节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳。针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果。研究结果表明:隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段。

基于全景展开图像的隧道围岩节理识别方法

为了解决目前节理信息识别方法仅适用于局部岩体图像的问题,采用全景展开图像方法,将采集到的局部洞壁围岩图像进行特征点提取、点云模型重建、矫正拼接处理,获得高分辨率的隧道洞壁围岩全景展开图像。通过图像预处理、小尺寸特征图片的smaAt-Unet神经网络识别、小尺寸图片识别结果的融合拼接,对洞壁围岩全景展开图像的节理信息进行了区域粗略分割识别。采用Zhang-Suen算法和8邻域连通域分析方法,从骨架化与骨架线分离、毛刺剔除、骨架线连接方面进行了算法分析计算,完成了节理信息的细化提取。对体积节理数和节理空间产状信息进行了量化分析,最终建立了一种基于全景展开图像的隧道洞壁围岩节理信息识别方法。工程应用结果表明,洞壁围岩全景展开图像识别后,节理面空间方程的平均拟合误差为0.90,说明该识别方法能够较好地识别全景展开图像中的节理信息。另外,洞壁围岩图像采集具有时间短、易操作、灵活性较高的优点,对现场施工影响较小,该识别方法能够较为快速地完成节理信息识别,给现场施工与动态设计提供参考。

复杂环境下竖井掘进与局部爆破开挖组合施工技术研究

【目的】竖井建设面临的地质条件与周边环境越来越复杂,给施工带来了极大的挑战。针对竖井施工对破碎地层及周边环境影响大,施工风险高等问题,为研究复杂环境下竖井施工方法,【方法】依托以礼河Ⅳ级电站出线竖井工程,从竖井掘进机选型、施工工艺步骤等方面探讨了竖井掘进机与局部爆破开挖组合施工的可行性,通过数值模拟和现场实践研究了该组合施工方法在破碎地层中的适用性。【结果】结果显示:(1)在数值模拟中,竖井开挖后围岩变形量值与围岩塑性区范围均较小,支护结构主应力小于规范限值,结构处于安全状态。(2)现场应用后,出线竖井整体偏斜率和围岩变形量值均符合要求,该方法施工效率较高,且施工过程中未出现井壁失稳现象,竖井成井质量较好。(3)局部爆破对邻近结构物影响较小,邻近结构物的爆破振动速度处于安全范围。【结论】结果表明:竖井掘进与局部爆破开挖组合施工方法在破碎地层竖井施工中具有较好的施工效果,研究可为类似工程提供技术参考。

狭小地下空间引水竖井大直径反井钻机一次成型施工技术研究

【目的】反井钻机已成为竖井开挖的首选工法,但在复杂狭小地下空间内大直径反井钻机施工技术尚不成熟。【方法】以以礼河水电站复建工程新建引水竖井工程为背景,提出了一种狭小地下空间内大直径反井钻机一次成型施工技术,并采用三维数值计算论证了工艺的可行性,最终将研究成果在工程中得到示范应用。【结果】研究结果表明,反井钻机一次成型施工减少了爆破作业工序,能够显著提高施工效率;新工艺施工过程中顺利稳定无异常,围岩稳定、变形均匀、变形量小,4.5 m引水竖井支护结构的最大主应力、最小主应力均小于混凝土结构极限强度限值。【结论】随着国内外类似工程项目的增多,提出的狭小空间内大直径反井钻机一次成型施工技术具有广泛的推广应用价值。

层状粉砂质泥岩地层TBM隧道围岩稳定性与支护方法研究

乐西高速大凉山1号隧道平导TBM施工至层状粉砂质泥岩地层时,洞壁围岩松动掉块现象显著,围岩存在较大变形。为探明层状粉砂质泥岩地层TBM施工围岩破坏特征,探讨合适的支护方法,结合现场观测和数值模拟方法研究该地层TBM掘进中围岩破坏过程和围岩稳定性影响因素,并在此基础上开展TBM支护方法研究。结果表明:1)当围岩露出护盾后变形量值与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的支护结构无法较好地控制围岩变形和塑性区发展,锚杆、钢拱架支护区域是TBM施工洞壁围岩破坏的关键区域;2)该地层围岩稳定性主要受到围岩层状结构、高地应力和TBM独特的支护方式综合影响。支护优化数值模拟结果表明,在增加锚杆长度、改变喷射混凝土支护方式(分为初喷和复喷)后,围岩变形和塑性区得到控制,围岩破坏模式得到改善,在一定程度上提高了围岩稳定性,采用该方法后现场施工效果良好。

