高地应力软岩隧道TBM适应性分析及应对方法研究

TBM在高地应力条件下的工程软岩隧道地层中掘进存在较大的卡机风险,国内外采用定量化指标判定TBM适应性的方法缺乏;为提高TBM在高地应力软岩隧道适应性判定的准确性,更有针对性的制定卡机风险应对方案;通过引入护盾摩阻力等定量化指标,建立以护盾摩阻力与TBM极限推力间的关系为护盾受力判据,对TBM掘进适应性进行分级,以此判断TBM卡机风险大小,提前采取预处理措施来减轻卡机风险。结果表明:不同级别围岩变形对护盾产生的摩阻力大小对TBM正常掘进影响较大,通过定量计算护盾摩阻力,并与TBM推力进行对比,能够提高TBM适应性判定准确性;隧道工程软岩地段围岩地应力与岩石强度是影响TBM掘进的关键因素,围岩对护盾产生的摩阻力与地应力大小成正比,与岩石单轴抗压强度高低成反比。得到的结果为制定卡机风险应对方案提供了理论依据,可为类似工程施工提供参考。

高地应力软岩隧道超前导洞扩挖施工过程受力变形分析

超前导洞法是开挖隧道前在所在断面提前施作小导洞从而释放应力的一种方法。本文研究导洞完成后圆孔扩挖过程中隧道内各层支护的受力变形。以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊段为研究对象,从实际工程布设测点获取数据,进行超前导洞应力释放效果分析、圆形扩挖施工各层变形分析、圆形扩挖先后行隧道施工相互影响分析,以及长锚杆和锚索受力变形分析。结果表明,超前导洞法对围岩应力和变形速率有一定控制作用;三层支护仍不足以长期控制变形发展,“三层初支+径向注浆+长锚杆+长锚索”支护系统施作完成后,满足设计施作第四层钢筋混凝土衬砌条件;木寨岭岭脊段在相同施工及支护参数条件下,施工的先后对变形的影响很小,地质条件是影响变形的主因;长锚杆形成系统承载后,整体受力明显减小,而锚索张拉后,短期锚固效果不明显。

超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计研究

围岩初始地应力场是隧道工程稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一,在超大埋深高地应力软岩隧道衬砌设计过程中,如何合理确定围岩压力并进行衬砌针对性设计参数是工程师关注的重要问题。以某铁路超大埋深高地应力软岩隧道为研究对象,从理论推导和数值模拟两个方面出发对围岩压力进行研究,即基于卡斯特耐尔拓展公式理论推导确定围岩压力和基于ANSYS有限元分析软件进行三维地应力场模拟,研究了不同地应力水平和预留变形量组合下的围岩压力,并对三维地应力场模拟结果进行分析探讨;通过上述方法确定围岩压力后,建立有限元分析模型对高地应力软岩隧道衬砌参数(以Ⅳ级围岩为例)进行设计,检算衬砌参数可靠性并形成成果,可以为类似工程提供参考。

高地应力软岩公路隧道泡沫混凝土卸压机理及支护结构解析

边坡防护与加固属于一项系统性工程,所涉及到范围也交广,例如:地质地貌、水文环境、工作状态等方面。同时,边坡处置对于工程结构的稳定性和安全性,有着严重的影响。对此,为了满足公路隧道工程在高地应力软岩地质环境中的需求,将泡沫混凝土施工技术应用到其中,以此实现良好的施工效果。基于此,本文对泡沫混凝土卸压机理以及支护结构等方面,展开了分析和阐述,以供参考。

极高地应力软岩隧道超前导洞应力释放及多层支护变形控制技术

为了解决极高地应力软岩隧道大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下主要结论:1)提出了"先放后抗,抗放结合,锚固加强"的变形控制理念;2)得出了该隧道岭脊核心段"超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)超前导洞应力释放效果明显,正洞累计变形减小幅度约为34%;4)得到了圆形多层支护结构变形规律;5)累计变形均控制在设计预留变形量内,保证了该隧道岭脊核心段大变形控制效果。

高地应力软岩隧道台阶参数对变形的影响分析

以某铁路隧道台阶法施工为例,通过建立数值分析模型,分析高地应力软岩环境下铁路单线隧道台阶法开挖时台阶高度和长度变化对变形的影响,并结合现场变形监测数据进行了验证。分析结果表明：台阶参数对控制隧道变形有重要作用;台阶高度均应控制在3~4 m,且在满足施工机械作业空间要求的情况下,应尽量减小上台阶开挖高度;开挖台阶长度为4~6 m较为合适。

