多失效模式下基于区间非概率的岩质隧道稳定可靠度分析

对于岩质隧道工程的稳定可靠度分析,一方面由于岩体参数的统计数据获取困难使得概率可靠度方法难以适用,另一方面其工程稳定与多种失效模式密切相关,须考虑隧道结构体系的可靠度问题。首先,基于区间理论,通过区间变量形式表征不确定性参数;然后,针对岩质隧道工程中多种失效模式并存的情况,引入结构体系可靠度理念,建立基于区间非概率的岩质隧道结构体系可靠度指标计算及其稳定性评价方法;在此基础上,通过工程实例验证了该方法的合理性;最后,定义不确定性参数的波动幅度,进一步分析各失效模式中不同参数对相应可靠度指标以及结构体系可靠度指标的影响。分析结果表明,各失效模式相应的非概率可靠度指标均随区间变量范围的增大而降低,且同一参数在不同失效模式中表现出不同的影响;另外,不确定性参数的变化还将导致影响岩质隧道结构体系稳定的主要失效模式发生相应的变化。

一种改进的公路岩质隧道围岩分级方法

为克服传统隧道围岩分级方法在实际应用中存在的成本高、效率低、参数不易取值等问题,引入一种基于电法勘探成果应用的改进围岩分级方法。在岩体修正质量指标计算式的主要参数和修正系数取值问题分析的基础上,利用隧道物探电阻率值与地下水发育、岩体完整性相关性强的原理,提出根据电阻率大小关系调整完整性系数、地下水影响修正系数的折减方法,建立了改进[BQ](岩体修正质量指标)的隧道围岩分级计算法。厦沙高速某隧道的算例分析表明,采用本文提出的改进计算法,[BQ]计算值较之现行规范计算法降低约5%~8%,与工程实际基本吻合,可实现隧道勘察降本增效,且参数易取值,可操作性强。

九瑞高速岩质隧道钻爆法施工超欠挖控制措施及成本分析

为了降低岩溶地质隧道钻爆法施工超欠挖耗费,提高隧道一次性开挖合格率,对目前隧道超欠挖现状进行研究,分析影响隧道超欠挖的因素,介绍超欠挖对工程造价的影响情况。根据实际调查和现场试验,找出了影响超欠挖和造价耗费的主要因素,并制定了有效的控制措施。采用改进后的方案进行隧道开挖施工后,隧道一次性开挖平均合格率由67.4%上升到了83.9%,经济效益提高了49.9%,证明采取的处理措施是成功的,可为以后类似工程提供借鉴。

浅埋风化岩质隧道初支护后黏弹性变形性态分析

为分析浅埋风化岩质隧道围岩初支护后变形随时间变化的黏弹性效应,首先采用逆反分析法推导出圆形隧道围岩的等效弹性模量和等效侧压力系数的解析解;然后结合具体工程实践,选择典型断面采集围岩初支护后的位移实测数据,采用数理统计方法,获取该类型隧道围岩初支护后的等效侧压力系数与等效弹性模量之比随时间的变化规律,建立围岩初支护后的黏弹性模型,研究隧道围岩初支护后变形随时间变化的黏弹性效应。研究结果表明:浅埋风化岩质隧道围岩初支护后在无降雨等外部因素作用下等效侧压力系数与等效弹性模量之比随时间呈Monomolecular增长模式并最终稳定于某一常数,即围岩变形随时间变化的黏弹性效应也符合此规律,并且其应变与等效侧压力系数成反比变化;在围岩刚度较大和地下水活动较弱的地段,初支护后围岩变形将较快趋于稳定。

基于支持向量机的大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法

为快速判识高速铁路大断面岩质隧道施工过程中常表现出的掌子面围岩显著非均一性特征,提出1种大断面岩质隧道掌子面围岩非均一性判识方法。依托郑万高铁5条试验隧道,采集得到掌子面围岩炮眼钻孔过程样本299份,相应形成大断面岩质隧道掌子面围岩分级样本库;分别构建基于支持向量机(SVM)和2种神经网络的大断面岩质隧道掌子面围岩分级模型,采用同样的数据对比3种模型性能;依托SVM分级模型,利用炮孔名义分级和名义分区分级名词描述掌子面围岩非均一性判识方法,并针对5条试验隧道进行判识计算,提出大断面岩质隧道支护结构的局部优化建议。结果表明:相比于2种神经网络分级模型,SVM分级模型在样本数量较少条件下的分级准确度更高,平均准确度为87.9%;更换样本后,SVM分级模型准确度依然如此,且泛化性更强;本文方法判识得到2次爆破过程中的围岩显著非均一性特征,判识结果与爆破终点掌子面实际情况基本一致,可为支护参数局部优化提供依据。

