偏压软弱围岩隧道开挖顺序比较研究

针对偏压软弱围岩隧道预留核心土法不同开挖顺序造成围岩不同变形量的问题,结合洞头山工程实例,运用现场监控量测结合MIDAS数值模拟的方法,分析比较偏压软弱围岩隧道在不同开挖顺序下各阶段围岩位移变形量。研究表明:开挖顺序的改变能够有效减小隧道各部围岩变形量,且减小程度从大到小的岩体位置依次为浅埋拱腰处、浅埋拱脚处、深埋拱腰处、深埋拱脚与拱顶;拱浅埋侧最大主应力明显减小。因此对于偏压软弱围岩隧道先开挖深埋侧比先开挖浅埋侧更为安全合理。研究成果为隧道信息化施工提供依据,也为洞头山及具有类似地质地形情况的隧道施工提供借鉴与指导。     

考虑时空效应的软弱围岩隧道施工稳定性研究

以达(州)成(都)高速铁路家乡沟隧道为背景,利用有限差分软件FLAC3D并采用伯格斯流变本构模型对软弱围岩隧道施工稳定性进行研究,得出了隧道某一目标横断面上围岩位移、围岩压力和支护结构受力及内力随时间和空间的变化规律和数值大小,并将计算结果与现场实测数据进行比较验证。研究结果表明:在开挖面前方1.5~2.0倍洞径和开挖面后方2倍洞径范围内,围岩变形主要由空间效应所引起;在上述范围之外,围岩变形主要由围岩的流变属性所引起。由于围岩的流变效应,围岩压力、初支与二衬的接触压力和支护结构受力及内力均随时间而发生变化。在围岩刚开挖时,结构受力及内力增长较快,达到某一值后逐渐变缓;二衬施筑以后,在围岩的流变作用下,结构受力及内力逐渐增加,但速度较慢,最终有可能造成拱脚、拱腰、仰拱等应力较大部位首先破坏。     

洋碰隧道CRD工法施工过程的动态仿真数值模拟研究

根据洋碰公路隧道开挖施工的特点，运用位移反分析和有限元方法，对其典型洞段CRD工法的施工过程进行了较为成功的动态仿真数值模拟研究。     

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。     

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。     

浅埋软弱围岩隧道管棚法施工技术

阐述了浅埋软弱围岩隧道管棚法施工技术发展状况,介绍了这一超前支护技术的施工原理,技术要点,机械设备等。     

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。     

围岩监控量测技术在浅埋大断面公路隧道中的应用

以安楚公路２、３号隧道围岩监测资料为基础，以进出口边玻和Ｋ７５＋４２０～Ｋ７５＋４３０段作为实例，介绍了应用监测技术提供的围岩变形信息来指导施工、确保安全的情况。     

超大断面矩形顶管隧道施工动态变形规律

在城市地下工程建设中,新建大断面隧道近距离下穿施工对既有道路造成的扰动不可避免.分析地表变形特点及其变化规律对减小隧道施工造成的环境影响具有重大意义.结合郑州市沈庄北路-商鼎路下穿中州大道矩形顶管隧道工程的工程实践,采用现场地表变形实测统计分析并运用数值模拟方法对顶管顶进施工过程进行动态分析,揭示隧道开挖过程中的地表变化规律;数值模拟预测分析了顶管施工对既有道路的影响,从而优化施工方法和技术参数,提出相应的控制措施,并通过工程变形监测数据验证了预测分析的有效性.      

地层条件对超大断面隧道软弱破碎围岩施工影响过程规律的数值模拟分析

兰渝铁路两水隧道地质条件复杂,围岩软弱破碎,沿线地形起伏,隧道埋深变化大。根据埋深等地层条件的变化,在不同的区段选择合适的施工方案,控制隧道围岩变形是隧道安全控制的关键所在。结合该工程的勘察和设计资料,采用大型有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型,系统地研究不同埋深条件下开挖进尺对隧道变形的影响。从变形角度揭示了埋深对开挖进尺的影响规律,确定了不同埋深条件下最利于变形控制的循环进尺,为工程的施工决策提供技术指导和理论支持。     

