隧道大变形处理措施分析及变形预测研究

为有效保证隧道大变形段的安全施工,结合工程实际,先进行隧道大变形处理措施分析,再结合处理后的变形数据,通过变形分析来进行处理措施的合理性研究。分析结果表明:隧道大变形处理措施主要包括临时加固措施、已开挖段加固措施、地表土体加固措施及后续施工技术措施。同时,在隧道大变形段处理后的变形数据分析结果中,现有累计变形值介于47.41~80.07 mm,后续预测的累计变形值介于52.36~83.13 mm,均小于120 mm(变形控制值),说明大变形段处理措施在现有状态、后续状态条件下均是有效的,充分验证了大变形段处理措施的合理性。

破碎炭质板岩隧道大变形机理模型试验研究

西南地区隧道开挖过程中经常出现大变形的危害,以破碎炭质板岩隧道的变形情况尤为严重。以某新建隧道出现的大变形情况为主要研究内容,通过对隧道变形的规律及特征进行分析,初步确定了隧道变形的主要因素,通过室内模型试验,对地应力的大小及围岩特性进行模拟,得到了不同因素下隧道的变形特征。试验结果表明,地应力对变形的分布规律有一定的影响,但是开挖后应力释放引起的炭质板岩强度劣化及扩容是形成隧道大变形的主因。通过岩样的X射线衍射(以下简称XRD)成分测定分析,得到了该隧道大变形的变形机理,由此提出了隧道大变形的主要措施,供相关隧道的设计及施工参考。

侵入岩蚀变带软岩隧道大变形规律与稳定性研究

以安定隧道为工程背景,采用三维离散元方法对侵入蚀变岩破碎软弱围岩段隧道开挖大变形进行了数值模拟计算,分析了开挖进尺、台阶长度、台阶高度、裂隙密度等对隧道变形的影响规律,确定了台阶法施工时开挖参数的合理范围:开挖进尺为0.5~1.0 m、台阶长度为4~6 m、台阶高度为0.3 H~0.4 H。通过芬纳公式和卡斯特耐方程对隧道极限容许位移公式进行了修正,实践证明改进后的方法对隧道围岩稳定性判别更合理。

让压预应力锚索在软岩隧道大变形控制中的作用机制研究

为解决高地压、高流变条件下软岩隧道围岩及支护结构大变形控制难题,通过理论和数值分析,研究让压预应力锚索在隧道大变形控制中的作用机制。研究内容包括2个方面,一是研究新型让压锚垫板在低预紧力及低围压下的力学性能,满足支护结构先柔让压的要求;二是让压结束后,预应力锚索在高预紧力条件下改善支护结构受力性能,实现后刚强支的作用。结果表明:1)预应力锚索通过施加预紧力,增大洞壁径向阻力,提高围岩稳定性;2)预应力锚索在让压结束后对支护结构的主要作用是减跨,由此提高支护结构刚度和承载能力;3)围岩、支护结构和让压预应力锚索变形协调,力学上相互耦合,构成"先柔后刚"的支护体系。

层状围岩隧道大变形等级判别及处理

研究目的:隧道大变形的处理俨然已成为一道世界性的难题,而其中层状围岩的大变形几乎占到90%以上,极大地困扰着隧道的建设者。针对层状围岩正交各向异性的特点,国内研究较少,采用以各向同性为理论基础的强度应力比理论判定层状围岩大变形等级有一定的局限性。本文结合在建铁路成兰线、成昆线的隧道大变形处理,剖析当下一些对层状围岩大变形认识的误区,从而提出适合层状围岩大变形判别的标准。研究结论:(1)采用强度应力比判定正交各向异性的层状围岩大变形等级,因局限性较大,仅适合一些薄层状的千枚岩、断层压碎岩等各向差异较小的围岩;(2)结合变形监控量测情况,并根据层状围岩软弱夹层的含量来判断大变形的等级,该方法简单、可靠;(3)层状围岩破坏时大致经历"软弱夹层屈服破坏、变形→相邻临空侧岩层的破坏、变形→支护结构变形、开裂、侵限"的过程;(4)层状围岩的变形和破坏主要是在层状围岩中软弱夹层的法线方向上,设计者应根据岩层的产状有针对性地进行差异设计;(5)本研究结论可适用于隧道工程中各类层状围岩下隧道大变形的等级判定及其处理。

中老铁路高地应力软岩隧道大变形控制技术研究

中老铁路是泛亚铁路中线的重要组成部分,由北向南穿越老挝境内,沿线隧道工程因受板块缝合带构造影响,多段引发大变形问题,严重制约施工进度和安全性。缝合带区域水平构造应力显著,大变形多发于软弱围岩隧道,整体变形特征表现为水平收敛大于拱顶沉降,大变形等级以轻微—中等为主,支护结构破坏以侧墙的屈曲破坏为主,并表现出明显的渐进过程。针对以上变形破坏特征,采用主动控制理念,从支护结构和施工方法两方面提出软岩隧道大变形控制技术:增大单线铁路断面侧墙曲率,增设长锚杆,提高全环支护钢拱架刚度;控制台阶长度、初期支护及时封闭成环,合理缩短仰拱与掌子面距离。通过采用以上变形控制技术,有效降低隧道变形量,为中老铁路缝合带软岩隧道大变形安全施工提供技术支持。

