均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟

采用模型试验与离散元模拟的方法,对均质岩体中隧道开挖后围岩的变形破坏过程进行了研究,并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行了分析,模型试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致性。研究结果表明：隧道开挖后,拱顶处围岩变形明显并出现裂缝,围岩破坏从拱顶开始,进而呈渐进式向上发展,最终形成稳定的塌落拱;开挖后,隧道围岩径向应力减小,隧道周边一定范围内围岩切向应力减小,且随隧道变形破坏的发展,围岩切向应力减小的区域逐渐扩大;隧道塌方后,拱底垂直应力增加,开挖结束至塌方开始期间地表位移增量最大,塌方期间地表位移增量最小。     

云南省元-磨公路大风垭口隧道施工地质灾害分析

大风垭口隧道是云南省正在建设的元—磨高速公路控制性工程，也是云南省在建的最长公路隧道。该隧道施工过程中出现的地质灾害类型主要有涌水、崩塌、洞口滑坡、岩溶、突泥等，对施工造成了很大的影响，影响了施工进度，增加了工程投资，并对工程的稳定性有潜在的威胁。这些地质灾害的发生与地层岩性、岩体结构、地质构造、水文及人为因素有关。塌方主要发生在碳质板岩中，涌水在各种岩石中均有发生。相对挤压带和松弛带以近等间距相间出现是大风垭口隧道围岩地质构造的一个显著特征，而施工中的地质灾害主要出现在构造松弛带中。隧道开挖的实际地质情况与工程地质勘探成果有较大的出入则是灾害发生的人为因素。     

基于BP神经网络反演分析的隧道塌方机理研究

岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌,针对力学方面的隧道塌方机理分析较多,而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性,掌握隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道在开挖过程中发生的坍塌现象,结合隧道的监测数据,运用BP神经网络的构建原理,对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到FLAC3D有限元软件构建的不同施工方法模型中,对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行判断和分析。结果表明：施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大,针对围岩等级为Ⅴ级的隧道,采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全,隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系;反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm,地表位移预测值为1.2 cm,与监测数据偏差13%左右,反演结果具有一定的可信度。研究结果对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。     

软岩浅埋隧道施工工法比选

目前在高速公路软岩浅埋隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、地表产生大面积沉降等问题。广福隧道某浅埋段,地质条件复杂,断面大、岩性差,受构造影响比较严重,而且顶板厚度比较薄,易发生坍塌、冒顶现象。为确保浅埋段隧道的施工安全,尽量减少隧道开挖引起的地层沉降和围岩变形,采用FLAC3D对4种施工工法全断面法、短台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法进行模拟,分析了4种工法下地表沉降、隧道围岩周边位移和塑性区的变化特点,选出一种技术可行、经济合理的施工工法,得出一些有意义的结论。     

大风垭口公路隧道施工中的地质灾害及对策

公路隧道的施工过程经常会碰到地质灾害，本文结合云南元磨高速公路在建特长隧道-大风垭口隧道中出现的洞口滑坡、涌水、塌方、突泥等问题，多角度论述了产生的因素以及应对措施，希望能为今后在类似地质条件下，公路隧道的勘查、设计以及施工提供借鉴和帮助。     

张集线旧堡隧道工程地质条件和岩体结构特征研究

新建的张集铁路（张家口 集宁段）旧堡隧道是全线关键性控制工程,位于河北省万全县旧堡乡与尚义县土夭村之间,隧道穿越由晚太古代马市口组(Arm)麻粒岩和黑云母斜长片麻岩组成的一套高级变质岩建造,断裂构造极为发育,岩体破碎。原设计Ⅱ、Ⅲ级围岩洞段占隧道线路总长的71.8%,而已施工揭露的工程地质条件较差,全部变更为Ⅲ级加强及Ⅳ、Ⅴ级围岩,变更率高达80.3%。施工过程中多次发生挤压大变形、塌方、突涌水等施工地质灾害,共处理大塌方段8处小塌方21处计130m,处理大变形18段计550m。本文分析了DK30+520～910洞段地层岩性、地质构造、地应力、地下水等隧道围岩主要工程地质条件,从结构面和工程地质岩组的物理力学特性出发,研究了该洞段特殊的岩体结构,指出该隧道围岩岩体结构特征主要受与隧道轴线小角度相交的构造挤压破碎带及软硬交替产出的岩组控制,隧道围岩变形破坏受岩体结构控制作用明显,并总结了施工中可能遇到的几种岩体结构。该研究对类似工程地质条件地区隧道工程围岩分类、支护设计和施工有一定的借鉴意义。     

