顺层偏压挤压性软岩隧道让压预留变形角支护技术研究

针对顺层偏压挤压性软岩隧道的非均匀大变形问题,提出一种基于钢拱架预留变形角的新型让压单元。基于三维精细化建模分析顺层偏压荷载下让压预留变形角支护的承载特性和效果,并应用于中老铁路甘庄隧道,验证新型让压预留变形角支护技术的可行性。研究结果表明:1)顺层偏压荷载下隧道支护结构以弯曲变形为主,传统让压柔性节点在弯矩内力作用下易发生受拉破坏,让压预留变形角能有效释放拱架的弯矩内力,适应更大的弯曲变形;2)顺层偏压荷载作用下,采用让压预留变形角的钢拱架整体应力水平明显降低,拱架整体的承载能力满足强度要求;3)工程现场采用局部扩挖和设置钢拱架让压预留变形角后,隧道变形在断面开挖18 d以后控制在允许范围内,初期支护的应力集中现象减弱,钢拱架主体不再发生弯曲破坏。

缓倾软岩高速公路隧道预留变形量研究

针对新建分离式高速公路隧道穿越缓倾软弱地层的情况,结合现场监测数据,对缓倾软岩地层隧道Ⅳ级围岩区段进行数值模拟分析,研究缓倾软弱地层下隧道围岩的变形规律。通过数据统计和保证率对九凤山隧道围岩变形进行综合评价,确定九凤山隧道预留变形量的合理取值区间。研究结果表明:通过数值模拟、数据统计和质量保证率对九凤山隧道围岩变形特征进行综合评价分析,隧道Ⅳ级围岩段合理预留变形量按3.5~4 cm设置。根据掌子面出水情况,出水量较小时取3.5 cm,经过现场试验段验证,隧道支护材料超耗情况得到明显改善。

基于皮尔逊系数的黄土隧道预留变形量预测

预测预留变形量是黄土地区隧道安全建设的重要环节。整理分析不同黄土土质类型隧道的148个监测断面数据,得到黄土隧道预留变形量合理设计的建议值。结果表明:(1)采用皮尔逊相关系数分析,发现土质类型与拱顶沉降的相关性最强,埋深最弱;(2)在Ⅳ级围岩黄土隧道区段内,黏质黄土和粉质黄土的预留变形量可设置为15 cm以内,砂质黄土可设置为15~20 cm;(3)在V级围岩黄土隧道区段内,土质为黏质黄土的隧道区段内预留变形量可设置为15~20 cm,粉质黄土可设置为15 cm以内,砂质黄土可设置为35~47.5 cm;(4)含水率为11%~23%时,拱顶累计沉降量的分布比例较高,且土质为砂质黄土时,拱顶沉降受含水率的影响大于黏质黄土和粉质黄土;(5)在不同埋深条件下,预留变形量设置为16 cm时,保证率可达84.6%。

高地应力软岩隧道预留变形量设计方法

在弹塑性岩体中开挖隧道,若围岩无明显的流变性,支护施作太早将承受非常大的荷载,但支护结构并非越晚施作越好。如果支护结构刚度和强度设计不足,即使预留了变形空间,隧道仍可能因支护反力不足而发生大变形破坏。为确定合理的支护刚度和支护时机,基于GZZ强度准则采用大应变分析理论,考虑隧道扩挖影响,修正高地应力软岩隧道的围岩特征曲线。修正后的特征曲线与原始曲线有共同的起点,但随着变形增大逐渐偏离原始曲线;增大开挖半径会使特征曲线更高,这意味着支护结构需要提供更大的反力。因此,在工程设计时需要根据修正后的围岩特征曲线进行支护结构设计,避免因为支护刚度不足而发生大变形破坏。其次,基于初始地应力、围岩强度等参数对修正围岩特征曲线形态的影响,提出高地应力软岩隧道围岩最佳预留变形量的设计方法。当地应力较低时,特征曲线有明显的“最低点”,该点对应的支护反力最小,为最佳支护时机;在高地应力条件下,即使变形很大,围岩特征曲线也仍然未达到最低点,这是因为形变压力占主导,松散压力远小于形变压力。因此,在高地应力条件下,采用应力释放措施是有必要的,可通过特征曲线的曲率寻找最佳预留变形量。

