在此状态下,最危险断面处隧洞的稳定性系数为1.9;施工过程中对地表房屋、水塔、隧洞拱顶及边墙的变形及沉降情况进行监测。监测结果表明,地表建筑物沉降量均较小;水塔沉降量小且各点下沉协调一致,则水塔不会倾倒;隧洞拱顶及边墙变形均较小。     

隧洞拱冠砂土位移与破坏的离心模型试验研究

通过离心模型试验,对隧洞拱冠以上地层位移与隧洞内支护压力的关系及临界支护压力进行了研究。结果表明：在砂土中开挖隧洞,由于砂土抗剪强度的发挥,隧洞拱冠以上砂土在远小于原位上覆土压力的支护压力下仅发生一定的位移而不致塌落;因此,若允许地表面发生少许沉降,隧洞内支护压力可以比原位上覆土压力有较大程度的降低。     

丹巴水电站引水隧洞高地应力软岩段三维开挖方案优化研究

采用摩尔-库仑弹塑性模型的有限元分析方法和岩体开挖卸荷理论, 并考虑地应力对隧洞的作用机制,建立丹巴水电站双洞四机引水隧洞软岩段三维开挖大型三维模型并进行岩体力学计算,分别以不同的掌子面推进深度进行开挖,从洞口开挖至一定深度。统计不同掌子面推进深度下各步开挖不同关键点处的位移变化情况,进行比选,建议工程实际应当选用的最佳掌子面推进深度;在该推进深度下,统计不同洞段不同位置的各向位移预留量,为超前支护的必要性提供依据和超前支护的施工提供数据支持,以保证工程施工的顺利进行,为后续类似工程设计提供参考。     

开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落的模型试验研究

以某铜矿矿山一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,采用网格数字摄影测量方法量测模型剖面全场位移,分析了开采倾斜近地表矿体地表及围岩变形陷落随不同开挖步的变化规律。在模型试验中,开挖-75 m～-45 m之间的矿体,围岩扰动范围及地表下沉位移逐渐增大,第7步开挖完成后,采空区上方岩体开始出现离层,第9步开挖完成后,地表1～4测点之间形成一明显沉陷盆地,最大下沉位移达825 mm。模型试验研究的结果与现场及离散元数值计算结果基本吻合。     

锦屏二级水电站交叉隧洞围岩稳定性分析

锦屏二级水电站引水隧洞具有埋深大等复杂的地质情况,因此在已有隧洞的基础上开挖与之相交的主隧洞,主隧洞（特别是在交叉部处）围岩性质弱化并且围岩自身稳定性降低。因此结合高地应力区深埋隧洞工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,并且通过模型试验,分析围岩在开挖中的应力释放及应力分布规律,为深埋隧洞交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供依据。     

浅埋红层软岩隧洞围岩变形特征试验研究

红层软岩隧洞围岩变形破坏特征及其治理一直是工程界关心和亟待解决的问题.以某工程试验平硐为基础,利用隧洞围岩收敛变形监控量测及二次应力场测试,获取隧洞围岩动态综合信息,研究浅埋红层软岩隧洞无支护条件下,围岩的收敛变形和应力变化特征.结果显示,浅埋红层软岩隧洞收敛变形和二次应力之间有较好的对应关系,即较高应力对应较大的收敛变形,同时收敛变形和二次应力与埋深有较好的对应关系,且红层软岩在埋深较浅的条件下也具有流变性.在埋深较浅时,隧洞围岩与上覆岩层的接触关系会影响隧洞的应力状态及开挖后的收敛变形特征.     

基于量测位移的隧洞围岩弹性抗力系数反演方法

在水工隧洞工程中,岩石弹性抗力系数K反映了岩石弹性抗力的大小,是设计环节中需要确定的一个极为重要的基础计算参数。水工隧洞工程中需用水压法试验测定弹性抗力系数,由于水压法测定抗力系数不仅耗时、费工、且试验工艺复杂。本文通过对比分析弹性状态下深埋圆形隧洞开挖支护与水压法试验力学效应关系,提出一种基于量测隧洞位移的围岩抗力系数的反演方法,该法可根据量测隧洞位移直接反演得到弹性抗力系数。结合北京市南水北调配套工程南干渠工程试验段工程实践,对浅埋水工隧洞位移进行监测,利用提出的反演方法,得到了隧洞围岩的弹性抗力系数。提出的反演方法为复杂水工隧洞不同围岩应力状态问题的弹性抗力系数反演提供参考和借鉴。     

