梅岭关隧道水平岩层稳定性分析与施工技术

1水平岩层是地下工程中经常遇到的一种岩体,具有明显的各向异性力学性质,其变形破坏特征表现得更为复杂。为了及时预防大跨度隧道穿越水平岩层施工过程中极易出现的平拱、拱顶离层破坏、拱顶弯折内鼓等危害现象,确定合理的支护方案,文章结合新建兰渝铁路梅岭关隧道,根据现场跟踪调查和试验,在对隧道地质特质和影响围岩稳定性因素等进行分析的基础上,提出针对性施工技术措施,并经施工实践证明,避免了隧道坍塌等恶性安全事件的发生,从而有效指导了隧道设计和施工。

水平岩土层实体拦砂坝基底水压力研究

基于连续性方程、达西定律和伯努利表达式,在合理的假设条件下,本文推导了水平岩土层的实体拦砂坝基底处关键点的水压力解析式,通过与数值模拟(Autobank有限元程序)对比可知,本文解析式与数值分析结果误差非常小,其误差基本控制在1%以内,该解析方法是可靠稳定的。本文还进一步讨论了该方法的应用价值,依据得出的水头,可计算构筑物下游x处的水力坡降,判断构筑物下游土体的渗透变形类型,也可估算需要处理的范围以及对护坦长度的设计提供依据。依据相关文献结论,提出运用该解析式计算有坡度的沟床的拦砂坝基底扬压力偏于安全,并且提出了该解析式计算实体拦砂坝底部水压力是否需要考虑"地基的有效深度"对基底水压力的影响问题,此问题还需要进一步研究。

铁路隧道软弱围岩水平岩层施工技术

铁路隧道建设项目,是我国交通网络建设工程一个重要的组成部分,施工项目的质量直接决定着我国交通网络建设工程发展的效率。在铁路隧道施工阶段,根据隧道内软弱围岩水平岩层的实际情况,制定切实可行的施工技术,才能够确保整个施工项目的质量得到保障。本文以麻科义隧道为例,详细的论述水平岩层施工技术在实际隧道施工过程中是如何应用的。

超欠挖施工技术在公路隧道水平岩层开挖中的应用

在隧道施工中,超挖、欠挖是严重的问题。超挖导致多运、多装的隧道洞渣,而超挖空间还需要用暂时的支护或 衬砌混凝土回填。欠挖则需要清除,从而引起材料、人工的超额消耗,并且处理欠挖时易形成更大的超挖,这对隧道工程成 本影响很大。因此,隧道超欠挖问题必须得到高度的重视。本文阐述了超欠挖产生的原因以及解决措施。

张小楼井-1025m水平岩巷支护探讨

分析了庞庄煤矿张小楼井-1025m水平巷道破坏的原因,介绍了张小楼-1025m水平轨道大巷、-1010m胶带大巷等掘进施工支护及维修方案,叙述并分析了锚喷锚注、架喷两种维修结果,提出深部软岩巷道支护建议。

水平岩层围岩条件下公路隧道砂浆锚杆作用浅析

介绍了公路隧道施工中,砂浆锚杆在地层破碎,节理、裂隙发育的水平围岩中的作用、原理和施工方法。

地下盐岩溶腔储库单井水平溶解建造流体运移研究

为提高水平盐穴储库单井后退式溶腔建腔速率,通过相似模型试验与数值计算开展建腔期注水方向对腔内流体运移规律影响研究。数值模拟结果表明:注入淡水接触腔内卤水后浓度会迅速升高,当浓度达到23%左右变为缓慢升高;上下同时入射有利于快速溶腔,垂直向下入射有利于建造更大腔体。相似模型试验流体运移规律与数值模拟基本一致,证明了数值模型的正确性。试验发现:腔内流体主要分为羽流区、边界溶解区、对流扩散区和底部饱和区4个区域;改变注水方向使羽流区流体浓度和流速改变,进而影响边界溶解区高度,与水平入射相比,垂直向上入射、上下型入射、四周型入射和垂直向下入射高度增加了22.2%、26.9%、51.1%、135.6%;改变注水方向使淡水初始向下流速改变,进而改变底部饱和区高度,与水平入射相比,垂上、四周、上下、垂下入射高度降低0%、12.9%、29.9%、70.1%。

