极高地应力软岩隧道非对称变形机理及支护优化研究

针对极大断面公路隧道施工中出现的非对称大变形问题,考虑高地应力第一主应力与隧道轴线关系、层状软岩夹层与互层状态、掌子面软岩空间不对称、地下水等因素,基于对工程地质条件、围岩与支护结构失效及破坏特征的分析,结合岩样物理力学特性室内试验研究及地应力实测情况,探究了非对称大变形形成机理并提出针对性的支护结果优化方案。结果表明:高地应力层状软岩隧道围岩不对称变形是在岩层倾角α、最大水平主应力与隧道轴线夹角β和岩层夹角γ、围岩岩性和地下水综合作用下的大变形,围岩不对称部位由以上几种因素共同决定;当主应力σ1与隧道轴线既不垂直也不平行时,会产生挤压性偏压构造水平地应力,使隧道横断面侧向受力不对称,发生偏压性非对称大变形;通过改变锚杆的布设方式、提高超前注浆小导管的长度和刚度、喷射临时封闭、在防水板与喷射砼间增加高密度橡塑海绵板缓冲层等措施,可以有效的减少变形量,防止围岩因开挖扰动而松动和坍塌。

高地应力软岩隧道长期稳定性分析

研究目的:高地应力软岩具有明显的流变特性,流变过程中岩体参数随时间发生变化。本文结合梁王山隧道的设计施工方案,采用Cvisc模型对其施工过程及运营期间的围岩和支护的受力和变形情况进行分析,查明了隧道在施工阶段和长期运营阶段的应力、应变和变形特性以及隧道支护结构的内力与变形随时间发展规律。研究结论:(1)在软岩隧道工程施工中,施工时应对隧道初支拱脚处适当加固,控制拱脚变形;(2)不仅要保证施工期的安全,更需要关注隧道在后期运营过程中的长期稳定性;(3)需根据全寿命周期内的围岩流变稳定状态设计支护结构的刚度,从而确保隧道结构长期稳定;(4)本研究成果可为高地应力软岩隧道施工安全和长期稳定性研究提供参考。

超大埋深软岩隧道平行导洞合理超前距离研究

为解决滇藏铁路丽香线哈巴雪山隧道施工过程中产生的大变形问题,采用数值模拟、现场监测的方法,对哈巴雪山隧道不同平行导洞超前距离下隧道变形及正洞区域应力进行研究,提出平行导洞的合理超前距离。研究结果表明:1)哈巴雪山隧道平行导洞超前正洞的距离应设定为100 m,此时平行导洞对正洞区域的应力释放效果已达90%以上。2)平行导洞的设置使正洞拱顶沉降减小6.92%,上台阶水平收敛减小14.58%,下台阶水平收敛减小10.8%。由此可知,平导超前开挖能够减小正洞支护变形,对正洞水平收敛的控制效果大于拱顶沉降。

不同施工工法影响下软岩隧道二衬安全步距分析

文章以某拟建软岩公路隧道(单洞双车道)为研究背景,利用有限差分软件设置不同施工工法的隧道数值开挖模型(全断面、台阶法以及CD法),以岩土体累积总位移以及变形速度作为判断依据,分析确定不同施工方法条件下的二衬施工安全步距。结果表明:以沉降值、收敛值、沉降速度和收敛速度作为依据,应再结合施工安全与工作面要求对二衬安全步距进行确定;基于施工安全与工作面要求,在支护承载力前提下得出拟建隧道最优工法为全断面法,二衬安全步距为18 m。该成果可为类似隧道二衬施工安全步距选取提供参考。

软岩隧道NPR锚索主动控制关键技术

为解决横断山区软岩隧道的大变形问题,本文以云南省昌宁至保山高速公路昌宁隧道为工程背景,采用理论分析、现场试验等方法,从作用机理、支护方案、施工工艺等方面对软岩隧道开展了高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索主动支护及关键技术研究。结果表明:被动支护下,隧道围岩节理裂隙发育、黏土矿物含量高、围岩强度低、微观结构存在细小溶蚀孔、结构疏松等是昌宁隧道围岩发生变形破坏的主因;提出了“NPR锚索+PR锚索+“W”钢带+高强柔性网”主动支护技术,并通过现场松动圈测试等试验,确定了NPR锚索、PR锚索等的支护参数;针对极破碎围岩及含水软岩的特殊环境,提出了“先喷后支+复喷”和“锚固端下缘封堵+钢绞线端头加丝”NPR锚索主动支护优化技术;现场试验结果表明,NPR锚索主动控制技术能够有效控制软岩隧道围岩大变形,最大变形量由原来的2125 mm控制到300 mm以内,保障了隧道支护结构的安全。

