某山区铁路隧道工程地质综合勘察与施工验证分析

近些年,高速铁路隧道修建积累了丰富的勘察设计与施工经验,而山区隧道的勘察一直是困扰业界的难题。通过对比分析后发现,隧道区物探的异常和区域地质资料的可溶岩分布,应引起项目负责人的高度警惕。施工前应进行更加详细的地质调查、加密布置勘探孔、采用不同方法的物探验证和深孔钻孔等手段进行验证,施工时更加重视超前水平钻和地质雷达等超前地质预报工作。通过总结提炼了勘察与施工配合的相关内容,提升了我院山区铁路勘察的方法和经验,更好地指导施工期隧道地质配合。

山岭隧道大型溶洞落石冲击数值分析

为研究溶洞区域可能存在的落石对山岭隧道结构受力的影响,文中以一项存在大型溶洞的山岭隧道工程为背景,通过建立考虑落石冲击力的隧道结构有限元模型,分析了不同重量落石情况下结构内力等的变化影响。结果表明衬砌拱脚与拱顶处结构内力较大,衬砌结构需要考虑拱脚适当扩大;随落石重量增加,结构弯矩增幅小于结构轴力增幅;35m高度处落石重量最大为80t时,隧道外拱衬砌满足承载能力极限状态设计要求。研究可为类似工程的落石处治分析提供参考。

洞口膨胀土滑坡桩基+横梁复合抗滑技术研究

山岭隧道洞口膨胀土滑坡在人工扰动和强降雨条件下极易出现失稳滑动趋势,是影响隧道施工安全的重要因素之一。雅万高铁4号隧道围岩成分复杂,膨胀特性明显,在隧道进口施工过程中受连续降雨影响造成洞口仰坡变形和拉裂,隧道拱顶大幅沉降和偏压变形。为保证隧道进洞安全,提出“桩基+横梁”洞口滑坡体加固措施,通过数值模拟与现场实测,验证了该加固技术可降低隧道拱顶沉降约85%,确定了桩基长度对加固效果的影响和桩长范围,有效降低了对隧道洞口仰坡的扰动。

泥巴山隧道流纹岩加卸围压力学特性研究

为了给泥巴山隧道开挖稳定性分析提供依据,选取钻孔深部的流纹岩,以隧道围岩实际应力环境为基础,结合单轴压缩破坏试验成果,进行常规三轴压缩破坏试验以及卸围压破坏试验。对流纹岩在不同试验条件下的应力–应变全过程曲线进行分析和比较,结果表明:在隧道部分深埋段,岩体的微裂隙也较发育;随着埋深的增加,岩石峰值强度有逐渐增大的趋势;完整的流纹岩抗压强度高且脆性特征明显;在三轴压缩试验时,流纹岩具有明显屈服特征,但经过很大的塑性变形后才发生宏观破坏,随着围压的增大,岩石从张性破坏向剪切破坏变化,破裂面倾角变缓;卸围压更容易造成岩石破坏,并且在卸围压破坏时其抗剪断参数c值比加围压破坏时下降48%,而?值增加11%。

山岭隧道施工阶段围岩动态分级研究

山岭隧道施工阶段的围岩动态分级以开挖揭露的围岩为评价对象,随着隧道开挖支护循环动态进行。由于隧道施工的时效性,要求围岩分级不仅要合理且其评价指标要取值简便、实施过程快捷。以岩体结构控制论为基础,选取岩块强度、结构面发育特征和岩体结构特征作为基本分级因素,选取地下水、地应力发育状态和不利结构面产状影响作为修正因素;采用Bieniawski模型作为数学模型,并给定各因素权重;用字符RMD表示围岩动态分级各因素的评分,并给出各因素的定性特征和定量指标及其对应的评分区间;总评分采用百分制,并等分为五级,从差到好依次对应Ⅴ级、Ⅳ级、Ⅲ级、Ⅱ级和Ⅰ级围岩。结合河北省境内若干条山岭隧道的2000余幅掌子面的围岩分级实践,将本方法与国标BQ法进行了比较。结果表明:RMD评分与[BQ]值呈线性关系,其分级结果与BQ法有较高的一致性。

山岭隧道膨胀压力解析解基本问题研究

膨胀性围岩具有吸水膨胀的特性,不仅使隧道支护结构的受力和变形显著表现在施工阶段,其"后荷效应"还长期呈现在运营阶段,从而有别于一般的隧道。文章采用弹性力学原理,研究推导了隧道围岩在不同膨胀条件下,隧道支护结构所受压力及变形的解析解;从理论上,分析判明了在随围岩膨胀率变化、结构支护刚度变化和围岩膨胀压力变化的情况下,隧道支护结构受力与变形关系及分布规律;结合工程实例,采用有限元方法进行了验证。计算结果表明该解析解具有一定的可靠性,能为该类隧道的设计和施工提供依据,对建成后的结构长期安全性评价,也有重要意义。

