软弱围岩大断面隧道掌子面锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道的开挖施工容易造成开挖面失稳坍塌以及拱顶沉降过大等事故,须对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以宁波象山县野猪山隧道为工程背景,以新意法为理论基础,采用玻璃纤维锚杆加固隧道掌子面,通过数值分析研究了掌子面锚杆布置密度、加固长度、搭接长度等加固参数,得出掌子面玻璃纤维锚杆加固长度应大于隧道开挖直径,可提高掌子面的稳定性;对掌子面挤出变形控制较为严格的情况下,可以对全断面布置锚杆进行加固。     

城际铁路盾构隧道下穿四孔箱涵引起沉降分析

为解决淤泥地层城际铁路盾构隧道下穿既有结构引起其沉降过大问题,以珠机城际铁路盾构隧道下穿四孔箱涵为工程背景,采用参照规范、数值模拟和现场监测的方法,研究淤泥地层盾构隧道下穿箱涵引起的沉降。建立三维数值模型分析加固前箱涵结构及周围土体的沉降值,并以此为依据提出加固方案;对加固后的沉降,建立新的数值模型;将现场监测数据与加固后数值计算值进行对比分析。结果表明:箱涵最大沉降模拟值由加固前的-45 mm减小为加固后的-1. 5 mm,加固后现场监测值为-3. 1 mm;地表最大沉降模拟值由加固前的-51 mm减小为加固后的-7 mm,加固后现场监测值为-10. 1 mm;加固后数值模拟值与现场监测值二者的影响规律以及引起的沉降值基本一致,说明加固方案起到很好的加固效果以及所构建数值模型有合理可行性,可为今后类似工程提供借鉴。     

不同围岩和埋深条件下高地温隧道围岩稳定性影响研究*

为了研究围岩等级及埋深对高地温隧道围岩稳定性的影响,以红河州建（个）元高速公路尼格隧道为工程背景,采用现场测试、正交试验及数值模拟相结合的方法,探讨围岩等级、埋深及温度对隧道围岩稳定的敏感性。研究结果表明:隧道拱顶沉降量随围岩等级及埋深的升高而增加,而隧道拱顶沉降量随围岩温度的增加呈先减小后增加的趋势,影响隧道拱顶沉降因素主次顺序为围岩等级、埋深及温度。将数值模拟与现场监测结果对比分析,验证数值模拟的可靠性及准确性。研究结果可为类似高地温隧道设计和施工提供参考。     

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算*

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

基于双强度折减法的浅埋偏压隧道安全性与破坏模式研究

基于双强度折减系数法,探究了以特征部位沉降、最大塑性应变和最大主应力是否突变及塑性区发展作为隧道失稳判据的适用性。基于双强度折减理论,采用不同埋深与高跨比、不同地表坡度及不同围岩级别,对浅埋偏压隧道进行了安全度分析,探讨了浅埋偏压隧道的破坏模式。结果表明,拱顶沉降对隧道围岩失稳有很好的突变响应,建议采用拱顶沉降作为隧道的围岩稳定性判据;黏聚力c及内摩擦角φ对隧道稳定安全系数的贡献受地表坡度及围岩级别影响较大;浅埋偏压条件下隧道开挖后产生的潜在破裂面主要有5处,不同破坏模式下的破裂面状态不同。     

富水软岩隧道破碎带围岩稳定性及预留变形量优化研究

为了掌握穿越富水断层破碎带隧道围岩大变形规律及改善支护参数。首先推导渗流力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式,并且引入Caquot公式和Kastner公式,得到考虑渗流力条件下的围岩形变压力和松动压力与围岩变形之间的关系,确定围岩特征曲线。根据隧道支护方式,得到隧道支护特征曲线。并通过现场监测,验证理论分析正确性,优化破碎带围岩预留变形量值。研究结果表明：考虑渗流力、围岩塑性形变压力和松动压力共同作用下围岩变形规律与现场监测结果比较接近。考虑渗流力、围岩形变和松动压力求出的围岩压力大于不考虑渗流时得到的结果,考虑渗流力、围岩形变和松动压力时地层与支护结构达到平衡时的变形量比不考虑渗流时大0.15 m。根据围岩-支护相互作用全过程规律曲线,通过曲线交点,得到预留变形量理论值,对比隧道大变形段的监测结果,确定破碎带围岩最优预留变形量为300 mm。研究结果能准确表征渗流效应、围岩形变和松动压力对富水软弱破碎带围岩大变形影响规律,对类似工程的支护设计优化有明确的指导意义。     

