软弱围岩隧道掌子面挤出变形特征分析

软弱围岩在隧道工程中经常遇到,它的空间大变形特征受台阶长度、台阶高度、工法及地应力水平等条件的影响。结合兰渝铁路两水隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对软弱围岩隧道的空间变形特征进行了详细分析。研究结果表明:围岩越弱掌子面纵向挤出变形大小及变形速率越大,掌子面挤出变形受上台阶断面开挖高度和围岩级别影响较受台阶长度影响显著;在洞周先行变形中,拱顶下沉较水平收敛更加明显;初始地应力场应力水平增高,隧道掌子面挤出变形会大幅增加。研究结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。

锚杆防治路基基床挤出变形的技术分析

利用刚塑性理论分析了软弱围岩路堑基床挤出的变形机理,推算了锚杆支护参数的计算方法,并将其应用于工程实践,实例表明沿路堑边坡坡脚打角锚杆对防止软岩基床挤出变形有明显作用。

软弱围岩掌子面挤出变形影响因素分析

通过工程实践表明,在软弱围岩隧道施工过程中,掌子面挤出变形非常明显,最新的研究结果显示,掌子面挤出变形对隧道的稳定性有很大影响。本文以台阶法为例,考虑Ⅴ、Ⅵ级软弱围岩,对影响掌子面挤出变形量的主要因素,包括围岩级别、埋深、地应力组合状态等进行有限元计算分析,从而对现场施工提供一定的参考。

掌子面超前岩体挤出变形量测新技术及其应用

掌子面超前岩体挤出变形是判断隧道掌子面是否稳定的重要指标,因此,掌子面超前岩土体挤出变形的量测技术的研发十分重要。目前国内外所用的传统的多点位移计技术和专用的滑动伸长计技术都存在缺点:前者监测寿命短,成本高;后者价格昂贵,维护困难。本文介绍了一种基于磁感应原理的掌子面超前核心岩体挤出变形的量测新技术。这种新技术采用磁环作为埋设元件,磁感应仪作为感测仪表,可以随掌子面推进连续进行前方核心岩体的挤出变形量测,其优点是:成本低,效果好。文章最后介绍了它在浙江省奇坑隧道新意法试验段的应用情况,应用结果表明其性能和效果很好,值得推广使用。

软岩公路隧道全断面开挖下拱顶沉降和掌子面挤出变形研究

为研究软弱围岩隧道在全断面开挖方式下的施工安全,对隧道的拱顶沉降变形进行现场实测,并通过数值模拟研究隧道的拱顶沉降、掌子面挤出变形及其相互关系。得出隧道的现场监控量测数据比数值模拟结果小,因为实际监测数据仅监测隧道开挖支护后的沉降,未考虑隧道的先行位移;在隧道监控量测数据的处理中,只把拱顶沉降作为隧道围岩稳定的判定指标是不够合理的,还应该考虑到拱顶沉降的收敛速率;在隧道掌子面强度不足时,掌子面会发生水平左右大致对称、竖向中心偏下的"啤酒肚"形状的挤出变形;在掌子面上的各处的挤出变形均与该掌子面处的拱顶沉降变形大致呈线性关系。

软岩隧道掌子面挤出与拱顶沉降变形相关性

依托某通过水平旋喷超前加固后实现了大断面开挖的软弱围岩铁路隧道,通过在掌子面和掌子面后方拱顶布设监测点,进行相关项目的量测。按照施工组织情况,建立计算模型,设计相应的计算工况。基于实测结果和数值模拟结果,研究掌子面挤出变形、拱顶沉降变形与仰拱跟进距离之间的关系,分析掌子面挤出变形与拱顶沉降变形之间的相关性,为其后续施工和工法改进提供了数据支持和参考。

PP毛细管微挤出的表面变形及熔体黏度

使用毛细管流变仪系统研究了微通道中润滑剂用量及润滑剂结构对聚丙烯微挤出的表面变形及熔体黏度的影响。结果表明:(1)随石蜡用量增加,聚丙烯表面变形/黏度逐渐减小;加入正戊烷与加入石蜡的情况相同;随硅油用量增加,聚丙烯的表面变形程度/黏度先减小后增加,当加入m(硅油)/m(PP)=2/100时达到最小值。(2)180℃时加入的润滑剂为m(润滑剂)/m(PP)=2/100,石蜡和正戊烷比硅油对聚丙烯微挤出的影响大,能更好地减小聚丙烯表面变形及熔体流动的黏度。

超前支护对软岩隧道空间变形的影响分析

软岩大断面隧道施工中掌子面的挤出位移及其前方的先行位移对开挖稳定性影响很大,因此以某软弱围岩铁路隧道大断面施工为例,针对两种预支护加固——掌子面玻璃纤维锚杆预加固和管棚超前支护,设定了5种计算工况,分别进行了开挖过程中掌子面前方的先行位移、掌子面挤出位移和掌子面后方最终位移变化的三维数值模拟,并考察了相应塑性区的分布情况,结果表明:管棚超前支护对最终位移和先行位移有明显的控制作用,掌子面超前玻纤锚杆加固对先行位移有一定的控制作用,但对最终位移的控制作用不明显;与管棚超前支护相比,掌子面锚杆加固对掌子面的挤出变形的控制作用更明显;超前管棚支护更能抑制拱部上方围岩塑性区的发育,而掌子面锚杆加固对抑制超前核心土塑性区发育的效果更好。