山岭隧道围岩体地质可视化系统的研究

结合山岭隧道的地质勘察现状,论述开发隧道围岩体地质可视化系统的必要性,并提出了其构建框架的设想。通过对目前几种可行的技术方案的比较,指出了可视化系统开发的难点、发展方向和前景。

山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

基于大量公路隧道围岩压力监测数据,分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系,并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析,得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时,统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律:侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长;侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大,并普遍大于规范值;实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。

鹧鸪山隧道施工围岩变形监测及回归分析

新奥法是目前国内外广泛采用的隧道动态监测设计施工方法,监控量测是新奥法施工的重要组成部分。通过对汶马高速公路鹧鸪山隧道施工过程中隧道水平收敛和拱顶下沉的监测,研究了隧道围岩的变形规律,并运用回归分析进行了拟合,估算出围岩的最终变形量,推断出二次衬砌的合理时机,防止施工中重大事故的发生,确保了隧道施工安全和质量,为类似工程的施工提供了参考。

穿越走滑断层的山岭隧道抗错断铰接设计试验研究

我国西部地区的长大山岭隧道在选线时多要穿越活动断裂带,面临断层运动对结构设计和安全运行的挑战。该文以滇中引水工程香炉山隧洞为工程背景,基于自主设计的用于模拟走滑断层运动的试验装置,研究走滑断层运动下岩体的破裂特性以及采用铰接设计的隧道模型的响应规律和破坏模式。试验结果表明:走滑断层运动下岩体地表位移在断层滑动面处存在明显的不连续;隧道与断层滑动面相交的节段衬砌横截面由圆形变为竖椭圆,且在给定50mm的断层错动量下水平轴直径变形率达到6.57%;隧道与断层滑动面相交节段衬砌在断层运动下产生约5°的水平偏转,且与相邻节段衬砌间有明显错台发生;与连续隧道相比,铰接设计可以显著降低衬砌结构的应变响应。此外,铰接体系隧道的破坏模式以环向裂缝和斜裂缝为主,在破坏程度和范围上均明显减小。

双连拱隧道穿越破碎山体围岩稳定性数值分析

双连拱隧道开挖过程中围岩变形和应力变化情况复杂,施工难度大,有必要采取一些措施为实际施工提供技术指导,确保施工的安全。利用数值模拟方法,计算分析了南京九华山隧道穿越破碎山体的受力、变形情况,分析结果表明,开挖过程中围岩能够保持稳定,为实际施工提供了理论指导和参考,也为这类问题的研究提供了一条新的思路。

基于岩爆倾向性的高黎贡山深埋隧道岩爆预测研究

岩爆的预测研究一直是地下工程的世界性难题之一,岩爆倾向性是岩爆发生的一个重要条件。本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查和室内岩石力学实验测试分析的基础上,计算分析了高黎贡山深埋隧道花岗斑岩岩体的弹性应变能指数WET、岩石脆性系数B和最大储存弹性应变能指标Es等岩爆倾向性指标。在ANSYS软件平台上,进行了隧道开挖三维有限元数值模拟,根据Russense岩爆判据对隧道开挖断面的岩爆危险性进行预测。研究结果表明:高黎贡山深埋隧道花岗斑岩以弱岩爆倾向性为主,在隧道开挖后,局部位置存在中等岩爆的可能。

我国西南部山区隧道施工期支护结构力学行为特征案例分析

为研究我国西南部山区隧道施工期支护结构所面临的重大问题,将雅安-康定、汶川-马尔康高速公路的典型隧道作为案例,归纳总结施工期存在的高地应力、软弱围岩、断层破碎带、次生地质灾害等潜在危险源,通过现场实测数据深入分析不同危险源环境下支护结构体系的力学行为特征。研究结果表明:1)当隧道穿越软弱围岩时,围岩强度低、自承载能力差,接触压力、钢拱架应力均显著高于普通围岩隧道,二次衬砌分摊荷载比例显著上升;2)当隧道穿越断层破碎带时,支护结构受力需要较长时间才能稳定下来,其力学行为呈现出3阶段演化规律,前期快速降低、中期缓慢降低、后期基本稳定;3)当隧道洞口穿越松散堆积体时,坡体稳定性易受到扰动,其支护结构力学行为具有显著的偏压特性,围岩压力主要集中在深埋侧;4)高地应力与围岩强度联合控制着围岩稳定性与支护结构体系的力学行为,高地应力硬岩隧道也具有一定的流变时间效应,但由于硬质围岩的强度较大、稳定性较好,支护结构受力相对较小,安全储备较高;5)高地应力软岩隧道的围岩压力与结构受力显著升高,其支护结构力学行为在施工期便呈现出明显的流变特性,开挖约200 d后,仍然保持着缓慢增长。