铁路隧道整体式衬砌火灾力学响应特性数值模拟

通过ANSYS有限元数值模拟软件,建立了铁路隧道整体式衬砌的二维热力耦合有限元计算模型,基于ISO834标准火灾温升曲线,对不同单双线和不同等级围岩的铁路隧道整体式衬砌(单线III级围岩衬砌、双线III级围岩衬砌、单线IV级围岩衬砌、双线IV围岩衬砌)的火灾力学响应行为进行了数值模拟研究,获得了火灾作用下,不同的铁路隧道整体式衬砌拱顶竖向位移、边墙侧向位移、压应力、剪切应力的变化情况。结果表明:双线整体式衬砌拱顶的竖向位移大于单线整体式衬砌,围岩等级越大整体式衬砌拱顶的竖向位移越大,整体式衬砌承受的最大压应力和最大剪切应力随时间集中在不同厚度层的混凝土区域上。所获得的结论可为铁路隧道整体式衬砌的防火设计和安全性研究提供理论参考。     

复杂环境下浅埋大跨地铁渡线隧道施工地层沉降控制方法研究

以北京地铁4号线白石桥至学院南路区间渡线隧道作为工程背景,阐述在复杂环境下浅埋大跨隧道施工的地层沉降控制方法。该隧道具有"隧道跨度大(最大跨度22.1 m),埋深浅,断面类型多、结构复杂"等特点,隧道上方有雨水管等市政管线,地层沉降控制难度极大。首先介绍了渡线隧道总体施工顺序安排、超前加固方案和各断面施工方法,并利用FLAC3D三维数值模拟程序,对最大断面开挖支护过程进行了模拟计算,研究了地表沉降规律和塑性区分布情况,用于指导施工。在施工期间对地表沉降进行监测,其结果表明:渡线隧道施工方法是合理的,地表沉降在控制范围内,确保了隧道周边环境的安全。     

基于强度折减与刚度退化小净距隧道围岩稳定性研究

运用刚度退化的基本原理和方法,将泊松比ν和弹性模量E进行调整,提出变刚度隧道围岩强度折减法。以某小净距隧道为例,在只调整ν或E、同时调整ν和E、保持ν和E不变4种情况下,探讨了刚度退化对小净距隧道围岩稳定性的影响。结果表明:ν对隧道拱顶下沉、拱底沉降、最大主应力的影响要强于E;隧道两拱脚向内位移随折减系数的增大而增大,内侧拱脚向内位移比外侧拱脚的要大,且在刚度调整时拱脚位移要比保持刚度不变时大;等效塑性应变随折减系数的增大而增大,刚度调整导致等效塑性应变区减小,考虑刚度退化推迟了中夹岩柱塑性区贯通;将变刚度隧道围岩强度折减法应用于小净距隧道工程围岩稳定性评价,可依据安全系数的大小来评判设计的合理性,为支护参数及施工技术的选用提供参考。     

高烈度地震区隧道软硬围岩交接段刚柔并济抗减震技术研究*

为提高高烈度地震区隧道抗震性能，以某铁路隧道为研究背景，分析3种抗减震措施下隧道不同监测点隧道拱顶沉降、边墙收敛、衬砌结构PGA及最小安全系数，通过对比分析得到最优抗减震措施。结果表明:相比于工况1，工况2隧道拱顶沉降减小10.54%~81.10%，边墙收敛减小13.92%~78.77%，衬砌结构PGA减小31.42%~72.02%，最小安全系数增加18.04%~66.13%；相比于工况1，工况3结构拱顶沉降减小3.04%~18.02%，边墙收敛减小4.70%~32.00%，PGA增加13.95%~27.48%，最小安全系数增加7.49%~30.99%；工况4即“减震层+SFRC衬砌”刚柔并济法，相比于工况1，隧道拱顶沉降减小18.46%~83.98%，结构边墙收敛减小17.54%~85.47%，PGA减小30.00%~69.98%，最小安全系数增加47.95%~83.56%；4种工况抗减震性能由高到低依次为:工况4＞工况2＞工况3＞工况1。研究结果可为隧道软硬围岩交接段抗震设防提供理论参考。     

深埋水平岩层隧道开挖稳定性分析及控制*

针对深埋高地应力水平岩层掌子面开挖稳定性及支护结构失效问题,以大峡谷隧道为工程背景,通过现场测试、室内试验、数值模拟等方法,探究深埋高地应力水平岩层失稳机理及控制措施。研究结果表明:坚硬岩体被节理面切割后,在高地应力作用下容易发生挤压破碎,破碎岩体遇水发生软化,导致掌子面发生大范围塌方,初支和超前支护失效;隧道开挖后岩层发生不均匀沉降,浅部岩层最先发生弯折破坏,层内块体错动滑移,继而向上方岩层发展,并伴随层间分离和层内裂隙发育,最终形成宏观破裂面;提出的台阶法、2 m开挖进尺、砼喷层、双层小导管、提高初支强度的整体优化控制措施,可有效提高现场支护效果。     