公路隧道特大塌方成因分析及综合处治方法研究

结合元磨高速公路大风垭口隧道工程在施工过程中下行线K255+283出现的特大塌方事故,论文综合分析认为该段位于断层突泥富水带且塌方发生前曾发生涌水、塌方,在此基础上提出地表与洞内处治相结合并加以洞内排水的综合处治措施,综合监测和评判结果表明,综合处治后,塌方断面附近初期支护及二次衬砌的受力及变形均未发生异常变化,有关应力和变形在经过一段时间的变化后最终趋于稳定,而且其相关变化值都在很大的允许范围内,证明处治措施不仅理论上可靠,而且现实中安全可行,对未来公路隧道施工塌方处治工作有所指导和借鉴作用。     

渝怀铁路圆梁山隧道桐麻岭背斜东翼岩溶涌水突泥灾害与整治方案比选

圆梁山隧道是在建铁路重庆至怀化线的关键性控制工程，隧道全长11．068km，最大埋深约780 m。隧道施工穿越桐麻岭背斜东翼时，遇到了水平循环带岩溶强烈发育地段，该地段岩溶十分发育，且连通性好；加之数次强降雨，DK361＋764、DK360＋873等段多次突发大规模的涌水突泥砂、块石灾害，造成部分施工机具掩埋损毁，施工掘进严重受阻，蒙受巨大的经济损失，初步分析认为涌水突泥与地下暗河或岩溶泉群的主管道网络发生较为密切的联系，可以直接接受大气降水补给。为了确保隧道施工和运营安全，针对背斜东翼段岩溶发育情况、涌水突泥特征及其降雨影响程度，进行了泄水洞排水、平导排水、封堵和堵排结合 4个整治方案比选，最终采用了泄水洞方案； 2003年 5～9月雨季，背斜地区多次普降（特）大暴雨，DK361＋764、DK360＋873等地段又再次突发大规模的涌突水（泥、砂、块石），都通过兴修的泄水洞排泄掉了，隧道及其衬砌结构安然无恙，表明采用泄水洞方案整治背斜东翼段的岩溶涌水突泥灾害是正确的选择。     

深埋公路隧道溶洞处置效果分析与隧道结构响应规律研究

卡罗Ⅱ号隧道为贵州省平塘至罗甸高速公路控制工程,施工时揭示溶洞发育于右幅隧道的拱底部位,左右线隧道中部岩柱薄易于坍塌,特提出洞渣回填以及桥梁跨越两种处置手段并在技术及经济方面进行比选,综合确定洞渣回填为该溶洞处理方式。为验证回填方案的合理性,以有限元软件Midas GTS建立溶洞回填前后隧道开挖施工模型,分析出溶洞处理前后围岩位移、锚杆轴力以及围岩塑性区变化规律,同时监测典型断面的累计拱顶沉降、收敛变形情况,结果表明:溶洞回填后,围岩位移、锚杆轴力峰值有较大降低,中部岩柱以及下部溶腔塑性区发展由于回填得以控制,溶洞回填可有效抑制围岩变形,施工期间也并未出现突泥、涌水灾害事故,其回填方案有较高的可行性。      

