超大跨扁平地下洞室围岩分级方法探讨

为解决20~70 m超大跨洞室围岩分级难题,提出在初步分级阶段采用面积加权平均法确定围岩基本质量指标、在详细分级阶段增加跨度影响修正系数的超大跨扁平洞室围岩分级方法,跨度影响修正系数值根据洞室稳定系数与围岩基本质量指标和洞室跨度之间的关系来确定。采用三维数值模拟和强度折减法,通过模拟洞室的开挖全过程,计算Ⅰ—Ⅳ级围岩中20~70 m跨度洞室的稳定系数,分析得出洞室稳定系数与围岩基本质量指标和跨度之间的经验公式。结果表明:1)当跨度由20 m增大至70 m后,洞室稳定系数减小了46.54%~50.67%;2)当洞室跨度相同时,围岩基本质量指标越小,洞室稳定性越差。定义跨度影响修正系数为洞室稳定系数偏离基准跨度(20 m)洞室稳定系数的相对偏离度与基准跨度洞室稳定系数级差的比值。跨度影响修正系数取值范围为0~1.0,跨度增大对围岩稳定性的最不利影响相当于围岩级别降低1级。

京张高铁八达岭长城地下车站建造及运营关键技术

因具有跨度大埋深大、洞室多密度大、古迹多环保严、人流大行车密等工程特点,八达岭长城地下车站建造面临密集洞室设计与施工组织、超大跨隧道修建、文物与环境保护、复杂地下车站运营组织等难题。为解决这些难题,所提出或形成的相关建造及运营关键技术如下:1)基于BIM的地下车站协同设计、层叠交错小净距洞室施工安全保障技术和复杂洞室群智能施工组织,实现了密集群洞空间最优化布局和复杂结构高效施工组织;2)通过超大跨隧道主动支护技术、“品”字形开挖技术、长寿命结构体系,实现了软弱围岩超大跨隧道安全快速施工;3)通过地下车站出口消隐设计、微震微损伤精准爆破量化控制、施工通风与粉尘处理以及清污分离排水系统,解决了风景区隧道下穿影响难题;4)通过深埋洞室群车站舒适环境构建、智能防灾疏散救援以及地下车站智能运营管理与智能能源管理,保障了复杂深埋地下车站旅客乘坐体验与生命安全,实现了车站高效运营和节能降耗。

大跨度地下洞室拱顶稳定性及支护措施研究

拟建的金沙江下游一水电站引水发电系统地下洞室群规模巨大且布置复杂,其圆筒型阻抗式调压井高度达100 m,直径达50 m,洞室在同类工程中罕见,拱顶稳定及支护措施问题突出。针对复杂地质条件下,尾调顶拱围岩潜在的应力型破坏和结构面导致的变形与坍塌两类不同性质的问题,采用工程地质分析与三维数值模拟3DEC等相结合的方法,深入探讨圆筒形尾调室围岩应力集中范围、程度和高应力破坏风险;说明软弱层间错动带对围岩变形稳定影响及其安全性。研究表明:圆筒形尾调室总体受力特征良好,拱顶应力集中水平(30～44 MPa)相对不高,高应力破坏问题不突出;但层间错动带对拱顶稳定影响明显,沿层间错动带的错动变形较大且NNE向浅层7 m范围发生剪切屈服。采用系统支护与混凝土置换的加强支护措施后,可以明显减小层间带的错动变形,提高层间带的安全储备。

深埋大跨度软岩硐室让压支护设计研究

针对金川三矿区破碎硐室进行了较系统的支护设计研究,得到了一些有价值的成果。首先根据工程地质和围岩自身的特点,在原设计方案的基础之上提出了三步开挖、二次支护和三次让压的总体计算方案,并采用三水平四因素的正交试验表设计了16个让压支护方案;然后,应用FLAC2D对这16个支护方案分别进行了计算,并采用文中所提出的优选评价指标Es进行了综合评定和分析,得到了最佳让压方案;最后,应用FLAC3D对最佳让压方案进行了24工序的三维开挖与支护计算,并提出了较为合理的开挖与支护建议。实际应用表明,优化后的方案有利于该深埋大跨度软岩硐室的长期稳定,该优化设计方法有一定的推广价值。

