大断面隧道塌方机理与安全性控制研究

隧道工程在现代城市建设中起到了至关重要的作用。大断面隧道因其具备较高的通行能力以及良好的通风条件,被广泛应用于城市地下交通、水利工程等领域。然而,随着隧道工程规模的不断扩大,大断面隧道的安全问题也逐渐引起了人们的关注。隧道塌方作为大断面隧道工程中的一种常见事故类型,一旦发生,往往会导致严重的人员伤亡和财产损失。因此,深入研究大断面隧道塌方的机理以及相应的安全性控制措施显得尤为重要。

新旗下营隧道塌方段治理措施优化设计

为了在隧道塌方地段能够保证施工安全进行,需要采取超前支护手段来保证围岩稳定。以新旗下营隧道塌方段为依托,研究不同支护措施对隧道塌方段的影响,根据现场塌方情况比选出合适的支护方式——超前小导管,采用Midas GTS NX(迈达斯)有限元软件,分别建立了无超前支护和超前小导管支护方案进行比选分析。在此基础上,对超前小导管长度和注浆加固区厚度参数进行优化比选。结果表明:超前小导管支护效果明显,能有效改善断层破碎带和地形偏压对隧道的影响,并且当超前小导管长度为4 m,注浆加固区厚度为1 m时,可有效控制围岩变形,保证围岩稳定。研究验证了参数选取的可行性,可为类似隧道塌方的预防与治理提供工程借鉴。

基于WSS注浆加固技术的花岗岩山岭隧道塌方处治方案

隧道工程施工时,可能会受到爆破作业扰动、特殊水文地质条件等因素的影响而出现诸如冒顶、塌方、透水等突发事件,不仅影响施工活动的进行,还会对作业人员的生命安全造成危害[1]。花岗岩地区的山岭隧道富水地层出现塌方时,可采取WSS超前注浆加固、超前支护等措施,对塌方隧道掌子面上方及前方围岩产生固结作用,提高围岩自稳能力,可起到良好的处治效果。

基于云模型的隧道塌方风险等级评价

针对造成隧道塌方事故影响因子的复杂性和模糊性,基于云模型理论,选取影响隧道塌方风险的10项因子,建立了4个风险等级的隧道塌方风险评价模型。根据云模型的数字特征计算规则计算各因子隶属于不同风险等级的云模型数字特征,结合正向正态云发生器和各项评价因子的权重,获得云模型的综合确定度,最终由最大综合确定度确定隧道塌方风险等级。工程实例样本应用中,构建的隧道塌方风险评价云模型和模糊综合评价模型的评价结果相符,同时与相应的设计施工方案和施工安全风险评估报告的结果相吻合,表明该模型的可行性与有效性,体现出云模型中定性语言描述和定量数值间不确定转换的优点,且结果便于工程应用。

锚喷支护及小导管注浆在隧道塌方段中的应用

锚喷支护和小导管注浆辅助支护是隧道新奥法施工中的重要组成部分。通过对锚喷支护和小导管注浆的机理、参数设计进行研究,并以环山坪隧道塌方段为例,对塌方段原设计支护参数进行了优化,并深入分析围岩内空收敛变形监测数据。研究表明:合理的锚喷支护和小导管注浆方案能改善围岩的受力状态,起到加固围岩的作用,为安全的度过隧道塌方段提供保障,同时,也说明了隧道监控量测能反映围岩的变形情况,可以作为一种有效的支护方案效果评价手段。

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。

二道垭隧道塌方原因分析与处理技术

处在断裂构造带附近的长大隧道洞室在开挖施工过程中,围岩出露往往复杂多变,因此,复杂的地质条件特别是软弱围岩常给长大隧道施工带来重重困难。文章结合二道垭隧道在软弱围岩施工过程中的塌方事故,分析了导致塌方的具体原因,并提出了相应的施工处理方案和相关建议。

隧道塌方区加固后的施工监测与仿真分析

常德—张家界高速公路关口垭隧道右洞YK73+925～YK73+955段在施工过程中出现塌方,分析塌方原因后,结合工程具体情况,采用超前小导管预注浆辅以工字钢拱架处理塌方区,在处理段增设2个监测断面,并利用有限元法进行数值模拟分析,现场监控量测和有限元计算得到隧道收敛位移和拱顶下沉规律基本一致,且小于规范允许值,表明超前小导管预注浆方法处理塌方区效果良好。