山区高速公路隧道围岩分级智能判别系统初探

对于隧道围岩分级这类涉及到诸多影响因素的问题,利用计算机技术能避免人为因素带来的不确定性,可快速、合理地判定出围岩的级别。文章运用计算机编程语言和数据库技术,初步开发了一套山区高速公路隧道围岩级别智能判别系统,包括设计阶段围岩级别判别子系统和施工阶段围岩级别判别子系统。该软件系统界面清晰、操作方便,不仅可实现对围岩级别的定性与定量快速判定,还可实现对掌子面地质信息的查询、修改、添加、删除和报表打印等。此系统在四川西攀、攀田高速公路隧道围岩分级应用中取得了良好的效果。

山岭隧道软弱围岩工程地质特性及施工对策

如何在软弱围岩地质条件下安全快速地修建长大隧道是当前隧道工程界面临的重要课题之一,尤其是当隧道穿越高地应力软弱围岩时,常常形成大变形等地质灾害,严重影响施工安全和进度。通过对软弱围岩工程地质特性、软岩隧道变形机制及变形控制基本理念进行分析,并结合相关工程实例提出软岩隧道支护结构安全稳定性评判标准及施工应采取的相应对策。认为:1)软弱围岩隧道由于支护参数、施工方法选择不当,支护结构强度和刚度不足以抵抗较高的围岩压力时,往往会出现结构大变形和破坏;2)软岩地段初期支护承受施工期间全部荷载,二次衬砌需承受后期围岩流变产生的荷载,软岩隧道衬砌应通过增设钢筋、加大厚度等方式增加结构强度;3)超前支护与加固技术可提高围岩的自承能力并减小作用在支护结构上的荷载,且应当成为当前软弱围岩隧道施工技术研究的发展方向;4)在高地应力山岭隧道方面,应进一步开展施工阶段地应力测试,以利于针对性地选择施工方法和支护参数。

复式山岭隧道沟谷段岩爆机理

岩爆是隧道开挖经常遇到的地质灾害形式之一 ,较高量级的地应力被认为是岩爆发生的必要条件之一。一般说来 ,地应力量级会随着埋深的增大而增大 ,这样 ,浅埋洞段不应有强烈岩爆发生。但是 ,在近年来的一些复式山岭隧道施工中却发现 ,一些埋深很小的沟谷段也发生了频繁而强烈的岩爆。本文对这一问题进行了讨论。沟谷横断面上 ,存在一个半环形的切应力高值区 ,其宽度和应力量级上小下大 ;深埋隧道开挖会在隧道周围形成一高切应力环 ;当隧道垂直山岭走向 ,从沟谷应力环的中下部通过时 ,两环叠加 ,使得围岩应力环境恶化 ,发生岩爆。一般沟谷越深 ,坡角越大 ,水平构造应力的量级越高 ,发生 (强烈 )岩爆的可能性越大。岩爆的主要发生部位应该是拱顶 ,有时可能出现于边墙和隧底交接部位 。

隧道围岩稳定性信息化监测、预测与决策系统

结合川—藏公路二郎山隧道围岩稳定性研究的实践,初步建立了隧道信息化监测、预测和决策系统(TMFS)。阐述了 TMFS 系统的组成、实施和应用效果,提出了围岩稳定性“综合集成分析”的理念。

秦岭输水隧洞花岗岩工程特性分析及地质灾害问题研究

秦岭输水隧洞是"引汉济渭"的重点工程之一,施工中多次遇到花岗岩地段突涌水和岩爆地质灾害问题。花岗岩岩质坚硬、岩体完整、力学强度高、地下水不发育,但本段多次发生了大的突涌水问题,最大涌水量达24 000 m3/d,严重影响了正常施工,加大了施工成本;隧洞埋深大、地应力值高、岩爆频发,对人员和设备的安全造成极大危害,降低了施工效率。文章通过对秦岭输水隧洞花岗岩地层特性进行分析研究,从岩石微观结构角度,揭示其宏观破裂形式,并对隧洞在花岗岩地层中施工时发生的突涌水和岩爆问题进行分析研究,结合典型工程实例,提出了有针对性的防治措施,确保施工顺利进行。

高地温条件下深埋隧洞围岩温度—应力分析及施工对策

以位于西昆仑山区的齐热哈塔尔水电站引水发电隧洞高地温洞段为例,初步分析了工程区隧洞高地温洞段大地热流背景及其形成机理,针对隧洞围岩的高地温分布特征,建立典型高地温洞段地质模型,利用有限元软件模拟隧洞施工贯通通水后的围岩岩体温度场,并由此来推断热应力对于围岩稳定性的影响。结果表明,围岩温度90℃以上、空气温度50℃以上的高地温洞段,内外温差大于10℃(里低外高),若采用无衬砌和一次支护方案对高地温洞段围岩进行支护,该洞段内大部分区域的最大主拉应力将超过C25混凝土的抗拉强度,易产生整体拉裂破坏;若采用钢筋混凝土衬砌结构方案,则可以通过增加衬砌结构的配筋量来降低其最大主应力值,此时隧洞围岩及衬砌结构均未出现整体拉裂破坏。研究成果能够为保证该高地温隧洞的安全运行提供可靠的设计依据。

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。