特大跨度扁平洞室开挖施工离散元数值模拟

特大跨度扁平洞室,断面形式为拱形,宽约60 m,高约20 m,高跨比为0.333,其力学行为需进行深入研究。利用颗粒流程序建立模型,模拟特大跨度扁平洞室开挖过程,研究了开挖施工过程中变形和受力特征,特大跨度扁平洞室模拟分析表明:(1)围岩破坏区主要集中在拱顶和拱底。(2)拱部围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高,随着塌方破坏区域的扩大而后逐渐降低。(3)节理倾角对稳定性的影响影响比较大。(4)通过锚索支护可以保持特大跨度扁平洞室围岩稳定性。

一种新的大跨度洞室收敛变形监测方法探索

地下洞室开挖后开挖面各点都会发生位移变化,尤以断面方向变形最为明显。因此,及时监测断面收敛变形情况并预测变形趋势,对施工及工程安全具有重要意义。探索了一种安全高效的大跨度洞室收敛变形监测方法。详述了监测实施方案并对误差作了分析,进而提出了减小误差的措施。该法弥补了传统监测方法在大跨度洞室收敛变形监测上的不足,可站立于地面操作,避免了高空作业,极大地提高了监测作业效率。

城市大跨、浅埋地下洞室控制爆破技术

某市于山溜冰场工程位于市中心于山下 ,属大跨、浅埋地下洞室 ,该工程位于闹市区 ,具有周围环境复杂、技术要求高、施工难度大的特点。为此 ,在钻爆施工过程中 ,必须采用控制爆破技术 ,一方面要尽量减少爆破振动对周围建筑物及文物的影响 ,另一方面又要控制飞石距离 ,并尽量降低爆破噪音 ,使之不影响附近居民的正常工作和生活 ,本文重点阐述了控制爆破技术在于山溜冰场工程中的应用。

大跨度岩洞跨度界定与跨度效应探讨

"大跨度"岩洞在施工开挖稳定性和国防工程抗爆能力与"小跨度"岩洞不同,设计时对"大跨度"岩洞仍沿用"中小跨度"的设计方法,其计算结果显然与实际情况不相符合,甚至导致危险发生,但国内外规范中对于"大跨度"也没有给出一致的定义。为了弥补规范中大跨度岩洞设计的不足,从工程类比法、规范法、力学划分三方面对不同跨度岩洞进行讨论:分析了国内外600多个已建洞库的跨度和各类规范中洞库跨度的适用范围,得到"大跨度"区别于"小跨度"岩洞的界定标准;利用LS-DYNA有限元程序对不同跨度岩洞的静力和动力力学特性进行分析,探讨了洞库的跨度效应;通过分析跨度效应,对现有设计规范提出修正建议。

压力型预应力锚索在大跨度高边墙地下洞室中的应用

在对压力型预应力锚索机理进行介绍的基础上,结合工程实例,对压力型预应力锚索的设计与施工工艺进行了较为详细的论述。实践证明本工程锚索设计合理,施工成功,工程安全可靠,压力型预应力锚索技术作为一种先进的手段,解决了高边墙地下洞室工程支护问题。

闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测

本文就位于重庆市闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测进行了数值分析，根据分析得出的位移场、应力场、塑性区提出了安全、经济的开挖支护方案，并对施工中的监测提出了指导性的意见。由施工监测反馈的阶段性信息表明，分析的结论基本上符合实际。