岩质隧道施工过程变形时空问题的位移释放系数法

岩质隧道施工过程变形具有显著的成洞时间效应与开挖面空间效应。由于应力释放率与施工过程参数、围岩力学性态等的关系难以量化,应力释放系数法在解析岩质隧道施工过程变形问题时存在局限性。为描述岩质隧道与时间、空间相关的复杂的施工力学过程,假设围岩为Burgers体和Drucker–Prager组合模型。利用弹性–黏弹性对应原理与非关联流动法则建立无支护隧道变形解,采用位移释放系数法描述隧道施工过程变形的时空效应。获得的2维平面应变无支护隧道最大径向位移的数学函数形式与Manh解一致;当不考虑时间因素时,本文解可退化为Park解。通过与既有数值解和解析解对比,验证了本文解的正确有效性。进而分析隧道时空变形曲线,包括隧道蠕变特征曲线、围岩变形径向分布曲线和隧道纵剖面变形曲线,得到关于黏聚力、内摩擦角、扩容角与延迟时间等参数的敏感性规律。结果表明:随着时间推移或纵向距离的增大,隧道变形非线性递增;随着围岩深度的增加,隧道变形递减,隧道变形和塑性区半径均为黏聚力与内摩擦角的非线性递减函数;围岩扩容加剧了隧道变形;延迟时间控制了隧道变形的时程规律;隧道时空变形对介入参数的敏感性与其物理意义一致。位移释放系数法成功描述了岩质隧道施工过程变形的时空效应,可为施工过程提供理论指导。

岩质隧道开挖稳定性脆弹塑性损伤分析

岩质隧道的施工过程是典型的卸载力学过程。由于岩体在加载和卸载条件下应力路径的不同,仅采用加载条件下所建立的力学模型来研究隧道的开挖稳定性问题是不适合的。笔者从隧道围岩的力学性能及破坏机理出发,引入损伤力学理论,建立三维非线性脆弹塑性损伤有限元模型,研究在加、卸载条件作用下隧道施工全过程的围岩稳定性,为实际工程提供理论指导作用。

岩质隧道机械胀裂数值模拟分析

复杂环境下岩质隧道钻爆法施工将产生安全隐患。机械胀裂法利用岩石抗拉强度低的特点,以其有效的可控性和安全性,近年来在复杂环境下隧道开挖中得到越来越广泛应用。本文通过数值计算方法,模拟分析了岩质隧道机械胀裂全过程,得到如下结论:(1)针对III级围岩隧道开挖,采用钻孔间距0.7~0.75m、抵抗线0.5~0.6m,胀裂力150~160MPa等施工技术参数,可以有效保证胀裂效果;(2)通过比较相邻孔间切向应力值与岩石抗拉强度的大小来判断胀裂是合理的;(3)机械胀裂均会在保留岩体中产生一定程度的损伤,后续作业调整施工参数,即增大钻孔间距和抵抗线,减小胀裂力,可有效完成岩质隧道胀裂开挖作业。

山岭岩质隧道建设耐久性问题及加固措施

文章讨论了地下结构的一些严重耐久性问题,针对这些问题提出了一些建议。通过对隧道岩体变形数据进行测量、采集和分析,测量数据可用于开挖结果的反馈,及时指导施工。隧道监测包括监测方法、监测设备、数据处理分析,并通过数据分析反馈来指导施工。为隧道施工的改进提供了一些合理的建议。研究将为今后类似工程项目的设计、施工和监测提供有益的参考和指导。

高速铁路长大岩质隧道钻爆法机械化大断面配套施工技术

目前，我国已建成全世界线路里程最长的铁路，中国高铁技术已处于国际领先水平。但是，我国隧道施工技术水平还未迈入世界“隧道技术强国”的先进行列，特别是我国隧道机械化大断面施工技术水平尚处于初期阶段，以钻爆法为基础的机械化大断面施工技术体系尚未形成，配套施工工艺发展缓慢，技术水平比较落后。

地质雷达在岩质隧道施工超前预报中的应用

隧道工程中存在许多难以预测的工程地质现象,一些不良地质现象直接影响正常的隧道施工。地质雷达作为一种无损检测技术,可以确定不良地质现象的分布特征,为隧道施工提供科学的指导信息,确保施工安全。该文结合具体工程实例,说明地质雷达在隧道施工中的应用,并取得了良好的地质效果。

基于Winkler地基模型的岩质隧道软弱底板塑性区研究

为了给侧墙及底板的支护设计及施工提供参考,根据隧道侧墙岩层及其受力特点,将侧墙视为一半无限承载梁,其软弱底板岩体简化为连续的弹性地基,建立了隧道侧墙在支承压力作用下的Winkler弹性地基梁模型,分析了侧墙任一界面上挠度、转角、弯矩及剪力的分布规律,推导了侧墙极限平衡区宽度与隧道埋深、底板岩体的弹性特征值、上覆岩层重度及侧墙应力集中系数、弹性区宽度、弹塑性界面上岩体抗剪强度的关系式。在确定侧墙极限平衡区宽度的基础上,探讨了隧道软弱底板在其侧墙挤压下产生的最大塑性区破坏深度。结果表明:底板最大塑性区破坏深度与隧道埋深、侧墙应力集中系数及其极限平衡区宽度、上覆岩层及底板重度、底板黏聚力及内摩擦角等参数密切相关。

岩质隧道开挖最大径向位移的室内模型试验

为研究围岩径向位移与施工工艺间的相互关系,基于围岩开挖扰动时应力响应原理,分析隧道缩尺模型的边界条件及试验方案.通过模型试验,建立岩质隧道的纵向变形规律曲线,获得隧道开挖最大径向位移与施工工艺的变化规律.结果表明:隧道断面径向位移大小与掘进进尺及频次密切相关,此规律可以作为支护方案的参考资料;越接近掘进面,围岩径向位移增大趋势越显著,距掘进面约5倍洞径时,围岩处于自稳状态.为对比分析,基于同样的边界条件,建立了数值模拟研究模型.通过数值计算,验证了缩尺模型试验所得结果的合理性.该研究对支护结构的优化分析设计有一定指导意义.