现代隧道施工中的常见地质灾害问题及防治

隧道施工中的地质灾害问题常常是影响隧道施工的关键问题。结合工程实践，讨论了现代隧道施工中常见的塌方、突水、涌水、地面沉陷和塌陷等地质灾害，提出了具体的防治措施。     

复杂山区深埋隧道软岩大变形机理研究——以杨家坪隧道为例

杨家坪隧道施工过程中,软岩大变形不同程度地造成边墙内挤侵限、初期支护和二次衬砌严重变形破坏。为了揭示杨家坪隧道软岩大变形的成因机制,综合工程地质勘察、现场监控量测、室内岩石力学试验、数值模拟和微观分析等手段对其进行综合研究。现场监测结果显示发生大变形的区段与隧道渗水有关,室内物理力学试验表明,千枚岩的纵波波速随浸泡时间变化衰减了2.04% ~5.85%,当充分浸泡28 d后,其单轴抗压强度和弹性模量与天然状态相比分别降低了59.56%和69.68%,说明千枚岩遇水后结构产生了损伤劣化。通过X射线衍射进行矿物成分检测,进一步分析了水岩作用造成隧道围岩强度降低的微观原因。根据现场地应力测试及初始地应力场反演分析可知,杨家坪隧道轴线92.08%的区域处于高到极高地应力状态。此外,高陡倾薄层状千枚岩地层的工程力学特性,以及水和千枚岩的相互耦合作用是杨家坪隧道围岩大变形的主要原因。     

佛山地铁塌陷InSAR时序监测及机理分析

2018年2月7日,位于广东省佛山市禅城区的地铁2号线在盾构施工中发生塌陷事故,造成11人死亡、1人失踪、8人受伤,直接经济损失超过5000万元。为深入分析此次事故成因,本文基于自2017年3月~2019年1月期间的56景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降,形变速率达到30 mm·a-1以上。通过对事发地的实地调查和形变特征分析,并结合当地地质资料推测了塌陷形成的机理:供水管道下方的软土存在不均匀沉降,使水管产生裂缝导致管道内水外渗,进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝,最终引起隧道和地面坍塌。研究结果可以为今后盾构施工中塌陷的监测和预警工作提供理论依据。     

求水山隧道下穿机荷高速段新奥法施工有限元计算

结合求水山隧道的暗挖法施工方案,对软土地区浅埋隧道下穿高速公路的施工过程进行了有限元模拟,以用于评价按该施工方案施工时对其上部高速公路的影响。由于该段隧道最小埋深仅4 m,且上部还有高速公路车辆荷载,因此,在设计时采用了新奥法结合管棚工法的方案。有限元建模使用平面应变单元,通过引入应力释放分析步和使用追踪单元等方法充分体现了新奥法的特点,并通过设置耦合和弹簧的方法实现了管棚工法的模拟,在计算中还考虑了开挖顺序和支护顺序的影响。研究结果表明：对于上部有荷载的浅埋暗挖隧道,控制衬砌的水平向变形能改善衬砌环的工作状态,因此,可显著减少开挖引起的隧道顶面沉降,新奥法结合管棚工法可较好地控制该类型隧道开挖引起的地表沉降变形。     

渝湘高速公路正阳隧道塌方治理方案研究

塌方一直是我国隧道建设领域研究的热点问题。从施工过程中冒顶塌方形成经过、产生塌方原因入手,对渝湘高速公路正阳隧道一次塌方事故提出治理方案,认为岩隙渗水作用于覆盖层较薄、渗透性强的松散破碎地段使隧道上方岩土体的自稳能力恶化;通过坍口设置截水沟及多种形式注浆技术,及时加固坍塌体,封堵岩隙渗水。方案效果良好,具有一定借鉴意义。     

软岩泡水隧道锚变形破坏模型试验

为了研究软岩隧道锚锚体及其围岩泡水后变形破坏的特点,以在建的几江长江大桥为依托,开展了泡水状态（M2）和自然状态（M3）两组缩尺比例为1:30的现场模型试验。通过对各关键测点的试验数据分析,获得了不同状态的模型锚锚体和围岩在破坏过程中的变形特点及规律,并对隧道锚的破坏模式进行了分析。研究表明：不论是模型锚表面还是深部,试验过程中,M2各测点（锚体外侧岩体、锚间岩体等）的位移总体大于M3测点的位移,且破坏荷载值要低于M3。隧道锚围岩含水率不同,破坏模式有所差异。对于含水率为7.39%的M2,其裂隙出现顺序为先洞脸后地表,先西锚后东锚;对于含水率为5.36%的M3,其裂隙先出现在锚体上部地表,然后出现在锚洞斜面,最后在锚碇区大量出现。此外,地形条件也会使得同一含水状态的隧道锚的两个锚体的变形有所差异。研究成果可为软岩隧道锚的修建以及类似的工程设计、施工等提供参考和借鉴。     