基于粗糙集重心理论的公路隧道塌方风险分析

传统的模糊综合评判风险分析中权重确定过分依赖专家打分与主观调查法,且可能造成评判结论模糊.针对这些缺陷,引入粗糙集重心理论计算出客观权重集,并避免了某些小权重因素被'丢失'的现象.结合近15年来120处详实的隧道塌方事故统计资料,确定了包含地质因素、设计施工质量等在内的6大塌方风险因素,应用粗糙集理论中的决策表方法计算各因素的客观权重,并采用模糊重心理论中以正态分布作为各评价因素隶属函数的做法,建立了以粗糙集与模糊重心理论为基础的公路隧道施工期塌方评估方法.最后将该评估方法应用于工程实例中,并与传统的模糊综合评判分析方法和工程实际情况进行了对比,验证了本文方法的适用性与准确性.

兰渝铁路清水隧道塌方治理结果的分析

文章结合兰渝铁路清水隧道施工过程中多次发生塌方事故的工程实例,研究分析了塌方原因,以及施工中针对塌方情况采取的洞碴回填反压结合临时支撑、小导管注浆加固、管棚穿越塌腔、泵送C20混凝土封堵塌腔并吹入0.5 m厚细砂以及换除侵限拱架等综合治理措施;并根据LTD探地雷达注浆效果检测、Midas GTS数值模拟,以及监控量测实测结果进行了对比分析。结果表明,塌方治理措施行之有效,治理效果达到了工程要求。

半硬半软岩隧道塌方的力学特性及处理方法分析

由于蛟岭隧道出口横断面一半为硬岩,结构完整,而另一半为软岩,为风化岩层,且较为破碎,所以在隧道开挖时,硬岩一侧刚度较大,变形较小,自稳能力大;软岩一侧与之相反,遇水软化,流变性明显,所以在软硬岩交界面处,产生滑移,导致塌方,从而在软岩一侧采取了地表加固和掌子面管棚注浆的处理,形成了与硬岩接近的强度,使隧道周围形成一个承载环,并对处理段进行了监测,监测数据分析表明处理后迅速达到稳定。

土砂互层隧道塌方及演变规律的模型试验研究

塌方作为软弱地层隧道施工建设的一个重大安全风险,在层状地层隧道建设中尤其值得格外关注。隧道塌方的预防和管控得益于其表现及演变规律的全面掌控。以第四系土砂互层地层隧道为研究对象,通过相似模型试验并结合数字图像处理技术,首次研究得出土砂互层地层隧道塌方特征及演变规律。结果表明:(1)围岩破坏非瞬间破坏、而呈渐进性破坏,破坏始于拱脚处围岩裂隙发育并向上扩展、拱脚处围岩产生局部掉块,接着拱顶上方围岩小范围塌落,裂隙扩展和失稳塌落循序渐进,拱顶上方围岩大范围塌落,最终使得拱顶上方围岩不断离层破坏。(2)土砂互层地层隧道拱顶上方围岩破坏表现为"层内围岩剪切破坏,层间围岩离层弯曲破坏"的塌方特征,互层特性对塌方影响显著,跨厚比越大、砂土比越大,塌方破坏越显著。(3)塌方对拱顶上方围岩沉降主要影响范围为1倍隧道跨度,隧道施工建设中应加强上述范围内围岩加固。所得结果能够为土砂互层地层隧道施工建设过程中的塌方防控提供借鉴。

隧道塌方机制及其影响因素离散元模拟

通过文献查阅及现场调研,统计分析了大量公路、铁路隧道和水工隧洞塌方工程实例,对隧道塌方进行了分类,认为地质条件、隧道埋深、隧道断面形式及大小、地下(表)水、爆破扰动、施工措施不当是隧道塌方的主要影响因素,并采用隧道塌方高度、隧道埋深、地表陷穴宽度等与隧道跨度的比值以及破裂角作为表征隧道塌方程度的参量,全面分析了上述因素对隧道塌方的影响。通过与统计资料塌方量的对比,分析了几种常用隧道松动荷载计算方法的适用性。文中最后运用PFC2D程序模拟了隧道塌方的全过程,分析了隧道塌方影响因素对隧道塌方发生机制的作用,取得了与统计分析相一致的结论。