中上扬子地区构造变形带成因机制及有利油气勘探区域预测

中上扬子地区构造变形带的形成,与扬子、华夏板块的碰撞有关,其内部岩层中4个滑脱层的存在为本构造带的形成提供了物质基础;在其形成过程中,隔挡式褶皱首先形成,然后逐步完成向隔槽式褶皱的转变,并最终在造山带根部形成基底挤出式变形带。受构造带控制,各变形区的油气勘探应有所差别:隔挡式褶皱带内次级背斜、具备较好盖层的隔槽式褶皱带及逆冲推覆体之下具有较好石油地质条件地区成为有利勘探靶区。

基于非完整拱效应的软岩隧道掌子面变形及其控制研究

为研究大断面软岩隧道掌子面变形规律及控制方法,基于新意法及非完整拱效应理论对雷公山隧道构造破碎区域掌子面大变形失稳机理进行分析,基于GSI围岩评级系统获得隧道围岩的力学参数,通过FLAC3D构建隧道三维数值模型,进行系列工况试验,研究隧道在非完整拱部效应时掌子面挤出位移及预收敛位移的变化特征,分析隧道掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道稳定性的影响。结果表明,掌子面处的挤出位移均在内轮廓中心处达到最大,并呈环形逐渐向外减小,超前核心土预加固在掌子面中心处对挤出位移及预收敛位移影响最为明显;隧道开挖在掌子面纵向造成的扰动范围约为1.2倍洞跨,在掌子面径向造成的扰动大约为1.5倍洞跨;根据计算结果提出掌子面加固措施,通过对隧道预收敛变形及挤出变形的监测分析,验证支护方案的可靠性,提出的掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道施工具一定的借鉴意义。

大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟

在低黏聚力的软弱地层、大断面隧道开挖中,掌子面稳定是施工中面临的很大问题。采用超前预加固工法,对浏阳河隧道开挖过程进行数值模拟,通过分析超前预加固法对隧道位移、受力的影响,并研究各加固参数的敏感性,得到掌子面的超前锚杆加固长度对掌子面的稳定性影响最大,掌子面外超前预加固对改善超前核心土受力也有较大影响。

新意法隧道设计施工概述

20世纪70年代中期,意大利的Pietro Lunardi教授开始研究并逐步创立了岩土控制变形分析法(ADECO-RS法),该方法用中文解释为"新意法"。介绍新意法的理论基础、新意法隧道设计施工的基本步骤以及新意法与新奥法的不同之处,为新意法在我国的推广应用提供参考。

真空-堆载联合预压技术及其应用

本文主要阐述了在我国东部沿海地区的高速公路和城市道路建设过程中 ,对该地区特有的饱和的正常压密软粘土地基处理 ,真空 -堆载联合预压法是一种极其高效、经济、安全的新技术。

高原铁路极高地应力环境隧道主动支护设计方法研究

目前高能地质环境隧道支护结构的设计仍是隧道领域一大难题,主要包括高地应力软岩与高地应力硬岩支护结构设计问题,而支护结构设计的合理与否是保证隧道稳定性的关键,加之高原铁路高能地质环境隧道段占比较大,故需对高能地质环境隧道设计问题进行深入研究。首先在现有研究成果基础上,对我国铁路隧道设计理论及设计方法进行了系统性总结,并对高能地质环境下隧道的研究进行分析。针对高地应力软岩隧道修建技术难题,提出高地应力软岩隧道变形主动控制设计理念,并以掌子面为界限,提出掌子面超前变形控制及洞身收敛变形控制的全变形控制设计原则;通过理论分析,利用空腔球模型,基于Mohr-Coulomb准则,推导建立深埋隧道掌子面挤出变形解析解,提出高地应力软岩隧道超前支护(掌子面注浆、掌子面锚杆)设计方法;同时,采用弹性力学、塑性增量理论与有限差分原理,考虑软岩非线性变形与强度特性的力学参数变化模型,推导出考虑软岩非线性变形与强度特性的围岩应力、位移有限差分解析解;并基于收敛约束法,建立洞身支护结构设计方法;其次,针对高地应力硬岩隧道设计施工难题,从能量释放角度推导岩爆隧道的冲击荷载计算方法,组合松散荷载,给出岩爆隧道的荷载计算模型及支护结构设计方法。最后,论述大型机械化配套施工、支护结构高质量施作技术是保证隧道稳定性的前提,规划建设过程中应予以重视。研究成果旨在为高原铁路高能环境隧道超前支护设计及洞身支护设计提供理论基础,以期进一步提升我国高能地质环境隧道变形(岩爆)主动控制技术水平。