径向让压系统对软岩隧道围岩力学特性影响研究

为处理深部软岩隧道存在的大变形问题,一般采取强支护或支护后进行修复,但收效甚微。在三维地质力学模型的基础上,提出以径向让压为核心的主动支护,先释放围岩应力,后抵抗围岩变形,改善挤压型大变形隧道的力学特性,有效地控制隧道开挖过程中的位移变形。文章以公路隧道典型大变形段为研究对象,建立三维地质力学模型,分析径向让压支护对围岩变形和支护承载能力的控制效果。结果表明:径向让压支护段相对正常支护段能有效控制围岩相对变形,从锚杆变形看出,最大拉应变减小了75.8%,最大压应变减小了67.6%;从围岩与初支接触压力看,将拱底、拱脚压力降低80%,验证了径向让压支护对于围岩塑性区发展和应力释放的有效控制。研究成果可为同类深部软岩隧道围岩控制技术提供数据参考。

顺层偏压挤压性软岩隧道让压预留变形角支护技术研究

针对顺层偏压挤压性软岩隧道的非均匀大变形问题,提出一种基于钢拱架预留变形角的新型让压单元。基于三维精细化建模分析顺层偏压荷载下让压预留变形角支护的承载特性和效果,并应用于中老铁路甘庄隧道,验证新型让压预留变形角支护技术的可行性。研究结果表明:1)顺层偏压荷载下隧道支护结构以弯曲变形为主,传统让压柔性节点在弯矩内力作用下易发生受拉破坏,让压预留变形角能有效释放拱架的弯矩内力,适应更大的弯曲变形;2)顺层偏压荷载作用下,采用让压预留变形角的钢拱架整体应力水平明显降低,拱架整体的承载能力满足强度要求;3)工程现场采用局部扩挖和设置钢拱架让压预留变形角后,隧道变形在断面开挖18 d以后控制在允许范围内,初期支护的应力集中现象减弱,钢拱架主体不再发生弯曲破坏。

高应力软岩隧道二次衬砌合理支护时机分析研究

以兰渝铁路某隧道为研究对象,考虑炭质板岩地层的蠕变特性,基于广义西元模型,对隧道施工过程进行三维数值模拟,研究了不同支护时机下初期支护、二次衬砌的受力变形规律。研究结果表明:(1)提前施作二次衬砌,能够和初期支护构成叠合支护体系,有效约束软岩变形,减小变形速率,施作时间越早,围岩变形控制效果越好;(2)初期支护和二次衬砌的应力支护时机相关。二次衬砌施作时间越早,越能够改善初期支护的受力状态,减小初期支护应力,同时分担的围岩形变压力越大,二次衬砌应力越大。

支护结构参数对深埋软岩隧道影响及优化研究

为控制隧道大变形,保障施工安全,文中依托桂溪隧道,采用数值模拟和非线性规划的方式对隧道稳定性影响较敏感的支护结构参数,如喷射混凝土厚度、注浆加固厚度、锚杆长度进行研究并优化。结果表明,增加喷射混凝土厚度、注浆加固厚度、锚杆长度均能有效降低围岩关键点的变形,减小塑性区体积。但当这些参数过大时,其支护效果均会减弱。基于此,本文采用抽样计算和非线性规划方法对这3个支护参数进行成本及性能组合优化,得到最佳支护参数为厚度24 cm喷射混凝土+3 m锚杆+0.5 m注浆加固厚度施工方案。

