爆破作用下层状围岩隧道突变失稳判据研究

为判断爆破振动与损伤作用下层状岩体隧道的围岩稳定性,根据层状围岩失稳特征建立隧道力学模型,考虑爆破损伤和振动效应,构建层状围岩隧道系统总势能方程和突变失稳判据,分析爆破作用下层状围岩稳定性演化规律;并以沪昆高铁湖南段姚家隧道为工程背景,分析层状围岩隧道稳定性。结果表明:层状围岩隧道发生突变失稳的充要条件是满足分岔集方程,即当突变特征值Δ≤0时系统可能发生突变失稳;爆破累积效应造成围岩刚度不断降低,爆破药量增加提高爆破振动效应,这些均导致层状围岩失稳概率增加;实际隧道失稳评价结果与施工现场情况、监测结果一致,验证了失稳判据的有效性。

层状围岩隧道变形控制技术探讨与实践

根据兰渝铁路薄层板岩隧道的工程实践,在分析层状围岩大变形机理的基础上,研究采用微台阶仰拱快速施工法、单工序作业仰拱快速封闭法等控制围岩变形。分析表明,减小围岩变形总量主要有降低变形速率和快速封闭仰拱以缩短变形时间两种途径。微台阶仰拱快速施工法,下台阶与仰拱同步推进,缩短了初期支护封闭成环时间进而减小围岩变形持续发展。单工序作业仰拱快速封闭法采用边墙长锚杆降低围岩变形速率,采用铣挖机减小爆破对周边围岩和初支段的扰动,围岩变形控制效果好。

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明:1)层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2)隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。

不同倾角和层厚的层状围岩隧道稳定性数值分析

为了研究层状围岩隧道开挖后围岩稳定性与层状岩体的层厚、倾角之间的关系,采用离散元分析软件UDEC,在不同倾角和层厚条件下,分析了层状围岩隧道开挖后围岩的变形规律和受力特征,研究了不同倾角、不同层厚对层状围岩隧道稳定性的影响.结果表明:当层厚和开挖跨度相同时,隧道围岩的竖向位移、水平位移和最大主应力随着结构面倾角的增大表现出先增大后减小的规律.当倾角和开挖跨度相同时,随着层厚的增加,隧道围岩竖向位移、水平位移和最大主应力均出现逐渐减小的趋势.

高速公路隧道水平层状围岩支护优化

针对高速公路隧道开挖施工遭遇的水平层状围岩支护问题,结合工程实例,通过对工程原本的围岩支护方案展开分析,实现了围岩支护优化设计。从分析结果来看,原本支护方案在恶劣工况条件下会发生冒顶问题,结合数值模拟分析结果进行优化方案的提出,可以有效解决这些问题。

水平层状围岩隧道爆破控制技术

针对水平层状围岩隧道开挖时,由于水平层理的影响以及爆破扰动,极易导致隧道拱部发生离层、掉块以及严重的超挖、欠挖等问题。采用爆破应力波传播理论分析了爆破应力波对水平节理岩体的作用机理,从理论上解释了水平层状围岩隧道拱顶发生离层、平顶的原因;依托大梁峁公路隧道工程进行现场爆破参数优化试验;并针对拱部超挖严重,上台阶下部边墙欠挖的情况,提出了控制措施。研究结果表明:通过爆破参数优化,上台阶开挖单次爆破可减少6%的起爆药量,下台阶可减少29%的起爆药量;从爆破效果来看,优化后6个试验断面平均超挖由原来的7.81m2减少为2.56m2,优化后超挖面积仅为优化前的31%,欠挖也得到有效改善,优化后的爆破方案不仅能大幅减少隧道超欠挖,减少炸药用量,还能提高开挖后围岩的质量,使隧道施工更安全;拱部超挖可通过内移周边眼、适当增加周边眼间距、减少装药量以及非连续装药等措施进行控制;上台阶下部边墙欠挖可通过缩小周边眼间距或增设周边眼等措施来解决。研究成果不仅可保证依托工程的施工安全,减少超欠挖,节约成本,加快施工进度,还可为类似工程提供参考。

四面山砂泥互层隧道爆破设计参数优化

在近水平软硬互层围岩隧道钻爆开挖的过程中,由于水平方向层理、节理、弱面以及软弱夹层的存在,使得光面爆破的轮廓平整度很难得到保证;并导致较为严重的超欠挖现象。以四面山层状围岩隧道为工程依托,基于X射线衍射试验以及室内物理力学试验所获取的砂、泥岩的力学参数,综合考虑微差、孔间距、不耦合系数等因素,采用正交试验制定了砂泥互层围岩隧道爆破模拟方案;并对重庆江习四面山近水平砂泥互层围岩隧道进行了爆破优化数值模拟,得到了层状围岩隧道爆破优化方案。将原爆破方案及优化方案与现场测试结果进行了对比,结果表明模拟结果与现场测试值基本符合。研究成果可在类似隧道爆破施工中推广应用。