冲击载荷作用下巷道支护围岩体系动力响应

为提高深部巷道支护围岩体系的安全性,应用FLAC3D软件分析了井下巷道在冲击载荷作用下的速度响应和应力、位移演化规律,以及冲击波在支护围岩体系中的传播及衰减规律.结果表明:冲击波作用下,巷道两边帮最大水平速度达1.6m/s,U型钢支护使巷道整体支撑能力增强,同时减小了巷道变形.通过数值计算研究冲击载荷对巷道稳定性的影响,有助于进一步认识冲击载荷对深部巷道支护围岩体系作用机理.

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明,围岩-支护结构体系协同变形方程能很好地反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。支护强度为0.75 MPa时,理论计算拱顶沉降为18.9 mm,数值模拟拱顶沉降为21.6 mm;支护强度为1.5 MPa时,理论计算拱顶沉降为11.2 mm,数值模拟拱顶沉降为11.1 mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和交叉中隔壁法(cross diaphragm,CRD)施工时,建议支护强度设计为0.75~1.5 MPa,支护刚度设计为59.8~375.0 kN/mm。

大跨度隧道围岩-支护体系稳定性分析

随着复杂地质条件下大跨度地下空间修建的日趋增多,以工程类比法为主体的静态设计、施工已无法满足地下工程建设的需求。文中以重庆绕城高速公路环山坪隧道断层破碎带为例,应用大型有限元ADINA软件,结合现场监控量测成果和施工方案,预先计算出隧道开挖过程中围岩的位移随时间的变化规律以及在空间上的分布特点,在此基础上应用收敛-约束原理判断了围岩及支护体系的稳定性,并对支护参数和施工时机给出了更合理的建议。为隧道动态设计、合理施工提供了一种新的思路。

岩溶区隧道围岩——支护体系稳定性研究

岩溶是地下水地质作用的过程和结果,是隧道建设面临的不良地质现象之一。正在建设中的某高速公路隧道出口段岩溶地质作用强烈,溶隙、孔洞发育,且受构造变形及后期淋滤溶蚀作用强烈,力学强度低,岩性复杂。其角砾状粘土岩和水云母粘土岩多已泥化成粘土,遇水易膨胀。岩溶区隧道围岩———支护体系的稳定性是该隧道建设面临的主要问题。文章结合隧道施工过程中的围岩变形监控量测和三维弹塑性有限元数值仿真模拟对隧道围岩———支护体系的稳定性进行了研究。围岩水平收敛和拱顶下沉位移及速率变化特性表明,在监测时段内隧道围岩无趋于稳定的迹象。施工动态力学数值仿真模拟表明,在初期支护条件下,围岩出现了较大范围的塑性破坏区,两隧道之间(间距45 0m)围岩破坏接近度达到0 70,最大竖向位移达到3 0mm,表明隧道全断面施工时,两隧道相互作用影响程度较大。为确保隧道围岩———支护体系的稳定,选择合理的施工方法,制定切实可行的支护方案提供了信息。

深埋软岩隧洞围岩-支护体系安全控制研究

深埋软岩隧洞变形程度大、持续时间长、支护困难,如何制定有效的设计对策以控制软岩变形是深埋软岩隧洞设计和施工面临的重要技术难题之一。软岩隧洞变形控制研究主要涉及3个关键科学问题:软岩隧洞围岩-支护体系承载机制、围岩-支护体系的安全控制指标与控制标准、软岩隧洞的合理支护时机与支护强度。多年来,国内外学者通过理论分析、现场试验、数值模拟等不同途径对软岩变形控制问题进行了系统的研究,取得了丰富的研究成果。分析了有关软岩变形控制3个关键问题的研究进展,探讨了围岩荷载的作用形式以及围岩-支护的荷载分担比例,建立了围岩-支护体系的安全控制指标与标准。在此基础上,对深埋软岩隧洞的合理支护时机和支护强度进行了探讨。相关认识和结论具有一定的理论和工程意义。

输水隧洞围岩支护结构受力变形分析

地下深埋输水隧洞在运营和施工过程中存在变形大、持续时间长、支护困难等技术难题以及安全隐患。针对此问题,本研究基于某实际隧洞工程,建立了总体位移和支护结构承载力的围岩-支护体系安全性评价指标,通过旋喷混凝土、钢拱架和锚杆三种支护方式,采用理论分析方法,研究了围岩支护强度、支护时间对其承载力的影响,并且对围岩-支护体系的安全稳定性进行了评价。结果表明:对于深埋输水隧洞,当滞后掌子面1 m开始进行支护施工作业时,隧洞围岩支护抗力为2.10 MPa;当滞后掌子面5 m开始进行支护施工作业时,隧洞围岩支护抗力为0.85 MPa。研究成果对实际工程具有一定的指导意义。