Discontinuous deformation analysis of super section tunnel surrounding rock stability based on joint distribution simulation

Based on binocular stereo photography measurement technology, the actual distribution information of joints and fractures in the tunnel face were obtained via image processing and feature extraction, and the preliminary evaluation of surrounding rock stability of Laohushan tunnel was conducted according to surrounding rock classification method. Since all available surrounding rock classification approaches didn’t consider the influences of the size effect of tunnel excavation span and unfavorable geologic bodies such as weak-fracture zones, an improved discontinuous deformation analysis (DDARF) method was adopted to conduct a numerical simulation of the deformation and fracture processes of the surrounding rock. Using the traveling wave method, triangle DDA blocks were automatically generated in the calculation zone, and the block boundaries were divided into real joints and virtual joints. Based on the real joint information obtained via aforementioned photographic measurement, the real joints in the tunnel face were dynamically modified, in order to achieve the simulation of joint distribution. The results revealed that the fracture evolution regularity, deformation failure mechanism, and block dropping phenomenon that the DDARF joint simulation model calculated are in good agreement with actual conditions, while those obtained based on conventional models present differences from field situation. Additionally, focusing on the localised rockfall phenomenon of Laohushan tunnel, the crack extension rate was introduced to conduct a quantitative comparison of the rock crack evolution process with or without anchor supporting. The research results offer practical guidance for field construction and anchorage support scheme optimization.     

水布垭特大断面导流洞围岩稳定性分析

湖北清江水布垭导流洞采用矿山法施工,为确保施工安全,以三维有限元对该隧洞处于断层破碎带的进口渐变段的施工过程进行了计算模拟,并根据计算结果确定了合理的施工方案.根据地下结构设计理论中的地层结构法,选用连续体计算模型,对围岩材料和混凝土材料的本构关系分别作理想弹塑性应力-应变关系和线弹性本构关系的简化,并采用摩尔-库仑屈服准则,分析了初期支护结构的受力特点、围岩塑性区的深度和范围以及洞周围岩位移的发展规律.结果显示,围岩塑性区深度较大,而且初期支护结构承受的最大拉、压应力均略大于混凝土的强度极限,指出该区段初期支护结构在采用钢筋格栅喷混凝土的基础上,应加强长、短系统锚杆进行围岩加固.     

黄土软岩公路隧道防排水合理结构型式研究

针对甘肃省及临近地区干旱、半干旱黄土地区工程地质、水文地质特点,实地调查该地区已建隧道渗漏水情况,分析该地区隧道渗漏水成因。以天巉二级汽车专用公路9座隧道为依托,应用工程类比法提出适合该地区的涌水类型划分方法,涌水类型划分为滴渗、淋淌、股水和突水4种,并分析了影响隧道防排水结构设计的因素和防排水设计原则。在此基础上,提出了防排水设计的4种合理结构型式及其适用条件。研究结果为天巉公路、巉柳公路防排水设计与施工提供了有效指导。     

基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法探讨

为定量评价隧道围岩的稳定性并指导支护设计,提出了隧道临界稳定断面的概念及基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法,主要包括以下内容:(1)隧道临界稳定断面就是与设计开挖断面中心埋深相同、几何形状相似在无支护状态下围岩能够自稳的最大断面;(2)当设计开挖断面小于临界稳定断面时,临界稳定断面与设计开挖断面之间的围岩可以作为支护结构利用,且当其安全系数满足设计要求时,认为围岩能够长期自稳,除进行局部防护外,不需要系统支护,否则需要补充工程支护措施;(3)当设计开挖断面大于临界稳定断面时,需要进行工程支护;(4)提出了设计支护力的计算方法,即认为破坏区范围内的围岩为松散体,设计支护力Pi应能维持该松散体的稳定且具有一定的安全系数。通过该方法,对两种典型断面形式的铁路隧道的临界稳定断面进行了研究,并计算了不同围岩级别、不同埋深条件下围岩的自承载安全系数与所需的工程支护力。研究成果可以为隧道围岩稳定性的量化分析、支护设计等提供一种新的思路。     

