岩质围岩施工阶段亚级分级的数量化理论研究

为了对隧道施工阶段的围岩分级进行客观评价,提高判定数据的可靠性,必需建立一套实用的施工阶段围岩亚级分级方法,为隧道施工阶段的围岩分级服务。考虑到目前采用的属性指标的实际情况,特采用数量化理论对施工阶段岩质围岩亚级分级进行定量评定。通过对国内外情况的调查统计,得到了公路隧道围岩亚级分级的指标体系;并依托工程实际情况,在72条隧道中采集了800余条样本,从中选出了500条数据进行分析,完成了以数量化理论为基础的施工阶段围岩亚级的定量判定方法研究,并通过工程实例对判定方法进行了检验。研究结果表明：岩质围岩施工阶段亚级分级指标为岩石坚硬程度、岩体完整性状态、地下水状态;建立的数量化分级判别方程和判别值的自检平均符合率超过85%;数量化理论在岩质围岩施工阶段亚级分级应用中具有较高的可靠性。     

碎石土隧道自稳性的三维离散元分析

随着国家对基础设施建设投资力度的不断加大,一些需要穿越碎石土体的隧道不断涌现。针对铁路、公路建设中遇到的碎石土隧道的自稳问题,利用改进后的三维离散元模型及编制的计算软件,对碎石土隧道的自稳性进行了模拟分析,探讨了粒径与隧道自稳性之间的关系,研究了粒径分别为0.1,0.2,0.35,0.5,1,2 m等碎石土隧道能够自稳时的最大跨度,并模拟分析了碎石土隧道塌落量与跨度之间的关系。使用的方法和得出的结论对类似工程有一定的参考意义。     

土质围岩开挖破坏模式研究

结合大量土质隧道围岩破坏调研资料和室内模型试验,研究土质围岩破坏的位置和形态,以破坏位置和特点探讨了土质围岩的破坏模式,并对各破坏模式进行了定义。研究表明,土质围岩破坏模式有未支护段破坏模式、掌子面破坏模式、未支护段和掌子面同时破坏模式及不发生破坏4种;未支护段破坏模式可分为自稳破坏、进尺破坏和不破坏;未支护段自稳破坏模式主要受洞形跨度和跨高、围岩条件控制,而进尺破坏模式主要受进尺和围岩条件控制;掌子面破坏模式的破坏面可近似为对数螺旋曲面或斜平面,未支护段破坏模式的破坏面可近似为抛物线曲面,未支护段和掌子面同时破坏模式的破坏面近似为数螺旋曲面或斜平面和抛物线曲面相交。     

公路隧道围岩亚级开挖及支护设计参数研究

为了建立公路隧道在各围岩亚级条件下的支护体系,指导隧道的安全施工,在亚级分级方法、分级标准、物理力学参数等研究基础上,结合双车道公路隧道特点,通过理论分析、实例统计、数值分析等方法,研究了各亚级围岩下隧道开挖方法、预加固参数、支护类型、结构型式和初期支护参数。结果表明,Ⅲ1级围岩可采用全断面法、轻型承载型支护,Ⅲ2级采用台阶法、中型承载型支护;Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3级采用台阶法、重型承载型支护,但Ⅳ2、Ⅳ3级需通过预加固措施使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平;Ⅴ1级采用台阶法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平的预加固措施,Ⅴ2级采用CRD法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ3水平的预加固措施,Ⅴ1、Ⅴ2级也都可采用CD法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平的预加固措施,且都采用特殊承载型支护;Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅴ1、Ⅴ2级均需设置仰拱。     

冰水堆积体隧道围岩分级与支护力确定方法

为定量评价冰水堆积体围岩参数,提出一种冰水堆积体围岩快速分级方法,并给出冰水堆积体的变形控制标准,主要包括：（1）根据规范的相关计算方法,结合国外相关规范与冰水堆积体的基本特性和地貌特征,对设计阶段围岩进行分级;（2）根据土体密实状态、细粒含量以及细粒含水率,对施工阶段围岩进行分级,将冰水堆积体分为3个基本等级,4个亚级;（3）根据地下水与围岩胶结情况提出最终的围岩分级;（4）基于冰水堆积体隧道围岩分级,计算了不同围岩等级下的围岩特性曲线以及隧道允许变形量,从而提出基于允许变形量的隧道支护力确定方法。研究成果可以为冰水堆积体隧道围岩的分级、支护力的确定等提供参考。     

