隧道超前地质预报技术及应用

在隧道开挖过程中,对掌子面前方的地质条件进行比较准确的预报,可有效地防止工程事故、加快施工进度以及保证工程质量。本文对隧道超前地质预报的一些常用方法及其优缺点做了简要的介绍和比较,并以某高速公路隧道建设为例,介绍了地质雷达在超前地质预报过程中的应用情况,为地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用积累了一些经验。

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。

埋深对软弱隧道围岩破坏影响机制试验研究

通过室内模型试验,研究公路隧道IV,V级围岩在不同埋深条件下全断面开挖时的围岩破坏情况,实现自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩破坏过程的试验模拟,得到拱形塌方和塌穿型塌方2种围岩破坏模式。试验结果表明:隧道围岩的破坏从拱顶开始,并逐渐向上发展;埋深越小,隧道越易发生塌穿型塌方,而当埋深小于某一值时,因隧道开挖后围岩应力未超过围岩强度,隧道反而能保持稳定状态;对塌穿型塌方,隧道埋深越大,开挖后围岩维持稳定时间越短,塌方程度越严重,塌方向地表发展得越快;对同一类型的塌方,隧道埋深越大,塌方后隧道周边应力变化幅度越大。

隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,而围岩破坏问题模型试验一直是一个难点。通过本研究,建立隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,为围岩破坏机理的研究提供试验基础。研究结论:将隧道围岩简化为均匀介质,以公路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩为研究目标,以围岩级别、隧道埋深、隧道断面为参量设计了模型试验内容、试验装置,研制了围岩模型材料,建立了隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,实现了自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对隧道围岩渐进性破坏过程及破坏过程中围岩应力、地表位移变化规律进行了分析。

U型钢可缩性支架支护设计及应用研究

U型钢可缩性支架是广泛应用于矿山巷道的一种支护。本文采用数值模拟方法,以鹤壁四矿2126综放回采巷道的地质条件为工程背景,从围岩变形特征、应力分布特征以及围岩应力状态出发,对U型钢可缩性支架支护的巷道断面进行了优化研究,结果表明,直墙拱形巷道断面采用U型钢可缩性支架支护效果较好。在数值模拟计算结果的基础上,采用理论计算的方法对鹤壁四矿2126综放回采巷道U型钢可缩性支架的支护参数进行了设计,并进行了现场工业性试验。

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。

建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应

以北京某地铁车站为工程背景,采用1∶20大比例模型试验与数值模拟的方法,对地面3层框架结构建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应进行研究,模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。结果表明:地表及建筑物顶部沉降、地表水平位移在中洞开挖支护期间最大,侧洞开挖支护期间次之,而中洞二衬期间最小;施工完成后,车站拱底水平应力、垂直应力、侧壁附近水平应力减小,侧壁附近垂直应力增加;建筑物立柱下部垂直应力变化值较上部大,外侧横梁水平变化值比中间横梁大;中洞开挖支护完成时围岩塑性区主要分布在建筑物基础附近的围岩及侧洞未开挖土体,随着施工的进行建筑物基础下方围岩塑性区向车站方向进一步发展,车站施工完成后围岩塑性区发展到车站边界。

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。

均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟

采用模型试验与离散元模拟的方法,对均质岩体中隧道开挖后围岩的变形破坏过程进行了研究,并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行了分析,模型试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致性。研究结果表明:隧道开挖后,拱顶处围岩变形明显并出现裂缝,围岩破坏从拱顶开始,进而呈渐进式向上发展,最终形成稳定的塌落拱;开挖后,隧道围岩径向应力减小,隧道周边一定范围内围岩切向应力减小,且随隧道变形破坏的发展,围岩切向应力减小的区域逐渐扩大;隧道塌方后,拱底垂直应力增加,开挖结束至塌方开始期间地表位移增量最大,塌方期间地表位移增量最小。

急倾斜煤层开采上覆岩层运动规律模拟研究

相似材料模拟试验是研究矿山压力及围岩运动的重要手段.本文以平顶山煤业(集团)有限责任公司十三矿己15-17—12041工作面为模拟对象,对己组煤开采上覆岩层运动规律进行相似材料模拟试验,通过对模拟试验结果分析,得出己组开采上覆岩层的运动规律.

地铁车站穿越地面建筑物施工方法

以某地铁车站为工程背景,采用1∶20大比例模型试验与数值模拟的方法,对地铁车站采用柱洞法、侧洞法、中洞法3种施工方法穿越地面3层框架结构建筑进行研究.对比分析不同施工方法对围岩及建筑物位移、结构内力、围岩塑性区等的影响.研究结果表明,围岩内部沉降、地表沉降、地表水平位移、建筑物顶部沉降、建筑物柱间沉降差、立柱垂直应力、横梁水平应力、围岩塑性区在采用柱洞法施工时最小,中洞法施工时最大.