水平层状碳质页岩地层高速铁路大断面隧道基底变形机理研究

我国西部、西南部地区在建及建成的高速铁路隧道常发生仰拱隆起病害,严重威胁着隧道施工进度及运营安全。依托兴山东隧道典型的水平层状碳质页岩地层,开展仰拱基底隆起机理研究,对仰拱基底以下的围岩进行模型简化,应用构件试验定性分析、数值模拟定量计算的方法,揭示了不同层厚、层间黏聚力以及材料强度对层状岩体破坏模式的影响,分析导致水平层状围岩隧道底鼓的原因,并提出相应的底鼓控制处置技术。研究结果表明:(1)层厚的减小降低了层状复合岩体抵抗变形和破坏的能力,主要表现为弹性阶段的缩短和变形速率的加快;层间黏结强度的降低破坏了层状复合岩体的整体性,导致层状岩体加速进入单一岩层受力阶段,但对极限承载力劣化效应不明显;(2)岩体本身材料强度降低极大地降低了层状复合岩层的承载能力,使得破坏过程显著加快,影响程度和范围进一步加深,结合数值模拟结果进一步证明了岩体本身强度在层状岩体的变形和破坏当中占据主导位置;(3)列车振动的疲劳损伤、地下水聚集的弱化作用以及围岩的长期力学性能均将影响隧道仰拱的稳定性,变形控制效果排序为:加深仰拱>基底注浆>仰拱锚杆。

水平层状岩隧道荷载计算公式修正方法及其应用

为研究适用于水平层状围岩隧道的围岩荷载计算方法,指导实际隧道工程施工,采用理论推导的方式,结合数值模拟荷载-结构法计算模型,对水平层状围岩隧道的开挖工法和初期支护参数进行了优化。结果表明:1)水平层状围岩隧道塌落拱顶形成岩梁结构,基于此提出了针对水平层状岩隧道的围岩竖向荷载计算公式修正方法。2)基于掌子面力学平衡稳定分析模型,考虑塌落拱顶岩梁作用效应,通过计算得到了铜川隧道一号斜井工区水平层状砂岩、泥岩的岩梁极限厚度分别为1.7和2.3 m,当岩层厚度大于极限厚度时,岩梁可代替超前支护起到拱顶加固作用;同时计算表明Ⅲ、Ⅳ级围岩采用全断面法代替原来的台阶法施工,掌子面稳定系数满足规范要求。3)铜川隧道一号斜井工区Ⅲb型、Ⅳa型和Ⅳb型初期支护参数优化后,钢支撑最大间距分别为1.8、1.6、1.6 m,相应的截面最小安全系数分别为1.65、1.63、1.57,均满足规范中的安全系数控制基准要求。

水平层状围岩离层机理研究

以南宁市东风路水平层状岩体隧道为背景,通过理论分析,研究了水平层状围岩的离层特征,分析了离层产生的条件。研究结果表明:水平层状围岩的变形是由水平应力导致的,水平应力引发岩层结构变形,最终导致围岩产生离层。相邻岩层非同步、非协调结构变形是离层产生的本质表现;水平层状围岩的离层可分为协调变形阶段、离层产生前的临界阶段、离层产生与发展阶段;从力学条件上看,离层的产生与发展仅与水平应力和岩层自重有关;用薄板理论分析了考虑岩层自重和水平应力条件下的层状围岩离层条件。

水平泥砂互层围岩隧道受力特性及稳定性分析

水平层岩结构特殊,分布广泛,施工中极易发生离层、掉块等工程事故,分析互层状水平层岩隧道的受力特性和稳定性对于隧道设计和施工意义重大。从水平层岩的结构特点出发,对拱顶的离层及塌落拱的形成进行理论分析,建立简化的梁模型和薄板模型,对水平互层围岩隧道受力特性和稳定性进行系统性对比分析,推导出了水平层岩可承受的最大正应力、最大剪应力和最大变形值表达式,较好的解释了拱顶水平层岩受力后的变形以及破坏过程。模型计算与现场实测、数值模拟结果,在量级与趋势上基本一致,显示出及时支护、控制拱部变形的重要性。

水平层状岩体隧道超欠挖控制爆破技术

在水平层状岩体中进行隧道钻爆施工,由于岩层间夹制力非常小,极易受到震动而松弛、掉块,难以形成设计要求的拱形轮廓,超、欠挖现象严重。从大林隧道水平岩层的具体特点出发,分析了影响光面爆破效果的主要因素,并通过不断调整各爆破参数和加强施工管理等现场试验,总结了一套水平层状围岩光面爆破的施工技术。结果表明:该技术减少了超欠挖,改善了开挖质量,较好地解决了水平岩层成型困难的问题。