敞开式TBM施工隧道围岩塌方研究进展

TBM施工隧道中围岩塌方将引发TBM掘进受阻、卡机等问题,严重影响了隧道施工安全和掘进效率。通过国内外典型TBM施工隧道围岩塌方案例,总结了TBM塌方段地质特点,分析了围岩塌方原因,认为围岩性质较差、围岩结构面发育、高地应力影响、地下水影响和其他原因是TBM施工隧道围岩塌方的主要原因;根据塌方位置和塌方原因探讨了围岩塌方类型划分,最后对TBM围岩塌方处理技术和围岩塌方预防技术进行了综述。

软岩隧道围岩变形季节性特征与防控措施研究

以香丽高速洼里别隧道为依托,通过隧道围岩变形监测结果,分析了炭质板岩隧道围岩变形与季节性降雨之间的关系,研究了围岩旱季和雨季隧道施工围岩变形差异的原因,提出隧道围岩大变形防控措施。结果表明,受季节性降雨的影响,洼里别隧道围岩变形呈现出一定的季节性特征,较于旱季时期,雨季施工时围岩变形呈现出变形量大且变形速率快的特点;围岩大变形因围岩条件、地下水及施工原因共同影响产生,而炭质板岩的软化性、崩解性及其岩层倾角是引发围岩大变形的内因,地下水则是造成围岩变形呈现出季节性特征的主要原因。最后,基于三个主要影响因素,提出适用于洼里别隧道的围岩变形防控措施,采用控制措施后,现场施工效果良好。

高地应力隧道蚀变花岗岩地层围岩大变形特征及控制措施

藏噶隧道穿越高地应力节理化蚀变花岗岩地层,施工时围岩变形呈现出变形量值大、变形速率快、水平收敛大于竖向沉降、持续时间长等特征。采用数值模拟方法对施工初期提出的原支护设计方案进行分析,验证所建立模型及其参数的合理性。通过数值模拟与现场试验,提出以调整边墙曲率、长短锚杆结合、双层初期支护为主的防抗结合的围岩变形综合控制措施。数值模拟结果表明:采用综合控制措施后,围岩变形量值得到控制,围岩变形速率明显降低,拱墙围岩塑性区较小,初期支护结构安全系数满足要求,能够保证围岩和支护结构稳定。现场试验段应用综合控制措施后,围岩变形的量值、速率及持续时间均得以控制,围岩变形收敛速度较快,施工效果良好,施工效率得到较大提高。

隧道斜井锚喷支护设计优化与应用研究

锚喷衬砌是一种造价低、施工方便、结构受力均匀的支护形式,在国外有着广泛的运用。以东天山隧道2号斜井为研究对象,通过数值模拟对复合式衬砌与锚喷衬砌进行对比分析,提出支护结构优化方案。现场试验段的应用验证优化方案的适用性和优势。研究结果表明:锚喷支护衬砌结构变形量、围岩接触压力均较小,支护结构安全可靠,试验段施工时未发生异常现象,支护效果良好,是一种安全、经济的支护形式,有着较好的应用价值。研究可为隧道后续施工以及类似工程施工提供参考。

藏噶隧道蚀变花岗岩地层围岩大变形控制措施研究

川藏铁路拉(萨)林(芝)段藏噶隧道DK168+805—DK169+140段穿越蚀变花岗岩地层,围岩变形量大、速率快、持续时间长;通过采取调整边墙曲率、长短锚杆结合、双层支护为主的防抗结合变形控制措施,结合临时仰拱、拱脚锁脚锚管等辅助措施,使得围岩最大变形量、速率得以控制,施工效果良好。

强降雨作用下高速铁路隧道仰拱隆起原因分析及整治

近年来,降雨引发的铁路隧道仰拱隆起病害时有发生,严重影响隧道运营安全。文章以某高铁隧道仰拱隆起病害案例为依托,综合降雨作用、地形地质条件、防排水系统实际效果等多因素对病害原因进行探讨,采用数值模拟方法重现病害的发生,进而探究病害发生时隧道结构应力场、渗流场的特征规律,并结合病害情况提出针对性整治措施。研究结果表明:(1)复杂地质条件导致的地层富水连通性、难以预测的高强度集中降雨、防排水系统部分失效是病害发生的主要原因,而上述因素导致的隧道外水压力过高是病害发生的直接原因;(2)基于FLAC3D软件提出一种水压力引发的隆起病害反演方法,重现了案例隧道病害的发生,可为同类病害原因分析提供新思路;(3)基于病害情况,采取了"施作降压孔+隧底注浆锚固+增设泄水洞+地表处理"的综合整治措施。现场实施效果证明了整治方案的有效性,可供类似的病害隧道参考。