隧洞围岩损失位移估计的智能优化反分析

隧洞开挖过程中围岩监测断面的布置一般滞后于掌子面开挖,监测断面布置前围岩已发生的位移称为损失位移。采用优化反分析思路求取损失位移,该思路将损失位移的求解转化为以实测位移与计算位移的误差作为目标函数、岩体力学参数作为决策变量的全局优化反分析问题。针对该全局优化反分析问题是一类高度非线性多峰值且计算代价较高的优化问题,将性能优异的粒子群优化算法与高斯过程机器学习方法相融合,结合FLAC3D数值计算程序,提出隧洞围岩损失位移优化反分析的粒子群-高斯过程-FLAC3D智能协同优化方法。算例研究表明,该方法是可行的,不仅能获得可靠的损失位移预测结果,而且可获取合理的围岩计算模型力学参数,具有全局性好、计算效率高的特点,克服了传统优化反分析方法容易陷入局部最优或过于依赖初始学习样本的局限性。将该方法应用到锦屏二级水电站辅助洞BK14+599断面的损失位移反分析,获得了该断面围岩的损失位移和力学参数,其中,损失位移较大,原因在于岩体开挖后在短时间内弹性变形大。因此,对于地下工程,特别是深部地下岩体工程,在围岩稳定性评价与围岩参数反分析中,损失位移不可忽视,应给予足够重视。     

浅埋隧道围岩应力场的计算复变函数求解法

对于受地表边界和地面荷载影响的浅埋隧道的围岩应力场,由于在数学处理上存在一定的困难,很难用解析解来进行分析,而通常采用边界元或有限元的数值方法来解答。为了求解浅埋隧道的应力场,采用边界配点来确定边界条件,同时用保角映射将一个含圆孔的半无限空间区域映射为圆环域,然后把这个区域内的解析函数展开成Laurent级数的形式,利用Muskhelishvili的复变函数理论和最小二乘法来确定解析函数的各项系数,从而求得浅埋隧道围岩压力的半数值、半解析解,最后通过算例给出了围岩应力的分布情况。计算结果表明,该方法计算精度高、计算量小,具有应用价值。     

真空-复水联合预压法在大面积软土地基上的应用

结合在苏州吴越岭秀软基处理工程中的应用，研究了真空一复水联合预压法的加固机理和效果，并与真空预压法和堆载预压法进行了比较。研究结果表明，该加固方法在提高超软大面积地基承载力方面是行之有效的。     

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。     

隧道围岩分类的层次类比系统方法

在本文中,把围岩分类的因素分为3种。第一种为大的地质环境,它主要包括地层、构造、地形等;第二种为围岩的小环境,它包括岩体结构、结构面的发育情况、地下水的分布等;第三种为围岩的物理、力学、水理以及埋深等具体参数。这3种因素从大到小形成一个层次递阶关系,下层元素是上层元素的具体表现,上层元素对下层元素产生影响。把用这种层次关系表征的典型工点集合,作为一个工程地质评价模型的基础。按典型工点的稳定性进行排序或进行聚类分析,再把新工点的稳定性权重与典型工点的稳定性权重序列或相似序列比较,找出新工点在典型工点序列中的相当位置,这样就可根据与新工点相近的典型工点围岩类别以及施工、支护等成功的设计参数或经验教训作为新工点的设计参数。     

软弱围岩隧道洞口段失稳机制分析与处置技术

隧道洞口围岩大多为软弱围岩,加之浅埋、偏压等不良地质地形因素的影响,洞口施工过程中易发生边仰坡的滑塌。厦蓉高速公路水都线的瑞坡隧道在进洞后不久就发生围岩失稳,致使仰坡开裂滑塌和洞内支护变形很大。利用FLAC3D软件模拟了隧道施工全过程,从围岩塑性区分布以及位移情况结合现场实际状况分析了隧道仰坡坍塌和支护变形发生的原因,并通过数值模拟优化了CRD法的开挖工序。最后参考数值分析结果结合工程实际提出了有效的治理措施,得到的结论可供今后类似工程参考与借鉴。