隧道大变形灾害施工监控技术研究

针对隧道大变形灾害监控操作危险、干扰施工等困难,研究灾害监测的特点和要求,开发隧道位移实时监测系统,制定灾害监测系统方案,并应用于湖南酉水3号4、号隧道大变形监测。实施效果表明,对隧道大变形灾害处治过程和灾后施工开展远程监测,可以保障施工安全,优化加固措施,评价灾后结构安全性,可供其它工程借鉴。

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。

基于集成组合预测模型的隧道大变形预测研究

为提高隧道大变形预测精度,先利用ARMA模型、三次指数平滑模型和GM(1,1)模型等单项预测模型进行预测,再利用多种线性和非线性组合方法实现了隧道大变形的初步组合预测,并在递进组合预测和混沌优化预测的基础上,构建了隧道大变形集成组合预测模型,实现了隧道大变形的综合预测。同时,提出利用M-K检验来判断隧道大变形的发展趋势,以验证预测结果的准确性。实例验证结果表明:各类初步组合预测模型均能不同程度地提高预测精度,而递进组合预测能很好地优化残差序列,达到提高预测精度的目的,即集成预测模型在隧道大变形中具较高的预测精度;同时,变形预测结果与趋势判断结果一致,均得出隧道大变形趋于不稳定方向发展的规律,相互佐证了各自分析结果的准确性,为隧道变形防治提供了参考依据。

基于集对分析—组合赋权的隧道大变形预测方法

将集对分析理论、层次分析法和熵权法相结合,构建了隧道大变形综合预测模型。首先,选取岩石的单轴抗压强度、弹性模量、最大主应力和强度应力比来构建评价指标体系。其次,采用层次分析法计算主观权重、熵权法计算客观权重,并采用乘法对评价指标的主客观权重组合赋权。最后,利用综合预测模型预测隧道大变形等级,并对比分析该预测模型、模糊层次法和层次可拓法的预测结果。研究结果表明:基于集对分析—组合赋权的隧道大变形预测方法的结果较之于模糊层次法更为保守,较之于层次可拓法更为冒险,该方法可以对大变形隧道的支护设计提供一定的参考。

复杂地质条件下的隧道大变形组合预测研究

隧道大变形是隧道工程中的常见病害之一,严重威胁施工安全及工程进度,对其研究具有重要意义。以BP神经网络和支持向量机为基础,利用遗传算法和粒子群算法优化其结构参数,以实现单项预测模型优化,再构建线性组合模型和非线性组合模型,实现了隧道大变形的组合预测。实例分析表明:组合预测模型较单项预测模型具有更高的预测精度和稳定性,且以BP神经网络权值法的组合效果最优。通过研究,为大变形防治及变形规律评价提供了借鉴和参考,具有一定的实用价值。

隧道大变形机制及处治关键技术模型试验研究

大变形是隧道建设中无法完全避免的灾害之一,发生后若处治不当极有可能出现多次换拱甚至塌方等二次灾害。通过相似模型试验,采用自行设计的隧道模型开挖装置和围岩内部位移监测装置,研究了隧道开挖和埋深增大过程中围岩渐进性破坏过程及位移和应力变化规律,揭露出预防隧道大变形的重点支护部位,并进一步研究了大变形出现后处治过程中衬砌的破坏规律,明确了大变形处治时的支护措施。试验结果表明:(1)隧道产生大变形过程中,拱顶与拱底的变形量大于拱腰与拱脚的变形量,且随着埋深增大,差值逐渐增大;(2)大变形产生后隧道拱顶径向和切向应力值均减小,而拱脚切向应力值大幅上升;(3)更换变形拱架时,更换位置附近衬砌拱顶处可能出现张拉破坏,拱腰处可能出现剪切破坏,因此,大变形处治时需保留两侧衬砌的临时钢支撑,必要时需增设底部横支撑或临时仰拱。该研究结果有助于得到大变形发生时和发生后处治时的防控重点,为大变形的预防及安全处治提供指导和参考。

软岩隧道大变形研究现状及控制对策

基于既有研究成果,从围岩的变形特征、强度特性等方面总结了软岩的定义和分级方法,从围岩的矿物组成和力学机制等方面归纳了大变形的成因、分类和分级方案。结合大变形的影响因素阐述了软岩隧道大变形机理,归纳了基于弹塑性理论和回归分析的变形预测方法。从洞室开挖、支护施作、信息监测三个方面总结了软岩隧道大变形的控制对策,指出了当前软岩隧道大变形预测和支护中存在的问题及进一步研究方向。