基于岩石强度应力比的35~50 m跨度硬岩洞室围岩稳定性评价

为了研究35~50 m跨度的大型硬岩地下洞室围岩稳定性,分析了34例18~35 m跨度硬岩洞室的工程资料,就不同岩石强度应力比对不同跨度、不同高度下35~50 m跨度硬岩洞室围岩稳定性的影响进行数值模拟。结果表明:(1)岩石强度应力比对围岩稳定性影响的敏感度曲线可分为基本不变、缓变、陡变三个阶段,基本不变与缓变阶段的界限值为7.4~7.8,缓变与陡变阶段的界限值为4.3~4.8,随着洞室尺寸的增大,敏感度曲线界限值有所增加;(2)34例大跨度硬岩洞室的岩石强度应力比均处于基本不变或缓变阶段,敏感度曲线的三阶段划分与工程实践吻合度较高,能较好地评价硬岩洞室设计的可行性;(3)工程类比下硬岩洞室(跨度大于35 m)在岩石强度应力比大于5.0~5.7时围岩变形和塑性区深度与金沙江某硬岩洞室基本一致,具有较好的围岩稳定性。相关研究思路和成果可为大跨度硬岩洞室设计与施工提供参考。

超大跨度扁平地下洞室变形控制标准研究

为解决目前超大跨度扁平地下洞室(跨度大于50 m)变形控制尚无明确规范的问题,基于某工程实例,采用理论解析与数值模拟相结合的方法,对大跨洞室变形控制标准进行研究。以围岩应变作为岩体强度指标评判大跨洞室稳定性,建立洞室拱顶沉降量S与围岩极限应变ε的关系,并提出以"沉降跨度比"作为大跨洞室沉降变形控制指标,给出适用于各施工阶段的变形控制标准,并建立变形控制标准分级管理办法。研究结果表明:1)大跨洞室沉降变形允许值与洞室几何形状、围岩强度特性相关;2)结合本工程大跨洞室"分部开挖-预留岩柱"的开挖方案,洞室变形主要发生在大跨洞室阶段。

金川龙首矿西二采区大跨度硐室开挖设计与施工技术

针对金川镍矿龙首矿西二采区破碎站大跨度硐室的不良地质条件,开展了大跨度地下硐室的开挖设计、支护型式与参数以及施工顺序与工艺研究。首先,简要地介绍了工程概况和大跨度硐室的工程地质条件;然后,开展了大跨度破碎站硐室的开挖施工方案设计分析研究。在此基础上,进行了破碎站硐室的锚喷网联合支护型式与支护参数设计与方案比较,由此确定了最优设计方案。最后,根据开挖施工顺序和支护方案,进行了硐室掘进与支护施工工艺探讨与工程实施。

公轨共建重叠段大跨洞室群设计浅析

曾家岩大桥北侧主线出口段各类洞室空间交错,且大跨公路隧道与轨道隧道发生重叠,其空间受力极其复杂,类似工程案例少。介绍了隧址区地质、周边环境及其相互关系等情况,分别按暗挖段、明挖段阐述了公轨重叠大跨隧道的设计关键点、结构设计、施工方案,并采用数值计算方法进行了验证。计算结果表明,公轨结构安全、变形可控。工程建设中,通过落实公轨共建理念、优化平纵面、合理确定明暗挖位置、注重施工措施等,确保大跨公轨重叠隧道的建设安全,为今后类似工程提供借鉴。

60 m大跨度洞室最小矢跨比研究

大跨度洞室的最小矢跨比是大跨度洞室尺寸设计的重要参考依据,基于能够考虑岩体软化、剪胀、体胀、密度变化等开挖响应特征的Cavehoek本构模型和能够反映不同岩体质量、岩石单轴抗压强度条件下的极限应变标准,对不同地质强度指标GSI、埋深、侧压力系数、结构面等条件下的60 m大跨度洞室的最小矢跨比进行了研究。结果表明,GSI、侧压力系数、埋深3个因素中,GSI对大跨度洞室的最小矢跨比影响最大,侧压力系数和埋深次之;岩体质量越好,最小矢跨比越小,最小矢跨比与侧压力系数和埋深之间并非线性关系。结构面和岩石单轴抗压强度对大跨度洞室最小矢跨比有较大的影响,尤其是缓倾结构面非常不利于大跨度洞室成拱。