高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机研究

依托宜巴高速公路峡口隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,分析高地应力软岩公路隧道衬砌最佳支护时机。研究结果表明:按开挖空间效应分析,二次衬砌的支护时间为开挖后15天;按开挖时间效应分析,二次衬砌的支护时间为开挖后25天;综合考虑,应在开挖后15~25天支护。隧道拱顶下沉为33.3 cm,水平收敛为19.7 cm,预留变形量为35.0 cm。

双层初期支护在云屯堡隧道高地应力软岩洞段中的应用

为研究隧道双层初期支护中第2层支护的钢拱架设置方式和施作时机,结合成兰铁路云屯堡隧道高地应力软岩隧道工程,对高地应力软岩大变形隧道双层初期支护中内、外2层钢拱架的布设方式和第2层初期支护的施作时机进行分析和研究。由研究结果可知:1)双层初期支护中钢拱架采取交错的布置方式更有利于初期支护结构受力和围岩变形控制;2)第2层初期支护应在第1层初期支护结构不被破坏前及时施作,对于云屯堡隧道来说,第2层初期支护施作滞后掌子面的距离在7m内较好。

某高地应力软岩隧道施工方案及多层支护结构变形分析

针对某高地应力软岩单线铁路隧道岭脊核心段大变形控制难题,文章基于“先放后抗”和“先抗后放”的变形控制理念提出了两种不同的施工方案。通过现场试验与监测,分析与总结了不同开挖与支护工序对曲墙四层支护(三层初期支护+钢筋混凝土衬砌)结构变形的影响,得到了不同开挖与支护方案下各层初期支护变形规律。结果表明,从该隧道岭脊核心段施工安全性、施工时效性以及充分利用变形控制的时空效应方面考虑,建议采用基于“先抗后放,以抗为主”的变形控制理念。

堡镇隧道高地应力软岩大变形地段施工技术要点及体会

结合宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形地段的施工实践,针对砂质粉砂质页岩、泥质页岩、炭质页岩、砂质泥岩、炭质泥岩等软岩地层在高地应力作用下的变形特征,总结出一套相对有效的高地应力软岩大变形隧道施工应对技术措施。

高地应力软岩巷道底鼓治理技术的应用研究

长平煤业东二采区辅助运输巷围岩软弱,断层、褶曲发育,导致地应力较高,加之底板受到涌水影响,因此,底鼓现象较为严重。为有效解决这一问题,结合矿井实际情况,提出了采用“反底拱+中空注浆锚索+拱形槽钢”的联合支护方式进行高地应力软岩巷道底鼓治理。实践表明,采用新方案后,底鼓量相比原支护方案下的底鼓量明显下降,应用效果显著。

高地应力软岩隧道围岩稳定性分析及变形控制措施

针对高地应力场软岩隧道变形难以控制的难题,以毛羽山隧道为依托工程,对毛羽山隧道工程地质环境进行调研,进而对隧道围岩的赋存进行了解;在此基础上,对毛羽山隧道大变形机制及围岩控制进行分析,重点建立毛羽山隧道掘进支护计算模型,并对隧道围岩力学性质及锚杆预应力支护作用展开分析,最后通过对围岩控制机理进行总结,得出高应力软岩隧道开挖后尽快使围岩恢复为三向受力状态,并通过增加锚杆预应力,提高围岩自身的承载力,为高地应力软岩隧道变形控制技术研究提供基础。

预应力锚索在高地应力软岩隧道的控变应用效果分析

为解决高地应力软岩隧道的施工变形控制问题,渭武高速木寨岭公路隧道先后采用锚喷钢架、NPR恒阻锚索、预应力锚索等3种支护方案,通过现场监控量测实测数据,对3种不同方案的控变效果进行对比分析。结果表明:1)预应力锚索支护与NPR恒阻锚索支护对高地应力软岩隧道的控变效果较为接近,相较锚喷钢架支护,控变效果显著提高,隧道变形最大值控制在450 mm以内;2)3种支护方案中,预应力锚索的控变效果最佳。建议在高地应力软岩或类似大变形隧道施工中采用预应力锚索进行支护,更利于围岩及支护结构稳定。