隧道岩质围岩亚级分级可靠度分析方法及其工程应用

在隧道工程岩体分级中,由于岩土体参数本身的不确定性,加之各定性、定量评定指标在获取过程中由仪器误差、人为操作等产生的离散性及随机性,往往是应用同一评价体系及分级标准,却得出不同的评判等级,尤其是在围岩亚级分级中,评定结果鲁棒性差,甚至出现跳级,这就决定了围岩类别的可靠性的存在。据此,基于《工程岩体分级标准》,通过分析岩石强度及岩体完整程度等评价指标的概率分布规律,引入体系可靠度分析理论,构建不同围岩等级的功能函数,经Monte Carlo法计算围岩隶属于各评定等级的可靠概率,进而提出了基于国标BQ法的围岩亚级分级可靠度分析方法。该方法充分利用了分类系统本身蕴含的信息,考虑了评价指标的不确定性及离散性,所计算可靠性指标可更为直观地对围岩等级作出稳健评估,且可靠概率在一定程度上综合考虑了包括局部破碎带、软弱夹层等掌子面围岩信息的离散程度。研究成果应用于济南绕城高速老虎山超大断面隧道的围岩亚级分级中,所评价结果与实际围岩等级完全吻合,且各等级可靠指标的延续性可对隧道施工过程中地质属性的变化情况进行定量表征,有助于工程地质人员据此对围岩质量的渐变过程进行动态评估,为合理确定工法转换区间,优化支护参数提供数据支撑。研究成果对类似超大断面隧道的围岩亚级分级有一定参考价值。     

软弱围岩条件公路连拱隧道施工方法数值分析

针对软弱围岩条件（Ⅳ级围岩）大跨度连拱隧道施工安全和围岩稳定问题,结合工程实际,采用非线性有限元法,对连拱隧道施工过程进行了数值计算分析,对比了中导洞一核心土和三导洞先墙后拱施工工艺下隧道的位移特征、点安全系数、二次衬砌应力、锚杆和钢拱架轴向应力。实际工程研究表明,中导洞一核心土施工工艺开挖软弱围岩条件大跨度公路连拱隧道是可行的,对类似软弱围岩条件的隧洞施工有一定参考价值。     

隧道施工时地表沉降监测控制标准探讨

地表沉降是判断浅埋隧道地层稳定的一个重要指标。在分析地表沉降监测重要性和隧道埋深的关系基础上,阐述了地表沉降控制标准确定的原则;针对隧道无邻近结构物段,从地层围岩稳定、经验公式和相关规范的角度探讨地表沉降控制标准,并以武广客运专线浏阳河隧道为例子进行验证。结果表明,城市隧道变形控制标准要比山岭隧道更严格,浅埋隧道要比深埋隧道控制标准更严格;围岩越坚硬、跨度越小、边墙高度越小,则允许的位移越小,反之则越大;允许的变形控制标准主要影响因素是围岩自身条件,其次是隧道的跨度     

无支护扁坦隧道动态施工行为的数值模拟

基于岩质较好的岩层中开挖隧道时常常存在一定长度的无支护区的事实,本文充分考虑围岩自身具备的自稳能力,以实际岩层力参数为基础,建立了不同方法开失密武山隧道的力学分析模型,以三维Ｃｏｕｌｏｍｂ－Ｍｏｈｒ强度准则为屈服条件,利用三维弹塑性有限元程序,３Ｄ－σ分别对全断面法,上下台阶法,左右分部法和四分部法开挖隧道进的动态力学特性进行了数值模拟,得出了无支护进开挖方法对围岩最终应力场无影响,但却很大程度地     

偏压隧道偏压应力比特征分析

偏压隧道是公路和铁路建设中经常遇到的隧道类型,由于其受力的不对称性及设计、施工的特殊性,一直是隧道施工研究的热点。以往针对偏压隧道的研究主要集中在偏压隧道的成因、围岩稳定性、应力应变分布规律及施工影响等方面,但缺少对偏压隧道偏压应力比以及公路、铁路设计规范给出条件的偏压应力比的研究,而且公路和铁路设计规范中给出的偏压隧道对应的坡面倾角和隧道埋置深度缺少相关理论来支撑。本文针对铁路双线隧道设计规范给出的临界坡度和覆盖层厚度条件,采用数值模拟的方法,求出地形偏压隧道对称位置的应力比值,定量分析了规范给定条件下偏压应力比的特征值。结果表明：在保证安全的前提下,当Ⅲ级围岩拱肩应力比大于7.45、Ⅳ（土）级围岩拱肩应力比大于2.23、Ⅳ（石）级围岩拱肩应力比大于3.34、Ⅴ级围岩拱肩处应力比大于1.06时,可将隧道考虑成偏压隧道,从而为定量判别偏压隧道提供理论依据。     