水平层状岩隧道炮孔参数优化及爆破成形研究

针对水平层状岩隧道钻爆掘进开挖超挖严重的问题,通过炮孔参数理论分析、现场掘进爆破试验以及爆破成形分析,提出了适用于水平层状岩山岭隧道的炮孔优化布置参数。依托蟠龙山隧道工程,通过内移周边眼、周边眼"长短眼"加"空眼"组合布孔、增加周边眼及辅助眼数量、减小辅助眼排距等措施,对水平层状岩隧道爆破成形进行研究与分析。试验结果表明:采用优化炮孔参数,围岩拱部离层高度和平顶宽度明显减小。单次开挖总药量优化前243.2 kg,优化后227.7 kg,减少6%;最大线性超挖和平均超挖面积优化前为0.91 m和9.73 m^2,优化后为0.35 m和4.24 m^2,分别减少0.56 m和56%。

水平层状围岩隧道光面爆破效果分析

水平层状围岩中进行钻爆施工,层间存在软弱夹层,光面爆破效果较差,难以形成设计要求的拱形轮廓,渣堆中大块率高,超、欠挖现象严重。实践证明节理、软弱夹层在很大程度上影响了爆炸应力波以及爆生气体对岩石的作用,使光面爆破抵抗线以及岩石裂纹扩展方向发生变化,从而产生不规整的爆破轮廓线。本文从炸药破岩机理以及应力波通过节理、夹层传播规律来分析产生超、欠挖现象的原因,总结出一些有益的结论,以指导实际的施工。

水平层状岩体边坡动力响应中的结构面效应研究

根据应力波传播原理分析了水平层状岩体边坡中应力波传播特征,建立了应力波在该类边坡中传播的模型。利用离散元软件UDEC分析了不同频率垂向压缩应力波作用下边坡动力响应规律中的结构面效应。结果表明:边坡中的水平层面对坡顶的动力响应有明显影响。低频应力波作用下,水平层状岩体边坡坡顶的垂向峰值速度较均质坡体相同部位的峰值速度的增加值随坡高增加而增大。较高频率应力波作用时,边坡顶部靠近坡面的垂向峰值速度高于无结构面边坡相同部位的峰值速度,远离坡面时情况相反;坡顶垂向峰值速度大小呈周期性变化,输入应力波频率越大该变化频次越高。研究结果将有助于进一步揭示各种不同岩体结构类型边坡在动力荷载作用下损伤机理及破坏模式。

水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析

隧道在开挖过程中,经常会经过水平层状围岩,这将给隧道施工带来很大的困难,造成安全事故。通过对水平层状围岩隧道顶板变形特征及机理分析得出:水平层状围岩在隧道顶板层面薄弱带附近由于不同步弯曲沉降产生分离,形成离层;水平岩层软硬相间,层间黏结力较差,隧道开挖后拱顶围岩稳定性较差,拱顶失稳几率较大;对于水平层状围岩地区要做好塌方的预防和初期处理,尽量做到预防为主。当发生事故时,要做好相应的措施,减少人员的伤亡。

高地应力水平层状岩体结构特征对隧道底鼓影响分析

隧道穿越高地应力区水平层状岩体时易导致仰拱底鼓,对铁路运行造成安全隐患。以西南地区某铁路隧道仰拱底鼓病害为对象,针对隧道底部水平层状岩体分布深度、单层厚度、弹性模量及地层竖向应力等因素对仰拱底鼓变形特征及影响规律开展研究。研究结果表明:隧道底鼓特征为仰拱中部底鼓量最大,越靠近墙脚底鼓量越小,墙脚处竖向位移几乎无变化;隧道底鼓变形量随水平层状岩体分布深度的增加呈非线性增加,分布深度由0增至5 m时底鼓变形增幅最大;底鼓变形量随层状岩体单层厚度的增加而减少,层状岩体单层厚度对底鼓量影响为薄层>中厚层>厚层>巨厚层;底鼓变形量随层状岩体弹性模量的增加呈非线性降低,弹性模量小于8.4 GPa时底鼓变形量降幅较大;竖向地应力的增加导致仰拱底鼓变形增大,仰拱底鼓量与竖向应力基本呈线性关系。

水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究

研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。

水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明:拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7 d时间内已基本达到最大围岩压力的80%左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。

水平层状岩体连拱隧道施工数值模拟与现场实测

针对水平层状岩体火麻冲连拱隧道,考虑不同强度岩层组成的软硬互层岩体,利用数值模拟手段进行隧道施工全过程分析。结合现场实测,探讨了水平层状岩体条件下连拱隧道围岩与支护结构变形受力特点。指出连拱隧道结构设计与施工过程的薄弱环节,可为相关工程提供参考。