大跨度高边墙地下洞室围岩压力研究

作用于地下洞室衬砌结构上的围岩压力的计算方法有多种,采用多种围岩压力计算方法计算某大跨度、高边墙地下洞室的围岩压力并结合施工监控量测进行对比分析,以提出针对硬岩地层中开挖的大跨度、高边墙深埋洞室围岩压力计算的合理方法。

基于过程荷载的超大跨扁平地下洞室围岩压力计算研究

60 m级跨度的扁平地下洞室围岩压力计算,超出了已有计算方法的适用范围。文章对比分析了采用已有的公式计算超大跨扁平地下洞室围岩压力荷载值及其影响因素,最终以普氏公式为基础,结合过程荷载的理念及施工方法,把超大跨的横断面离散成若干小跨洞室,最后得出考虑施工过程的超大跨扁平地下洞室围岩压力荷载值。用有限差分软件进行三维数值模拟,得到了拱顶沉降随开挖面推进的关系、地表沉降范围及其最大值随开挖面推进的变化关系。以0.00025的竖向应变作为临界应变得出洞室顶部围岩的松动范围,即求得松动围岩压力荷载值。对比分析三种方法(一次开挖,过程荷载,数值计算)的计算结果可知,直接将已有的经验公式应用于文章的研究对象得出的围岩压力值大于过程荷载值和数值计算结果,而数值计算结果和过程荷载值相近。因此,把过程荷载用于超大跨扁平地下洞室围岩压力计算具有一定的实际工程意义。

大跨度洞室拱部衬砌大体积钢筋混凝土施工技术

为实现大跨度洞室拱部大体积钢筋混凝土衬砌的顺利施工和保证良好的混凝土施工质量 ,文章针对控制高密度布筋的大塌落度混凝土施工配合比的设计、保证施工质量的施工方案的制定、大跨度混凝土拆模强度和拆模时间的确定以及控制大跨度钢筋混凝土开裂技术和混凝土施工中应采取的相应措施等进行了分析和论证 ,有效地解决了该工程混凝土施工中难度大、浇注密实性差、拆模时间长、易开裂等现场施工难题 。

巨跨超扁平地下洞库施工围岩应力场扰动规律研究

针对目前洞库开挖全过程的围岩应力-应变的长期监控测量以及围岩应力-应变解析解的研究的不足,该文依托某巨跨洞库工程,通过布设监测断面对洞库开挖的整个过程中围岩的应力场及应变场的变化进行了长期监测。采用数值模拟方法对3种开挖方式开挖过程中围岩应力场的变化进行了分析。同时,采用复变函数理论结合柯西积分方法,给出了巨跨洞库围岩应力及位移计算方法,得到了巨跨洞库围岩及支护结构的应力解析解。研究表明:巨跨超扁平隧道起拱线截面易产生较大应力集中现象;在开挖过程中洞周岩层劣化会引起应力空间转移;双岩柱开挖法能够充分发挥锚索等支护结构的承载力以及围岩自承载能力。

爆炸平面波作用下大跨度洞室的抗爆性能研究

为研究大跨度洞室在爆炸平面波作用下的抗爆性能,采用Froude相似理论对大跨度洞室在锚喷衬砌支护与不支护两种情况下进行抗爆模型试验,比较和分析两种洞室在不同工况下位移、应力、和应变的差别。结果表明,两种洞室的拱顶位移集中现象最明显,开始毛洞拱顶垂直应力略大,但随着药量的增加和爆距的减小,支护洞室拱顶应力逐渐增大直至大于毛洞受力。以其临界破坏荷载计算安全系数显示:毛洞仅相当于支护洞室的50%。对洞室的临界破坏进行数值模拟发现:各工况下,毛洞拱顶部位及其周边岩体产生的位移形变均大于支护洞室,主要是锚喷衬砌支护对洞室周边围岩的刚度、密度影响,减小拱顶荷载集中,增强了洞室的抗爆能力。数值模拟与试验结果基本一致,表明研究结论可靠性较高,对后续开展大跨度洞室抗爆模型试验和抗爆加固技术研究具有重要的参考价值。