软弱围岩隧道稳定性极限位移研究

数值模拟是研究隧道稳定性的重要手段之一,以东科岭全风化花岗岩双线铁路隧道为工程背景,利用大型有限元软件ANSYS建立开挖断面逐步扩大的隧道模型,采用应力释放法对不同监测断面节点进行应力释放,研究隧道掌子面失稳过程中的挤出变形与应力释放率的关系,得出隧道掌子面失稳判据,并结合塑性区的发展规律,给出相应的掌子面挤出位移极限值.为验证数值模拟结果,进行了模型试验研究,研制了符合相似条件的地层相似材料,分析了掌子面失稳过程中挤出变形与地应力释放率的关系,并对掌子面破坏体的形态及范围进行描述.结果表明,采用挤出位移与应力释放率的关系曲线可以判断掌子面的稳定状态,相应的挤出位移极限值对指导工程施工具有重要意义.

新意法和新奥法下隧道力学行为的对比分析

新奥法和新意法都是山岭隧道建设中的重要施工方法。前者在我国已有四十多年的成功实践,并且写入相关的隧道设计和施工规范中;后者尚处在起步阶段,初步的实践表明,新意法具有广阔的发展前景。依托于浙江某实际工程,分别采用新奥法和新意法完成了Ⅳ级围岩下的公路隧道的开挖。对此,通过三维有限元计算和现场隧道的变形监测比较了两种施工方法的施工效果,结果表明,对于大断面公路隧道,在Ⅳ级、Ⅴ级围岩环境下,采用新奥法,必须采用分部开挖法和及时的初始衬砌以控制隧道变形;采用新意法,可以实现全断面开挖,但是必须对掌子面前方岩体进行超前加固,同时要求对掌子面挤出变形进行跟踪监测。

超前锚杆加固机理的研究

超前锚杆加固效果的准确评估及其合理的参数设计均依赖于对其加固机理的正确认识。为了说明土体与锚杆各项参数对锚杆加固效果的影响,建立锚杆-土体相互作用模型,以掌子面超前核心土挤出变形为参量,分别对锚杆与土体共同变形和出现滑移两种不同情况下锚杆的加固机理进行分析;针对锚杆与土体共同变形的情况提出加固系数k来计算锚杆加固效果,分析各项参数对加固效果的影响。最后利用计算机模拟的方式对超前锚杆的加固效果进行分析。研究结果表明:利用加固系数k可以有效分析锚杆、土体各参数对加固效果的影响;验证了锚杆锚固段长度的确存在极限值;并进一步说明了锚杆锚固段与拉拔段不同加固机理。研究结果对超前锚杆加固效果评估及其参数设计具有一定指导意义。

软弱围岩大断面隧道掌子面锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道的开挖施工容易造成开挖面失稳坍塌以及拱顶沉降过大等事故,须对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以宁波象山县野猪山隧道为工程背景,以新意法为理论基础,采用玻璃纤维锚杆加固隧道掌子面,通过数值分析研究了掌子面锚杆布置密度、加固长度、搭接长度等加固参数,得出掌子面玻璃纤维锚杆加固长度应大于隧道开挖直径,可提高掌子面的稳定性;对掌子面挤出变形控制较为严格的情况下,可以对全断面布置锚杆进行加固。

大断面山岭隧道预留核心土环形开挖法与上下台阶法的比较分析——以浙江奇坑隧道出口段施工方案比选为例

预留核心土环形开挖法和上下台阶法是软弱破碎围岩大跨度山岭隧道掘进的重要方法。本文采用三维有限元数值模拟方法对浙江奇坑隧道的预留核心土环形开挖法和上下台阶法方案进行了计算分析,提出了以掌子面挤出变形作为量化指标的评价方法,采用折减系数法比较了两种施工方案下的掌子面稳定性情况。本文还对现场实测结果和数值计算结果进行了比较分析。研究表明,预留核心土的几何形状和台阶步长对掌子面挤出变形密切相关,在控制掌子面挤出变形和维持掌子面围岩稳定上,上下台阶法结合管棚超前加固可达到预留核心土环形开挖法同样效果,且可为大型机械施工创造较好条件,提高了施工效率。本文的研究方法和结论可为类似工程提供借鉴。

Ⅳ级砂岩隧道开挖掌子面与土体变形规律研究

以中兰铁路香山隧道为例,模拟开展隧道三台阶法开挖试验,通过分析掌子面前方土体不同位置受力响应特征以及掌子面挤出位移形态,研究掌子面变形演化机制。所得结果表明:1)在隧道未开挖部分土压力变化中,距离掌子面越近,土体变化越复杂,土体变形影响因素基本由挤压转变为密实度减小引起的松动,距离掌子面越远,则主要为土体挤压影响;2)隧道开挖部分土压力变化曲线呈“台阶状”,规律较为明显,随着隧道开挖,土压力逐渐稳定;3)采用三台阶模拟开挖时,土压力响应与掌子面挤出变形相对应,并且在距离掌子面1倍洞径处下台阶的开挖会引起掌子面变形;4)三台阶法施工只留下台阶时掌子面变形难以限制,需要保留中下两个台阶。研究成果可为隧道开挖时掌子面与土体受力变形提供参考。