马垭口隧道塌方事故发生机理的研究

马垭口隧道是国家重点公路杭州至兰州线重庆奉节至巫山段的一个重点和难点项目,隧址区地质条件较差,隧段YK34+645.5-YK34+670.5在施工中发生了塌方事故。从本次塌方事故的具体情况出发,通过分析现场监控量测数据,分析塌方形成过程中围岩的变形特征及初期支护的受力情况,采用有限差分软件FLAC分别对典型断面和塌方段进行数值模拟计算,通过对数值模拟的结果进行了综合分析,探讨出导致此次塌方事故的关键原因。通过以上的分析,得出此类地质条件下影响隧道结构安全性的关键因素,为今后类似工程提拱参考。

岩石公路隧道塌方风险事故树分析

塌方是岩石隧道施工中的常见灾害。总结了岩石公路隧道塌方发生的几大因素及发生机理。利用事故树理论(Fault Tree Analysis,FTA),结合上述因素分析,编制了岩石公路隧道塌方分析事故树,并结合西部某公路隧道工程,对该隧道中潜在塌方因素进行了定量分析,计算得出塌方事故的发生概率、各底事件的关键重要度,提出了相应的管理措施和控制建议。

大跨度隧道塌方分析与处治

隧道施工属于地下隐蔽工程,地下岩性的多样性与复杂性,以及岩层的突变性等复杂影响使得对地质情况难以掌握。因而在隧道施工中塌方是常见事故,如何根据新奥法支护结构设计理论及平衡拱理念对隧道塌方原因进行了分析与处治是工程中的一大难点。以金钟皂隧道塌方为例,针对本次塌方事故具体情况和塌方影响因素,充分利用新奥法支护原理,运用平衡拱理论,采用空洞法为基础提出相应的综合处理措施,通过工后现场监测数据证明塌方处理方案是可靠的、其措施是充分的和有较大安全储备的。本工程对于指导和制定塌方处理方案提供了有利依据,对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义。

铁峰山隧道塌方处理技术

介绍了铁峰山隧道塌方的过程和状况,分析了塌方的原因,着重对塌方处理的技术进行了介绍。

浅埋偏压段隧道塌方综合处理技术

以某隧道浅埋偏压段塌方冒顶处理为例,分析了塌方冒顶原因,系统地介绍了地表排水、洞内塌方体、小导管注浆、地表陷坑、监控量测等一系列综合处理措施。处治后的监测结果表明,采用以上综合处治措施是可行的。

隧道塌方影响因素离散元分析

塌方是隧道施工过程中最常见的一种围岩破坏现象。现场塌方统计分析结果表明:围岩地质条件、隧道断面形式及大小、隧道埋深、地下(表)水、爆破扰动、施工措施不当是隧道塌方的主要影响因素。采用离散元方法(PFC2D),对上述塌方影响因素对隧道的影响进行了系列数值模拟计算,并将计算的隧道塌方量与几种常用的隧道松动荷载计算方法进行了对比分析。计算中所选取的参数如颗粒直径、摩擦系数、孔隙率、粘结强度等是通过双轴数值实验确定的。计算结果表明,隧道围岩强度越低,隧道高跨比越小,隧道塌方程度越严重;隧道埋深不同,隧道塌方表现形式不同;支护可以有效地抑制塌方,而地表水及地下水的入侵可严重恶化隧道的塌方程度。数值计算的隧道塌方量与公路隧道规范松动荷载计算方法最为接近。

隧道塌方的尖点灾变模型及应用

针对隧道塌方失稳问题 ,运用灾变理论建立隧道塌方失稳的尖点灾变模型。基于平衡曲面方程 ,可求得隧道围岩体内承载区介质刚度与对应的松弛区弱化介质本构曲线拐点处刚度之比值 K,并给出了塌方与否的判据 ,当 K≤ 1时 ,隧道将发生塌方失稳 ;当 K >1时 ,隧道将不会发生塌方失稳。根据此模型 ,笔者解释了隧道中几种常见的灾变破坏机理 ,并提出了相应的治理方案。