铁山隧道和大垭口隧道的平面弹塑性有限元分析

对巴彭公路铁山隧道和开万公路大垭口隧道的两个典型剖面的稳定性进行了平面弹塑性有限元计算,分析了围岩中的应力、变形、塑性区以及初期支护和二次衬砌结构的承载能力,得出了相应的认识:(1)在特定的埋深、岩体类别、支护结构及荷载释放比例的条件下,洞室周围有较强的应力集中现象,一定部位及范围内的围岩进入了塑性状态;(2)喷层、二次衬砌及锚杆均在弹性范围内工作,并且有较大的安全储备。

不同垂距及开挖顺序对正交隧道施工影响分析

以青岛某正交隧道工程为例,研究了不同的开挖净距及开挖顺序对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,通过研究不同净距下及不同开挖顺序下上行隧道和下行隧道围岩—支护结构的位移和应力特征,揭示交叠区围岩的应力—应变规律,为近距离交叠隧道的变形,支护结构的设计和开挖提供了科学依据。通过建立3D数值分析结构模型,研究了0.5D、1D以及1.5D3种不同净距下上行隧道及下行隧道围岩—支护结构的变形及应力—应变规律。结果表明,在相同的地质条件下,隧道间的净距越小,上行隧道拱底位移越大,下行隧道的拱顶位移越大;先上后下的施工顺序会增加地表沉降的位移以及沉降槽的宽度,在正交隧道施工时,应考虑到施工顺序对正交隧道位移的影响。

长距离调水工程建设与安全运行集成研究及应用

基于国家跨流域调水工程建设重大需求和相关学科国内外最新研究发展,以滇中引水、引汉济渭、新疆大埋深隧洞等典型调水工程为依托,针对“大埋深隧洞开挖围岩响应模式与灾变机制”、“大埋深隧洞围岩–支护体系协同承载机理与全寿命设计理论”、“地震等自然灾害下输水建筑物的响应特征及灾变模式”等重大科学问题,以及“大埋深隧洞灾害预测预报与防治成套技术”、“隧洞穿越活断层抗断技术”、“大跨度高架渡槽抗震技术”、“闸泵阀关键设备研发及智能控制技术”、“调水工程全寿命周期安全监控与调控技术”等关键技术,开展了包括“大埋深隧洞岩体工程特性测试技术与综合评价方法”在内的10个方面的研究。提出了千米级深埋隧洞的地球物理探测及岩体特性测试技术与围岩特性评价方法,形成了隧洞高压突涌水预测与防治成套技术,开发了15 MPa超高压灌浆技术装备,提出了隧洞穿越错动量达0.5 m活断层抗断结构,研发了Ⅷ度强震区大型高架渡槽的抗震技术,并研制完成了220 m扬程40 MW级泵组、DN2000智能流量调节阀安全控制成套技术,形成了长距离调水工程建设及安全运行成套技术装备。项目相关研究成果已在依托工程中示范应用,为工程建设运行提供了坚实的技术支撑,同时有助于推动长距离调水及相关工程领域的技术进步,保障中国水资源宏观调控战略的有效实施,具有显著的社会、经济和生态效益。

引水隧洞突涌段变形特征及控制关键技术研究

深埋引水隧洞突泥突水洞段注浆固结圈与初期支护结构作为协同承载结构,其荷载分担与变形控制对结构和施工安全有重要作用。为研究深埋引水隧洞突涌洞段围岩与支护体系稳定性,以滇中引水狮子山隧洞为工程依托,通过现场对围岩-支护监控量测与第二层型钢拱架受力监测,结合施工工况动态分析围岩-支护体系受力与变形,研究总结突涌段施工变形控制关键技术。研究结论:(1)深埋隧洞突涌洞段拱顶累计沉降17.4 mm,达预留值的17%左右;拱肩、拱腰累计收敛106.6 mm、98.1 mm,达预留值100%左右。(2)突涌洞段理论预测极限位移150 mm;现场监测评价设定阈值uo=100 mm,当达到2/3时,应采取加强措施。(3)最佳开挖方法为微台阶法。各级台阶长度控制在3 m左右,按“快挖、快支、快封闭”原则组织施工。(4)超前预支护管棚结构起到提高固结体刚度作用,较固结体提高约13倍。(5)双层支护结构强度、刚度增加,承载能力明显提高,施工安全性也得以提高。