浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆预加固参数分析

大断面浅埋隧道在软弱围岩中全断面开挖时,隧道掌子面核心土处于短暂稳定或不稳定状态,处理不慎便会造成核心土的失稳,因此采用玻璃纤维锚杆对核心土进行预加固是有必要的。结合格鲁吉亚某隧道工程实例,采用新意法理念,运用FLAC3D有限差分软件,对浅埋软弱围岩隧道全断面开挖时掌子面玻璃纤维锚杆加固长度l(5个工况)和加固密度β(7个工况)进行优化分析,结果表明:随着l或β的增大,目标掌子面挤出位移和拱顶前方位移逐渐减小,目标掌子面拱顶前方应力逐渐趋于原始状态;当l>6 m或β>0.75时,掌子面锚杆对核心土的预加固效果不明显,综合工程的安全性和经济性,取l=8 m、β=0.75较为合理,为类似工程提供了一定的参考依据。

浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆预加固技术

为了获得合理的浅埋软弱围岩隧道掌子面锚杆加固参数,基于理论分析与数值模拟相结合的手段,对黏土地层浅埋隧道掌子面锚杆的加固参数进行研究。结果表明:1)基于相关规范要求,并考虑围岩扰动区及塑性区分布,掌子面锚杆的合理加固长度应取值为18 m;2)考虑掌子面锚杆加固的安全性与经济性,其加固根数为150根(1根/m^(2))时最优;3)采用中部圆形的方案布设掌子面锚杆,其加固效果与全断面加固基本一致,且比全断面加固更具经济性。

隧道掌子面超前锚杆平面布设方案比选研究

为解决隧道掌子面超前锚杆平面布设方案的选择问题,基于国内外工程实例,将掌子面超前锚杆平面布设方案的构成要素总结为形状以及线形,并在此基础上归纳出以矩形和圆形为基础形状的4种不同平面布设方案。以渭武高速公路木寨岭隧道为工程依托,通过数值模拟研究在不同锚杆布设密度、锚杆布设长度、围岩等级以及隧道埋深条件下,掌子面超前锚杆采用不同平面布设方案支护效果间的差异。研究结果表明:隧道掌子面超前锚杆采用不同的平面布设方案会对其支护作用效果产生一定影响,通常采用圆形的平面布设方案产生的支护作用效果可较矩形平面布设方案提高2%~6%。

超前支护对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响研究

Ⅳ级、Ⅴ级围岩要实现机械化全断面施工,合理的掌子面超前支护措施是保障。文章以郑万高铁湖北段软弱围岩隧道采用机械化全断面施工为工程背景,通过FLAC 3D数值模拟软件分别从围岩位移、塑性区方面研究了超前管棚、掌子面锚杆及其组合措施对掌子面的加固效果,在此基础上对管棚直径、注浆加固范围、超前加固长度及锚杆超前长度进行了探讨。研究结果表明:超前管棚对预收敛、最终位移及拱顶上方塑性区控制效果明显,掌子面锚杆对掌子面挤出变形及掌子面前方围岩塑性区控制效果明显,两者可以形成互补以达到最佳效果;随着管棚直径及其四周注浆半径的增加,预收敛、最终位移略微减小,效果甚微;管棚合理超前加固长度为15~20 m,掌子面锚杆合理长度也为15~20 m。经开挖后监测数据验证,措施有效,确保了软弱破碎围岩隧道的顺利施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P1、掌子面锚杆支护力P2、管棚支护下围岩压力折减系数α1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。

软弱围岩隧道超前预加固技术试验研究

通过室内大比例尺相似模拟试验对掌子面锚杆预加固技术进行探讨,并且进行洞周预加固试验辅助对比分析,以明确掌子面锚杆作用特点及机制。通过分析试验位移和应力场特征,得到以下几点认识:(1)掌子面锚杆所引起的纵向压力拱范围小于毛洞及小导管,能有效依靠拱效应来传递分配荷载,维持围岩稳定;(2)掌子面锚杆对隧道掌子面前方垂直及水平方向应力的良好控制是形成有效纵向承载拱的基本前提,使得纵向拱具有较强的承载能力;(3)掌子面锚杆能有效控制掌子面挤出变形。研究成果对软弱围岩隧道修建具有一定指导意义。

Ⅴ级围岩超大断面隧道超前支护优化分析

为明确V级围岩地层环境下超大断面隧道超前支护参数的合理取值,采用室内模型试验和数值模型针对超大断面隧道的4种超前预支护参数开展研究并做优化分析。运用模型试验论证了数值模型的正确性,再采用数值模型进行了更多工况和更复杂参数的优化分析。研究结果表明:模型试验结果与数值模型结果在数值上的差异在合理范围之内,呈现的变形规律基本一致;在超大断面隧道中超前小导管最优布置角度为120°,最优间距为40 cm;最优掌子面锚杆密度为1根/1 m^(2),最优长度为8 m。