隧道大变形处理措施综述

由于地质太差,加之连续下雨围岩软化后失去自身的承载能力,有的围岩有滑动面,在水的作用下滑动加速,再加上钢支撑太弱和连接处连接不牢等因素,位于三亚、陕南、陕北的几座公路隧道产生了大变形。针对其变形情况,采用临时支顶和永久套安拱架加强、部分变形大的进行了更换边拱的处理。向前开挖采取加大钢支撑、改变开挖方法等措施顺利通过了变形地段,为今后类似工程提供了成功经验。

不同工法在炭质片岩隧道大变形控制中的应用研究

隧道施工工法在控制位移变形、资源投入、工程进度、施工成本以及保证施工和结构安全等方面有着重要的作用。为解决炭质片岩隧道修建过程中存在的大变形、坍塌、初期支护及二次衬砌开裂等问题,以谷竹高速公路宴家隧道、关垭子隧道为例,对复杂地质条件下,含绢云母炭质片岩隧道施工工法的适用性进行了研究。通过对软岩隧道施工工法进行分析,并结合工程的地质特征和隧道的断面大小对施工工法进行了优选,经过现场实际验证,说明三台阶法、CRD法、双侧壁导坑法能有效控制围岩大变形,且控制能力依次增强,另外超前预支护对预防隧道坍塌有显著的安全保障作用。

基于AHP-DEA的公路隧道大变形风险评估

隧道大变形引起的破坏是隧道施工的重大风险之一,严重影响着支护系统的性能与施工进度,因此对隧道大变形的风险评估十分必要。该文首先指出单独采用传统的AHP和DEA方法的缺陷与不足,然后提出组合的AHP-DEA的新评价方法。利用层次分析法建立了公路隧道大变形安全评价指标体系,计算出各风险因素的权重,然后将权重引入到数据包络方法中,通过移动最大风险曲面对各决策单元风险等级排序。最后以省界隧道为例进行了方法验证,表明该方法有效实用。

铁路隧道大变形及塌方病害整治技术

针对中老铁路普亚村一号隧道施工中出现的初期支护裂缝、大变形、侵限以及塌方等病害问题,分析了病害发生的原因,提出了对应的整治措施,详细介绍了隧道大变形及塌方病害整治技术,确保了施工工期、质量和安全。

软土地基城市运营隧道大变形灾害治理关键技术

软土地基运营地铁隧道结构频发的大变形问题严重影响城市地铁的运营安全,针对工程中尚无系统加固纠偏设计与施工方法的问题,本创新班组依托深圳地铁某盾构隧道纠偏加固工程,对运营盾构隧道加固纠偏机理及关键设计参数等开展了系统研究。建立了一种邻近基坑施工引起运营隧道大变形灾害加固纠偏方法,为类似的纠偏工程设计施工提供理论依据和参考。案例成果对确保城市隧道安全稳定运行具有重要意义,经济、社会和环境效益良好。

浅埋偏压、软弱围岩双线隧道大变形施工控制技术研究

浅埋偏压、软弱围岩双线隧道大变形不仅会造成隧道大面积塌方,同时也会导致大量经济损失与人员伤亡情况出现,而针对隧道大变形施工控制技术展开研究,不仅可以有效提高施工质量,同时也可以为促进我国交通建设发展起到帮助。基于此,本文将会简述工程情况,而后针对工程施工现状及难点展开分析,进而制定出浅埋偏压、软弱围岩双线隧道大变形施工控制措施,旨为相关人员提供参考帮助。

基于改进对流粒子域插值物质点法的隧道大变形分析

物质点法(MPM)在模拟大变形问题时具有很好的效果,然而传统的MPM在粒子穿越网格边界时存在单元穿越误差,导致精度降低。为克服传统MPM的单元穿越误差,基于对流粒子域插值物质点法(CPDI)理论框架,采用自适应正交改进插值移动最小二乘法(AOIIMLS),提出了改进CPDI方法。AOIIMLS通过构造加权正交基函数,并且忽略了新对角矩阵中的零元素或极小元素的贡献,以避免求解逆矩阵,增强了鲁棒性。改进CPDI采用速度梯度计算粒子域的速度场,粒子速度和粒子域角点速度用于重构背景网格速度函数。通过一维柱在自重作用下的压缩、砂柱坍塌和隧道坍塌离心机试验验证了改进CPDI方法的准确性和适用性,结果表明改进CPDI降低了单元穿越误差,得到了更高的精度。最后,采用改进CPDI方法模拟了青岛地铁4号线静沙区间地面塌陷全过程,验证了改进CPDI方法在岩土工程大变形领域的适用性及优势。