软岩隧道高强预应力锚索快速支护技术研究——以木寨岭公路隧道为例

为研究适用于软岩隧道的高强预应力锚索快速支护技术,依托木寨岭公路隧道,首先,对锚索系统施工工艺、要点等进行分析,通过现场锚索拉拔试验对其支护性能进行研究;然后,提出高强预应力锚索系统支护参数设计基本原则,并开展关键设计参数取值研究;最后,总结高强预应力锚索快速支护技术应用于木寨岭公路隧道所取得的工程实效。得到结论如下:1)高强预应力锚索系统由“高强钢绞线+垫板+锚具+树脂锚固剂+表面协同支护构件”组成,其施工要点包括钻孔、树脂锚固、预应力张拉与监测、配件安装等;2)预应力锚索系统具备快速高强支护能力,1.7 m锚固长度的锚索锚固力大于300 kN,10 m长锚索的施工时间小于1 h;3)严重挤压下的锚索支护开挖数值计算表明,锚索支护具有良好的变形控制效果;4)木寨岭公路隧道中采用高强预应力锚索快速支护技术可有效控制围岩变形,提升施工进度。

高地应力软岩隧道变形监测及施工控制技术探析

为探索高地应力软岩隧道开挖施工期间围岩及支护结构变形程度,并加强施工控制,以某公路隧道为例,对地应力、收敛变形、围岩接触应力及钢拱架应力等进行监测分析;从超前导洞应力释放及加强监控测量等方面对高地应力软岩隧道变形控制技术进行研究。结果表明,高地应力、水平主应力峰值和隧道轴线大角度相交等是引起隧道变形的主因;通过提升支护结构刚度、加强变形量预留控制、采取超前导洞应力控制释放技术等措施,能有效减缓围岩变形速率,保证高地应力软岩隧道开挖施工安全与工效。

超小净距下软岩隧道地基沉降规律研究

在公路下穿隧道施工过程中,软岩隧道埋深越浅,地基沉降影响越大。为了分析超小净距下隧道施工引起的地面沉降,文章以汉中市宁强县某隧道为研究对象,采用数值模拟和实测的方法,分析了地面沉降及加固措施的效果。研究表明:对于道路施工中的超小口径隧道,采用管棚与超前小导管注浆相结合的加固措施可以有效抑制地基沉降;超前小导管加固后,地基沉降值降低约25%,增大管棚后加固效果更明显,地基沉降值减少约60%;环状土开挖引起的地基沉降约占整个施工沉降值的50%~60%,加固措施组合的关键工序集中于抑制环状土开挖引起的地基沉降;采用加固措施后,沉降槽宽度变化不明显,但沉降槽曲率和峰值明显减小。研究结果可为软岩隧道地基沉降控制提供参考依据。

基于FLAC3D的层面产状对软岩隧道变形的影响研究

为研究层面产状对软岩隧道变形的影响,文章依托某层状软岩地层的高速公路隧道实际工程,通过FLAC3D软件进行建模与计算,分析不同岩层产状下对围岩变形与应力的变化规律,得到如下结论:(1)围岩变形的主方向随层面产状的变化存在不同程度偏转,随层面倾角增大逐渐从以竖向变形为主过渡到以水平变形为主,围岩的变形方向垂直于层面时变形值最大;(2)随着与洞壁距离的增大,围岩的径向应力逐渐增大,切向应力先增大后减小,切向应力较大的区域围岩出现塑性区,且由于洞壁附近围岩的切向应力远大于围岩的径向应力,存在较大的压力差,导致洞壁附近的围岩发生塑性变形,甚至产生剪切破坏。

基于下穿高速公路浅埋软岩隧道安全评价运用

如何保证交叉工程施工安全,降低对既有公路或铁路运输安全和运输秩序影响是一项施工难点。以贵阳市域铁路西南环项目石板寨隧道下穿贵阳南环高速浅埋软岩段落施工为例,通过采用作业条件危险评价法对施工过程存在的危害因素进行辨识,并针对重要危险因素提出施工技术措施,有效杜绝安全事故发生,保证工程质量和作业人员生命安全,为类似下穿既有设备(线)且浅埋软岩段落隧道安全施工提供参考。

高原富水软岩隧道防排水施工技术研究

在铁路隧道建设过程中,防排水工程对安全、质量、施工进度以及后期的运维有着重要影响,尤其高原富水软岩隧道施工环境恶劣,地质条件复杂,过程难以控制更易发生渗漏、衬砌开裂等病害。本文以拉林铁路二标,杰德秀1#隧道为依托对高原富水软岩隧道防排水技术开展研究,通过对现有的常规反坡防排水施工方案进行优化,计算确定机械排水设备水泵、水仓、管道型号,采取袖阀注浆工艺对隧底进行加固,同时明确了结构防水施工质量控制要点。