富水软岩隧道破碎带围岩稳定性及预留变形量优化研究

为了掌握穿越富水断层破碎带隧道围岩大变形规律及改善支护参数。首先推导渗流力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式,并且引入Caquot公式和Kastner公式,得到考虑渗流力条件下的围岩形变压力和松动压力与围岩变形之间的关系,确定围岩特征曲线。根据隧道支护方式,得到隧道支护特征曲线。并通过现场监测,验证理论分析正确性,优化破碎带围岩预留变形量值。研究结果表明:考虑渗流力、围岩塑性形变压力和松动压力共同作用下围岩变形规律与现场监测结果比较接近。考虑渗流力、围岩形变和松动压力求出的围岩压力大于不考虑渗流时得到的结果,考虑渗流力、围岩形变和松动压力时地层与支护结构达到平衡时的变形量比不考虑渗流时大0.15 m。根据围岩-支护相互作用全过程规律曲线,通过曲线交点,得到预留变形量理论值,对比隧道大变形段的监测结果,确定破碎带围岩最优预留变形量为300 mm。研究结果能准确表征渗流效应、围岩形变和松动压力对富水软弱破碎带围岩大变形影响规律,对类似工程的支护设计优化有明确的指导意义。

公路隧道千枚岩地质预留变形参数技术研究

巧大二级路孙家梁隧道,全洞段均为Ⅴ类围岩,以碳质千枚岩、铁质千枚岩为主,开挖揭露为镶嵌碎裂状,遇水极易软化呈泥状。施工过程中,受围岩特性影响,隧道初支存在不同程度沉降、侵限情况。经过对开挖初支完成隧道变形观测,发现图纸给定预留变形值不满足隧道变形要求,经过现场试验调整,重新确定出该类地质条件情况下隧道开挖预留变形值,在满足施工要求的同时降低施工风险及经济投入。

深部高应力巷道围岩预留变形控制技术

采用理论分析、数值计算、现场试验等手段,研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与塑性区的影响,提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。研究结果表明:在现有支护条件下,支护阻力对深部高应力巷道围岩变形、塑性区影响十分有限,深部高应力巷道围岩总是存在一部分变形量依靠现有支护水平无法控制,将此部分围岩变形量称之为巷道围岩的"给定变形",并且这种"给定变形"随着开采深度的增加而增大;因此,对于深部高应力巷道围岩变形控制,可在巷道掘进时预留一定的变形空间,并要求支护结构应能够适应巷道围岩的大变形,以维持围岩的完整性,同时保障支护结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现断裂失效。工程实践结果表明:考虑预留变形并采用"锚杆+自动让压桁架锚索"为主体,锚索加固为辅助的综合控制技术可较好的控制巷道围岩的稳定性,保障了巷道服务期间的安全使用。

大断面黄土隧道变形规律及预留变形量研究

文章统计分析了大断面黄土隧道初期支护变形量,研究了大断面黄土隧道变形规律及预留变形量合理取值范围。大断面黄土隧道变形规律表现为:隧道拱顶、拱脚下沉差异小,隧道开挖后拱部将产生一定程度的整体下沉;隧道拱顶下沉量均大于水平收敛;初期支护封闭后,隧道周边位移基本上不再发展;当隧道埋深小于40m时,隧道变形量较大且规律不明显;当隧道埋深大于40m时,隧道变形量分布相对集中。经过对现场量测数据的统计分析可知:在Ⅳ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取10～15cm;在Ⅴ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取25～28cm。