盾构动态掘进中围岩变形特性的数值实验研究

为了解软弱土层盾构隧道围岩的变形特性,结合某市地铁盾构下穿既有桥梁结构工程实例,建立每个分析步下盾构动态掘进三维数值模型。模型建立在库仑屈服准则和孔隙水达西定律推导的固结有限元方程上,综合考虑刀盘扭矩、推进力、土仓压力、桥基荷载及孔隙水压力等影响盾构施工质量的诸多因素,结合室内三轴实验和现场实测数据,对盾构动态掘进过程建模原理、模型合理性、围岩变形特性及桥梁结构安全等问题进行研究。研究结果表明:盾构掘进对围岩变形影响表现为接近、穿越和远离3个阶段;盾构接近断面时,受刀盘扭矩、推进力和土仓压力的影响,前方地表出现拱起;盾构穿过、远离断面后,围岩发生沉降、向隧道内和向前运动趋势,变形主要集中洞口上方,呈槽型;地表/桥基沉降计算和实测值吻合,围岩变形能够满足盾构隧道施工安全。     

粉质黏土地层超大直径泥水盾构隧道地表变形与施工参数相关关系研究

本文以粉质黏土地层超大直径泥水盾构隧道为工程背景,分析了地表变形特征随盾构掘进参数的变化规律。并针对粉质黏土地层隧道施工监测数据进行分析,提出了超大直径泥水盾构下穿建构筑物的施工关键控制参数。研究结果表明:不同施工参数对地表变形的影响存在显著差异,注浆量相对最大,刀盘扭矩和贯入度相对次之,刀盘推力、泥水压力、注浆压力和掘进速度相对最小。注浆量对地表变形的影响随隧道埋深的变化而变化,当隧道埋深小于一倍洞径时,注浆量对地表变形影响相对较大;当隧道埋深大于一倍洞径时,注浆量对地表变形影响相对较小。刀盘推力与泥水压力、注浆压力以及水土压力之间存在较好的相关关系。当泥水压力比水土压力约大0.1 MPa,注浆压力比水土压力约大0.3MPa时,盾构下穿建构筑物造成的地表变形相对较小,盾构地质适应性得以显著优化。相关研究成果可为后续粉质黏土地层超大直径盾构隧道地表变形分析和施工参数优化等提供理论依据和技术支撑。     

Numerical analyses of tunnel collapse and slope stability assessment under different filling material loadings: a case study

To transfer the excess water from Sabzkouh River in central Iran to cities beyond the river, a mechanized tunnel is being excavated. During construction and support installation in the first 100 m, tunnel roof collapse occurred and was followed by ground settlement, so that a cavity was developed in ground surface. The cavity had to be filled in a short time before rainy season, since the water flow through cavity could extend the collapse area in both tunnel roof and ground surface. In order to fill the cavity, some filling methods with different materials consist of in situ soil, lightweight concrete, and pumice aggregate lightweight concrete (PALWC) were suggested. To analyse the load distribution and minimize the costs, a three-dimensional analysis was carried out. Tunnel support system was simulated numerically to further evaluate loading state on support system under different material loadings. Mohr-Coulomb material model was used to allow material failure. The modelling procedure was based on actual construction procedure. Firstly, in situ model was modelled without any excavation and was run to establish pre-stresses and displacement, then slope was supported, the tunnel was excavated and support was installed and finally cavity was simulated. The numerical results show that filling the cavity with soil will result in over loading on the support system and leads to instability of the slope. Other two suggested filling materials have acceptable load on support system, but PALWC was selected as the best filling material having minimum loading and guarantees slope stability.