城市地下空间开发利用的地质安全评价内容与方法

城市地下空间地质安全评价是地下空间资源开发利用的基础,但尚未见针对其评价原理、内容和方法进行的系统研究。文章以主要服务于控制性详细规划和修建性详细规划为目标,提出了城市地下空间开发利用地质安全评价三方面的内容:（1）地下空间自身稳定性评价,分浅埋、深埋硐室对围岩稳定性计算方法进行了评价,在修正的芬纳公式的基础上提出了以硐室围岩表面刚好达到剪切塑性极限为临界条件的围岩稳定性计算方法;同时通过构建地质模型,模拟不同工况下硐室稳定性,获取大量样本数据,利用神经网络方法分析建立求解器,从而建立地下空间自身稳定性的快速评价系统。（2）城市地下空间开发引起的邻近工程稳定性影响评价,从地下空间开发对地面工程的影响以及地下工程之间相互影响两方面梳理了评价的内容。（3）后建地面工程对地下工程稳定性的影响评价,提出了通过原位监测、数值分析及工程类比等方法对后建地面工程对地下工程稳定性的影响进行评价。     

大型地下厂房施工期围岩变形监测成果分析

地下工程监测是工程动态设计和信息化施工的重要基础,监测成果全面、准确、及时的总结和分析上报更是其中重要的环节。乌江彭水电站地下厂房开挖尺寸大、地质条件复杂、开挖周期长、施工扰动大,为保证施工期和运行期的安全,在地下厂房区布置了大量的监测仪器,对厂房施工期围岩的变形性态与稳定性实施跟踪监测。通过监测成果分析表明：主厂房围岩总体上是稳定的,设计支护措施可以提高围岩的自稳能力,保障厂房开挖的稳定。但是受地质条件和爆破施工影响,局部围岩特别是下游边墙页岩部位岩体稳定性问题突出。     

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     

用SBQ值作为砂类土质隧道围岩分级基准的构想

砂类土的抗剪强度和重度与砂类土体隧道围岩稳定性有较大的关系。从影响砂类土体隧道围岩稳定性因素及围岩分级的角度出发,探讨了利用综合性指标SBQ值作为基准指标来评定砂类土体隧道围岩稳定性方法的可行性。分析表明,SBQ值可以作为其他物理力学指标的代表值,可以综合评定砂类土隧道围岩的稳定性,并给出了用SBQ值描述各物理力学指标的定量表达式。     

砂类土体隧道围岩压缩模量的试验研究

砂类土的压缩模量与砂类土体隧道嗣岩稳定性有较大的关系.从影响砂类土体隧道嗣岩稳定性因素及围岩稳定性分级的角度出发,探讨了与砂类土体隧道围岩稳定性相关的压缩模量的影响冈素,发现砂类土的细粒(d<0.074 mm)含量对其压缩模量有较显著的影响,二者呈负相关;砂类土的相对密实度并非完全足越人而压缩模量也越大,还与细粒含量及细粒含水状态仃关:采用砂类上细粒含水率而不是砂类土含水率的方法来评定潮湿砂类土的压缩模量,得出了细粒含水率对砂类土压缩模量的影响规律.根据细粒含量和相对密实度对压缩模量的影响规律,提出了两指标的分级界限.     

砂土质隧道围岩粘聚力影响因素的试验研究

隧道围岩中较差的砂土质隧道围岩一般在洞口段较为常见。砂土具有粘聚力是客观事实,该粘聚力会对砂土质围岩稳定性产生较大影响。本文从影响砂土质围岩坑道稳定性因素及围岩稳定性分类的角度出发,探讨了与砂土质隧道围岩稳定性相关的粘聚力的影响因素,发现砂土的密实程度对砂土围岩粘聚力有较显著的影响;细粒(d<0.075mm)含量对粘聚力的影响规律与砂土密实程度有关;采用细粒含水量而不是砂土含水量的方法来评定潮湿砂土的粘聚力的影响是较为合理的方法,并总结了细粒含水量对砂土粘聚力的影响规律。