泡沫混凝土预留变形层对深埋软岩隧道长期稳定性影响研究

泡沫混凝土的单轴和三轴试验研究表明,泡沫混凝土具有较高压缩性和良好延性,可以作为深埋软岩隧道初期支护与二次衬砌之间预留变形层填充材料,分析了其对宜巴高速公路深埋软岩隧道长期稳定性的影响。研究表明,深埋软岩软岩隧道在二次衬砌施工之后依然会产生较大的蠕变变形,单纯依靠提高二次衬砌的厚度,并不能完全控制住围岩的蠕变变形,而且衬砌结构很容易由于变形压力过大而发生破坏。泡沫混凝土预留变形层,可以很好地吸收围岩蠕变变形,缓解二次衬砌承担的蠕变变形压力,减小衬砌的变形,改善其受力,采用厚度较小的二次衬砌即满足隧道长期运营的要求。

不同坡度偏压黄土隧道预留变形量的研究

由于黄土独特的物理力学性质以及偏压隧道特殊的不对称受力形式,使得浅埋偏压黄土隧道的预留变形量不同于一般隧道情况。文章以山西省孙家沟隧道为依托工程。通过对现场监测数据进行整理,利用最小二乘法进行回归分析,并使用有限元软件ANsYs进行数值模拟验证,得出了浅埋偏压黄土隧道围岩变形随偏压坡度变化的规律。研究表明,对于偏压坡度为15°~45°的V级围岩浅埋双洞黄土隧道,浅埋侧隧道的预留变形量可取为10-15 cm;而对于深埋侧隧道。当偏压坡度分别约为15°,30°和45°时,可分别预留约20~25 cm,25~30 cm和28~33 cm的变形量。

引洮工程红层软岩隧洞TBM施工预留变形量分析

引洮工程属大型跨流域自流引水工程。工程区广泛分布新近系红层软岩,工程地质条件复杂,存在红层软岩隧洞大变形和TBM卡机等工程地质问题。依托引洮工程7#试验洞,采用原位剪切试验、现场变形试验室内流变试验等方法,获取了新近系红层软岩的物理力学参数。采用理论计算和数值计算方法(Burgers mode),对不同埋深条件下红层软岩隧洞的变形特征和最大变形值进行分析。重点研究了TBM掘进预留变形量的问题,提出引洮工程7#红层软岩隧洞TBM掘进预留变形量建议值为9～13cm。研究成果直接服务于引洮工程,为优化设计提供直接的地质支持,也可为同类工程提供借鉴。

铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d^(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d^(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d^(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d^(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。

硬塑-流塑浅埋黄土隧道变形特性及合理预留变形量模型试验研究

开展硬塑-流塑浅埋黄土隧道室内大型三维YTLH岩土联合地质模型试验,对比分析了硬塑、软塑、流塑3种状态,12 m和24 m两种埋深下的围岩内部位移、预收敛变形、掌子面挤出位移和径向围岩压力。结果表明:硬塑、软塑和流塑条件下围岩内部位移差率均呈现出'拱顶极小、两侧边墙极大'的特征,拱顶位移差率小于20%、两侧边墙位移差率大于91%;拱顶设计4.5 m长锚杆抗拉效果甚微,边墙围岩内部位移差利于锚杆抗拉效应的充分发挥;硬塑、软塑、流塑预收敛率分别接近65%、70%、80%,开挖对掌子面前方影响范围分别为0.5D、0.6D、0.8D,且呈现出直立型、鼓出型、滑塌型不同失稳破坏模式;应力释放率关系为硬塑<软塑<流塑,软流塑态拱顶应力释放率最大约70%,实际工程应避免软流塑态瞬时应力释放过渡而失稳。双线浅埋黄土隧道合理预留变形量建议取值:硬塑(拱顶55~70 mm、边墙15~20 mm),软塑(拱顶166~180 mm、边墙40~50 mm),流塑(拱顶290~300 mm、边墙125~140 mm),且拱顶和边墙之间按曲线过渡非等量留设。