复杂地质条件输水隧洞冻结施工段支护控制研究

穿越含水疏松砂岩层的深埋输水隧洞围岩稳定和支护控制问题是长距离输水生命线工程中的难点,其施工开挖和支护控制方法目前尚不完善。结合某深埋输水工程疏松砂岩层的支护工程实践,分析了疏松砂岩层冻结施工过程及解冻后土体力学性质的演化以及围岩支护联合受力机制,采用有限元法揭示了冻融过程下围岩的变形规律及支护受力演化特征,并提出疏松砂岩层冻结施工及分步联合支护的设计理念和支护方案。研究结果表明,采用分步联合支护方法能够得到较理想的支护效果,冻结施工段进行支护结构刚度设计和数值验证时应考虑冻融过程对围岩的扰动弱化,让各种支护手段在时间和空间上实现有效结合,使围岩和支护结构紧密结合,形成受力机制明确的联合受力体。     

盾构地铁隧道穿越既有铁路桥的沉降分析

HTSS以大连地铁2号线香沙区间盾构隧道下穿铁路桥特殊地段为依托,通过三维有限元程序仿真模拟以及工程现场动态监测,研究盾构施工法对周围地层变形的影响和盾构下穿铁路桥造成的沉降特征。结果表明:盾构开挖引起的地表沉降经历了5个阶段,即初期扰动沉降、开挖面前部沉降、盾构机正上方沉降、盾构通过沉降、后期固结沉降;地表沉降整体为一个凹槽形,即隧道中心线地表沉降大,隧道两边沉降较小,按隧道横截面轴线左右对称,符合地表沉降机理,并与现场监测数据一致;距离开挖隧道越近,总体沉降位移越大,盾构开挖小于20 m时,其沉降位移沿着横向与纵向都有扩展,隧道开挖至40 m时,沉降位移主要沿着纵向扩展,横向扩展不明显;不同深度的上部土体沉降呈漏斗形,即隧道正上方沉降最大,两边沉降递减,沉降曲线基本对称,地表右侧受右线隧道开挖影响,沉降量略大于左侧;桥桩底端处于隧道拱顶上,且整个桩身处于破裂面之上,属于短桩范畴,桥桩变形主要以受土体作用而产生的竖向沉降变形为主。     

砂土中隧洞开挖引起的地面沉降试验研究

利用离心模型试验研究隧洞开挖中支护压力P与地层位移S的关系以及地面沉降槽的形态。得到归一化P-S曲线和沉降槽计算参数。还分析了土类、密度和含水量对地层位移的影响。     

节理岩体中隧道开挖与支护的数值模拟

由于节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性,并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要影响。对已有的非连续变形分析程序进行了两点改进,应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖与支护的过程,研究了不同节理倾角岩体的应力分布特性、开挖后隧洞围岩的变形和应力分布规律以及支护后衬砌的变形与应力特点。研究结果表明,节理倾角对节理岩体系统的应力和变形有着直接的影响,并且影响着隧洞开挖后的内空收敛效应;隧洞开挖顺序对围岩的变形和稳定也有重要影响。改进后的非连续变形分析方法和程序可以用来分析复杂节理岩体系统中隧洞的开挖与支护。     

考虑构造应力作用下浅埋圆形隧洞的解析解

基于复变函数方法,通过孔边及地表的应力边界条件,获得了自重应力和构造应力作用下浅埋圆形隧洞的应力和位移解析解,并通过ANSYS有限元软件对解析解进行了验证。引入可以反映地表水平应力大小的0q项,使得该解具有一般性,对地表水平应力分量为0或不为0的情形都可进行求解。分析了隧洞开挖后的应力场及位移场。结果表明,当地表存在水平方向应力时,隧洞的侧壁区域可能会出现切向拉应力,地表水平应力越大,出现的最大拉应力也越大;随着0q的增大,洞顶向上拱起,两侧受挤压向内变形的程度会加剧,地表会出现向上隆起现象,且在洞顶正上方程度为最大。     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站一康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明：在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段;单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18．89mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36．4mm;已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大;双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和;单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8．4～9．3m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16．2～17．5m;隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0．435～0．467,单线隧道开挖后的地层损失率为0．765％～1．324％,双线隧道开挖后的地层损失率为1．231％～2．200％。