高水压岩质盾构隧道二次注浆压力的控制

采用梁—弹簧模型模拟盾构隧道管片衬砌结构,针对不同的二次注浆方式,包括注浆孔的布置、充填空隙的长度和注浆压力,进行力学分析。结果表明:不同注浆方式下管片结构的力学特征不同,在注浆压力及所填充空隙长度相同的条件下,不对称注浆对管片结构的受力最不利;在注浆方式相同、注浆压力和所充填空隙长度不同的条件下,管片结构的内力和变形形状相同,但内力和变形的大小不同,随着注浆压力和所充填空隙长度的减小,管片结构的内力和变形减小。在岩质盾构隧道施工中,二次注浆所充填的空隙长度是不确定的,故从安全出发,最大二次注浆压力应控制在0.6 MPa以内,注浆压力的下限值可由能注入浆液进行控制。

长河坝电站大型岩质交通隧道的开挖施工

本文针对长河坝水电站场内交通工程1号公路延伸段,介绍大型岩质交通隧道在涌水条件下的开挖施工,重点介绍施工过程中洞内安全用电、施工防排水及大型塌方处理措施。该工程中的成功经验对同类工程具有一定借鉴和实用意义。

钻孔胀裂法在隧道掘进工程中的应用

岩质隧道钻孔胀裂法是一种新型的破岩方法。该方法可以很好地避免传统钻爆法环境影响大、施工破坏严重的缺陷,充分利用岩石本身的力学特点,环保、无尘、可控地完成岩石破裂,同时具有成本低和灵活性好的优点,在复杂环境下的隧道破岩作业中得到充分应用。以111国道古石隧道为背景,通过对钻孔胀裂法的使用效果进行现场试验研究,验证该方法在岩质隧道开挖中的适用性,同时为复杂环境下隧道开挖施工提供新的设计思路和施工工法。

Blasting induced dynamic stress concentration and failure characteristics of deep-buried rock tunnel

In this study,the dynamic stress concentration factors(DSCF)around a straight-wall arch tunnel(SWAT)were solved analytically utilizing the complex variable function methods and Duhamel’s integral.The effects of wavelength,incident angle,and blasting rising time on the DSCF distribution were analyzed.Theoretical results pointed out dynamic disturbances resulting in compressive stress concentration in the vertical direction and tensile stress in the incident direction.As the wavelength and rising time increased,there was a tendency for the amplitude of stress concentration to initially rise and then converge.Moreover,a series of 3D FEM models were established to evaluate the effect of different initial stress states on the dynamic failure of the tunnel surrounding rock.The results indicated that the failure of the surrounding rock was significantly influenced by the direction of the static maximum principal stress and the direction of the dynamic disturbance.Under the coupling of static and blasting loading,damage around the tunnel was more prone to occur in the dynamic and static stress concentration coincidence zone.Finally,the damage modes of rock tunnel under static stress and blasting disturbance from different directions were summarized and a proposed support system was presented.The results reveal the mechanisms of deep-buried rock tunnel destruction and dynamically triggered rockburst.

基于钻爆法施工的山岭隧道塌方发生的原因及处理措施——以永靖隧道为例

隧道塌方是钻爆法施工的主要危害之一。隧道塌方一旦发生,将会导致严重的经济损失和人员伤亡,并且会延误工期。文章以永靖隧道为例,结合工程具体情况,探讨隧道塌方发生的原因以及相应处理措施,以最大程度上减少经济损失和人员伤亡,为后续隧道施工积累经验,提供参考。

公路隧道突水涌泥产生原因与整治措施

随着道路建设快速的发展,隧道工程也成为了控制性工程、重点工程,而地质灾害在岩溶地区的公路、矿山和隧道建设过程中又频繁发生,突水涌泥可能是煤矿、岩溶隧道等地下工程中最严重、最常见的地质灾害之一。突水不仅造成巨大的经济损失和重大人员伤亡,而且极大地危及隧道施工和环境的安全。本文结合福建三明市莆炎高速公路金珠帕隧道突水涌泥的成因进行分析,并提出整治与预防措施。

隧道突水涌泥风险分析

突水灾害严重影响岩溶隧道施工安全。突水涌泥不仅造成重大人员伤亡,而且极大地危及隧道施工和环境安全。准确评估岩溶隧道的突水风险,采取有效的防治措施,最大限度地避免其对工程的破坏。然而,突水涌泥具有不确定性的特点,因此文章对隧道突水涌泥的形成原因进行分析,并将其运用到实际工程中。