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。

砂土地层盾构法施工的地层适应性模型试验研究

随着地下空间开发需求的持续高涨,盾构工法已越来越成为一种主要的施工方法。但是由于各地区土层特性的差异,反映在盾构机工作参数的变化上也不尽相同,所以,很有必要开展盾构机工作参数针对特定地层的适应性研究。为此,以上海地区的粉砂地层为参照原型,将相似理论和模型试验的方法成功地应用于盾构模型试验方案的设计;在此基础上,进行了不同地层条件下,盾构机不同工作参数组合的掘削试验,并通过对试验结果的分析,得出了一些有益的结论,从而能更好地为盾构适应土层性质服务。

U型钢封闭式可缩性钢架承载特性试验研究

通过室内模型试验对3榀不同位置设置可缩接头的U型钢马蹄形封闭可缩钢架进行分级均布加载,并采集不同荷载下钢架不同位置的径向位移及各接头滑移量.结果表明:1)接头滑移速率决定钢架承载力及其变形特性,接头快速滑移时钢架承载力不稳定性增加,让压变形明显;2)封闭可缩钢架接头滑移特性与接头处钢架内力组合有关,随总外荷载的增加,拱顶接头最先发生滑移且速率较快,其次为拱脚接头,拱底接头最难滑移;3)拱顶接头发生滑移时拱顶下沉最为明显,建议当围岩荷载顶压较大时优先在拱顶设置接头;当围岩侧压力较大时,宜在拱底设置接头;4)在不削弱钢架支护力的前提下保证所有可缩接头平稳有效滑移是充分发挥其让压支护性能的关键.

基于突变理论的深井巷道临界深度

通过现场观测和分析,认为存在一个使巷道围岩发生显著变形的临界深度。将埋深超过此临界深度的巷道定义为深井巷道。应用弹塑性力学理论建立了巷道围岩系统的势能函数,进而用突变理论方法建立了巷道围岩系统尖点突变模型,从而提出了一种确定深井巷道临界深度的方法,为深井巷道支护设计提供了参考,并给出了工程实例。

地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用

首先,介绍了地质雷达的工作原理及其探测方案和探测技术参数的确定原则。其次,采用瑞典MALA公司的RAMAC/GPR通用型主机CUⅡ,同时结合掌子面地质素描,对某高速公路的3条隧道进行超前地质预报。根据现场工作条件及探测精度和深度的要求,测线布置采用"十"形测线,测量方式采用点测方式,测点间距为20 cm,天线中心频率主要采用100 MHz。结果表明,采用该方法对断层、溶洞、含水裂隙和软弱夹层等不良地质状况的预测基本符合掘进实际,保证了施工安全、加快了工程进度,同时为地质雷达在公路隧道超前地质预报中的应用积累了一些经验。

某黄土隧道洞口段边坡坍塌机理分析

近年来,在黄土地区修建的隧道工程日益增多,受工程地质条件、水文地质条件及人为因素等影响,公路隧道洞口段边坡在施工过程中易发生坍塌事故。本文结合某在建黄土隧道洞口边坡为例,首先从地质因素、施工因素以及降水作用三方面分析边坡坍塌产生的机制,然后通过隧道施工隐性滑移面的计算,进一步分析坍塌产生的原因,最后通过有限元数值计算软件模拟滑塌面形态及特征,很好地反馈了整个滑坡发生的过程。通过分析认为,湿陷性黄土层特殊的地质条件和其较差的物理力学性质是坍塌发生的内在因素,而施工扰动、降水入渗和冻融循环是坍塌发生的诱发因素。

巷道支护效果模糊综合评判

文章根据一工程应用实例 ,运用模糊数学方法 ,选取顶板下沉率、两帮移近率、底鼓率、失修率、支护成本、巷道掘进速度六个主要因素作为衡量巷道支护效果的因素论域中的参量 ,建立了巷道支护效果的模糊综合评判模型 ,可以对巷道支护效果的好、较好、一般。

石膏岩地区隧道病害成因分析及处治措施

我国幅员辽阔,隧道工程地质条件复杂多变,各地运营隧道的病害种类及其诱因也具有较大的差异。对于石膏岩地区的隧道工程而言,受人们认识程度所限,对隧道运营中的病害特征、病害成因和病害处治等方面的经验尚少。本文以某石膏岩隧道工程的病害为例,分析了石膏岩地区隧道病害特征、病害成因及其病害处治建议措施,供今后石膏岩地区隧道的病害处治工程借鉴。