小导管预支护作用机理与效果分析

小导管预支护是隧道施工中常用的一种超前支护技术。对小导管预支护加固机理和作用效应进行分析,通过建立预支护系统的串、并联模型,明确了小导管预支护各单元间的相互关系,采用FLAC三维数值模拟方法对小导管预支护效果进行分析,通过比较不同工况对拱顶竖向位移的影响,表明小导管注浆预支护在控制拱顶沉降、维持围岩稳定上发挥了重要作用。     

黄土长大隧道机械化快速施工及安全控制技术研究

为解决黄土长大隧道工期受限问题,拟采用成套机械化工装设备配合三台阶三步法快速施工工艺完成安全、高效的隧道施工。以蒙华运煤专线隧道群快速作业为背景,研究三台阶三步法快速施工工艺和安全控制技术,提出能有效控制黄土隧道围岩变形量的“两紧跟”技术和解决衬砌混凝土背后脱空问题的二衬混凝土滑槽逐窗入模浇筑技术、拱顶带模注浆及防脱空监测技术。结果表明:联合应用“两紧跟”技术、混凝土滑槽逐窗入模技术和拱顶带模注浆及防脱空监测技术可大幅提高成套机械化工装设备配合三台阶三步法快速掘进施工的可靠性,保障工程快速、安全及经济施工。研究结果具有较好的普适性,可成为长大黄土隧道快速施工工艺选择的依据和施工安全控制问题的典型解决方案。     

软弱围岩隧道洞口浅埋段变形特征及控制措施研究*

为解决洞口浅埋段软弱围岩隧道大变形控制难、施工风险高的问题。依托在建隧道工程,对洞口浅埋段初支变形及破坏特征进行分析,提出适合该隧道的变形控制措施。结果表明:洞口浅埋段围岩松散破碎受开挖扰动和地表水影响显著,隧道破坏形式多样,围岩纵向变形不规律,随埋深增大,局部渗水严重段存在拱腰挤出现象;开挖初期围岩变形速率高,最高达到86.8 mm/d,累计变形量大,其中上、中台阶围岩变形量占比为80%~90%,变形主要分为“加速增长—缓慢增长—再次增长—趋于稳定”4个变化阶段,再增长阶段持续时间较短,约6~10 d。根据围岩预留变形量建立各施工阶段的变形控制基准及超限应对处置措施,并提出工法优化,通过数值模拟验证该优化工法有利于支护结构及时封闭,可控制前期围岩变形,保证施工安全和进度。     

在高地应力作用下近水平岩层隧道掌子面稳定性分析及控制*

为了研究大峡谷隧道开挖中掌子面大范围塌方及支护失效问题,分析现场水平层状围岩失稳特征,基于3DEC离散元软件探究掌子面失稳机理,提出塌腔处治及支护整体优化控制措施。研究结果表明:掌子面塌方主要表现为顺层滑移、挤压离层、局部掉块。开挖后拱顶沿水平层理面发生离层,导致掌子面分层垮落,层间错动掉块。围岩拱顶块体呈斜向下45°变形发展,掌子面中部和底部呈平行隧道轴向变形发展,根据塑性区和剪切滑移区扩展范围,最终形成宽5 m、高4 m的塌腔,掌子面前方岩体受影响深度3~4 m。对易塌方段提出台阶法开挖等控制措施,现场监测洞周位移收敛量不超过5 cm,整体优化后支护效果明显。     

中义隧道片理化玄武岩段大变形控制技术研究*

为进一步探究高地应力隧道软岩大变形控制技术,以中义隧道主洞片理化玄武岩段为工程背景,提出大变形Ⅰ型支护、大变形Ⅱ型支护、大变形Ⅱ型支护（围岩加固）3种大变形控制方案,以现场试验段监测为辅助验证,采用数值仿真对3种控制方案的控制效果进行对比分析。结果表明:适宜的支护成环时间具有减缓大变形的作用;在衬砌各部位累计最大变形控制方面,控制方案3较其他方案衬砌最大变形最少减小20.8%,且变形时程曲线最终收敛;围岩最大日变形量控制方面,经过开挖断面的进一步优化以及边墙部位塑性区围岩自承能力的提高,控制方案3最大日变形量较其他支护方案至少减小20.8%。结果显示控制方案3能够稳定控制片理化玄武岩大变形,且效果最好,研究结果可为类似工程提供设计依据。     

考虑地层蠕变特性的盾构隧道施工对邻近桥桩影响和保护措施*

为探讨地层蠕变特性盾构隧道施工对邻近桥桩变形影响,基于Burgers模型建立本构数值模型,并采用FLAC3D软件进行计算。结果表明:盾构隧道贯通后,邻近桥梁承台基础变形持续增加,变形趋于稳定至少需要1 a时间,且累计变形值将超过桥梁桩基础允许变形值;提出隔离桩和盾构隧道周围地层注浆加固2种保护措施。研究结果可为评估盾构隧道施工对邻近桥桩影响程度和制定邻近桥桩保护措施提供参考。