软弱围岩大断面海底隧道预留变形量设置及对钢拱架影响的探讨

在软弱围岩中开挖隧道,各断面变形值差异很大,这给预留变形量的确定造成很大困难;按预留变形量加工的钢架,难以与随时变化的断面形式及设计要求的轴线相吻合。就预留变形量不定的情况下,可能出现的问题提出了解决的方法。

锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形特征及预留变形量分析

统计分析了锦屏二级水电站引水隧洞软岩段变形量，研究了超深埋大断面隧洞软弱围岩变形特征及预留变形量合理的取值范围。通过数值模拟、解析计算和现场实测数据统计分析，锦屏引水隧洞软岩段预留变形量范围可取40～60cm。研究结果可供类似工程施工参考。

软弱围岩大跨隧道合理预留变形量分析及初期支护刚度优化

针对正在建设的成贵铁路四川段大部分隧道位于红层砂泥岩软弱地层的情况,根据现场实测数据,对10座隧道共407个断面1 213个拱顶沉降及边墙收敛监测数据进行统计分析,研究分析红层砂泥岩软弱地层隧道的变形特性及变形量。同时,结合现场实测统计数据,对目前红层砂泥岩软弱地层隧道V级围岩隧道采用的初期支护刚度体系进行多工况数值模拟分析,针对不同的初期支护结构进行变形及应力分析。研究结果表明:现行TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》给出的预留变形量参考值偏大,建议红层砂泥岩软弱地层浅埋大跨隧道(V级围岩地段)预留变形量按50～60 mm设置。

基于有限元分析的隧道预留变形量设置研究

目前隧道预留变形量通常根据工程类比法进行设置,缺乏联系实际的理论指导极易造成资源浪费。针对深埋硬岩隧道的变形特点,以虹梯关隧道为工程依托,利用有限元软件模拟分析隧道变形同时结合隧道现场实际变形情况进行对比设置了新的预留变形量,通过研究其对超欠挖、出渣量等参数的影响,确定最优方案运用并指导现场施工。结果表明,新的方案能够很好的运用到该工程中,在一定程度上节省了开支,加快了工程进度。

输水隧洞TBM开挖段围岩预留变形量确定方法

目前长距离输水隧洞预留变形量的取值一般根据工程经验及类比方法进行设置,该方法缺乏理论依据,极易造成资源浪费。根据长距离深埋隧洞的开挖支护过程及变形规律,以新疆某输水隧洞工程为依托,采用经验公式法及数值模拟法综合确定预留变形量,对同类型的工程有一定的参考价值。

深埋千枚岩隧道群变形规律及预留变形量分析

为系统研究深埋千枚岩隧道变形规律及合理预留变形量,以银百高速安康至岚皋段3座典型千枚岩隧道群为工程依托,采用精密水准仪和收敛计对隧道全程拱顶下沉和水平收敛进行了长期跟踪监测,并结合实测数据建立相应的变形分析预测模型。结果表明:千枚岩隧道围岩变形总体较大且离散性高,拱顶下沉和水平收敛分别可达95.3 cm和90.1 cm,不同风化程度的千枚岩变形稳定时间为30~120 d;千枚岩隧道变形时程曲线采用指数函数拟合效果较好,拟合优度均在0.93以上且预测变形值与实测稳定值相对误差不超过15%;深埋千枚岩隧道采用三台阶七步开挖法施工时,微风化、中风化、强风化以及断层破碎带预留变形量建议取值依次为20~30 cm、30~45 cm、40~60 cm和55~80 cm。

二车道黄土公路隧道Ⅴ级围岩预留变形量的探讨

监控量测是现代隧道建设不可或缺的一部分,通过对实测数据的统计回归分析得知,黄土隧道Ⅴ级围岩条件下,初期支护沉降变形量和埋深有一定的线性关系;在浅埋地段初期支护变形量易超过规范要求的上限值,二车道黄土公路隧道在浅埋部分地段预留变形量可设计至20cm。