Ф76mm自进式锚杆超前支护在软岩隧道断层段运用技术

“管超前”是我们隧道十八字方针至关重要的一环,直接影响到工程是否能够正常推进。管超前指采用超前管棚或超前导管注浆加固地层,掌子面未开挖前先进行超前管棚或超前导管注浆加固地层,使松散、软弱地层经注浆加固后形成一个壳体,增强其自稳能力,防止地层坍塌现象产生,导管多采用φ32~φ50mm无缝钢管,管的尖端和管上小孔专门加工,沿导洞拱部排管,排管呈扇状,管距约为20~30cm,仰角约为5°左右。常规隧道中超前支护一般是以Ф42mm无缝钢管居多,需根据地质情况具体而定,但在软岩隧道、断层段、富水段等特种隧道及隧道的特殊段落,经过实践证明运用常规手段不能得到良好支护效果,刚度无法保证,会出现前方被压溃现象,造成工程无法正常推进,造成及危险的安全隐患,工程无法顺利推进。鉴于这种情况,本技术依托九绵高速控制性工程白马隧道项目试验段,选取代表性的典型段落,该段地质情况极其复杂,断裂构造发育,主要是千枚岩夹碳质板岩,埋深大、地应力高,施工中极易发生大变形、塌方及高压涌突水等现象,在刀切加-胡家磨断层破碎带及强烈影响带内,度过该断层过程中,掌子面围岩发生垮塌,经过不断尝试,过程中运用Ф76mm自进式锚杆超前支护+注浆方式作为超前支护,经过实践验证得到很好效果,保证了隧道施工安全,平稳度过。

复杂地应力条件下软岩隧道施工关键技术研究

软岩强度低、自稳能力差,在复杂地应力作用下更易出现大变形、支护结构破坏等灾变现象。文章以复杂地应力隧道施工为切入点,分析了软岩隧道地应力分析方法,重点阐述现场测试手段、初始模拟分析方法与围岩应力应变特性试验,帮助施工单位真实了解工程现场地应力条件,客观评估复杂工况对隧道施工形势造成的实际影响。文章还阐述了复杂工况下的软岩隧道施工路径,旨在有效控制施工过程中的围岩大变形问题,保证施工安全和施工进度,减小地应力对围岩的影响。

软岩隧道工程项目悬臂掘进机施工技术分析

时代在不断发展,社会在不断进步,城市建设规模不断扩大,使得各项工程建设数量不断增加。对于软岩隧道工程项目而言,是当下的主流施工方向,需要施工单位多维度考察施工环境,同时将有效的施工技术实施进来,以达到最为理想的施工成效。其中悬臂机械掘进机施工技术就是最为重要的技术内容,其可以加快施工进度,同时提高施工安全性,还能最大化的规避塌方等隐患,提高施工效益,并促进社会和谐稳定发展。

深埋软岩隧道衬砌开裂原因分析及整治技术研究

针对深埋高地应力软岩大变形隧道支护开裂问题,以某铁路A工程为依托,分析了衬砌开裂的原因,结合现场实际条件提出相应的整治技术。研究表明,复杂地质构造及高地应力岩体流变等因素引发围岩挤压甚至松动变形是衬砌开裂的主要原因,采用围岩加固+拆换衬砌整治技术有效控制大变形及二次开裂问题,可保障隧道后期运营安全,为类似工程提供参考。

西南地区节理化薄层软岩隧道大变形力学机理及支护控制方法

针对西南山区高地应力软岩隧道支护结构破坏、围岩大变形等问题,以云南昌宁隧道为工程背景,分析了隧道围岩大变形破坏模式及力学机理,开展了软岩隧道NPR锚索应力补偿支护技术应用研究工作。首先采用现场勘查和室内试验的方法,对隧道地质条件及破坏成因进行分析;然后,研究了昌宁隧道影响围岩稳定性的主要控制因素和围岩破坏模式,提出了以NPR锚索为核心的应力补偿支护技术;最后,通过现场试验分析了NPR锚网耦合支护条件下昌宁隧道围岩控制效果。结果表明:岩层挤压弯折和层间剪切滑移是昌宁隧道围岩破坏的主要模式;以NPR锚索为核心的应力补偿支护技术能有效控制隧道围岩初期支护大变形,隧道围岩最大变形量从2150 mm降低到100 mm以内,效果显著。研究成果可为软岩隧道大变形的防治提供参考。