高地应力软岩隧道分级让压支护结构的力学特性分析

针对高地应力软岩隧道中让压支护结构让压量小、协同性差等不足,基于合理释放围岩应力及协同变形机理,提出了具备两阶段让压功能的隧道分级让压支护结构。根据两阶段变形特点,基于荷载结构法,建立了分阶段力学简化计算模型,揭示了让压结构变形与围岩压力间的相互关系。此外,通过收敛约束法建立数值分析模型,对比强支护和让压支护时的围岩变形特点,揭示了让压支护结构应力分布规律。结果表明:让压点决定了结构进入让压阶段的时机,让压点过小将导致结构急速失稳,不满足围岩的早期变形控制要求,让压点过高则不利于结构让压变形的完全释放,延缓结构稳定时间,影响围岩稳定;增大让压量可显著释放围岩应力,降低结构受力,保障支护结构的稳定性。合理调控两阶段的让压量分担,可提高内拱架的稳定性,减小内拱架的应力集中,提高结构承载能力。所提出的分级让压支护结构通过两阶段让压达到提高让压量、释放围岩应力、减小结构受力的目的,保障了隧道围岩稳定,可为高地应力软岩环境下的支护措施提供借鉴。

《现代隧道技术》“高地应力软岩大变形隧道支护理论及技术创新”专题征稿通知

软岩大变形问题自20世纪60年代作为世界性难题被提出,至今一直是困扰工程建设和运维的重大难题之一。随着我国西部大开发战略的逐步推进和“一带一路”倡议的实施,穿越以千枚岩、炭质板岩与泥岩等软岩为代表的长大深埋隧道大量涌现,高地应力环境所引发的隧道建设过程中软岩大变形问题日益凸显。

深部高地应力松软围岩巷道支护技术研究

分析了深部高地应力软岩的特征,并以高地应力和软岩特性为基础阐述了深部高地应力软岩巷道变形机理。结合国内部分高地应力软岩巷道支护实践,提出采用复合型支护方法控制该类巷道,并给出了该类型巷道应采取的支护方式为"全锚索+喷浆+注浆"联合支护。以河南某矿二水平轨道下山为研究对象,进行了"全锚索+喷浆+壁后注浆"联合支护试验。现场观测结果表明,该支护方式下二水平轨道下山围岩变形较小,支护效果较好。

高地应力软岩铁路隧道主动支护设计研究

针对高地应力软岩隧道变形大的问题,结合某铁路项目,提出了针对软岩隧道变形的主动支护设计方法。结果表明:超前支护锚杆和注浆组合的方式,能有效改善软岩隧道掌子面的稳定性能,使得其安全系数满足规范要求,体现了良好的加固效果;不同围压条件下软岩应力应变曲线存在较为明显的差异性;考虑软岩参数变化后,围岩塑性区半径和洞周位移更大,应力则相对更小;忽视软岩物理力学参数的变化,则造成剪切强度的高估,最后产生计算误差,导致计算结果不合理。

高地应力软岩隧道开挖方案优化研究

麻竹高速公路黄家寨隧道围岩强度低,且属于极高地应力区。隧道现场监测数据显示,围岩整体变形速率快、累计变形量大且变形时间长,呈现显著的蠕变变形特点。采用Phase2软件对隧道开挖支护方案进行了模拟,分别计算在两台阶开挖不支护、两台阶开挖支护、预留核心土开挖支护、三台阶开挖支护四种工况下围岩的塑性区和位移。计算结果表明:通过初期支护可以有效减少围岩塑性区及位移,支护后围岩最大变形部位由拱顶转移到拱脚。对比不同开挖方案下的计算结果,可知采用预留核心土开挖方法时,隧道围岩塑性区深度和拱顶沉降小于其他两种开挖方案;采用三台阶开挖方法时,围岩最大位移最小,但拱顶沉降最大。由于该隧道水平收敛远大于拱顶沉降,因此建议黄家寨隧道采用对围岩水平收敛控制效果较好的三台阶开挖方案。

特长隧道高地应力(软岩大变形)极端复杂地质施工技术研究

新建天水至陇南铁路作为国家中长期铁路网规划和“十三五”规划项目,建成后,不仅可以填补区域内南北、东西方向各200公里左右范围内无铁路的空白,而且可与天平、西平、兰渝等线一起,共同构成西北与西南地区客货共运交流新的便捷通道,同时为陇东大型煤炭基地向西南地区供应提供更加充分的运力保障,从根本上缓解西北、西南地区通道运输能力长期紧张状况,大幅度提高客货运输服务水平。加快推进陇南特殊贫困地区扶贫开发,优化空间布局,促进区域协调发展中着力推动平(凉)庆(阳)地区发展,加快陇东煤炭、油气资源开发步伐,积极推进煤电化一体化发展,构建以平凉、庆阳为中心,辐射天水、陇南的传统能源综合利用示范区,新麦积山特长隧道是本工程重难点及控制性工程。

木寨岭高应力软岩隧道三台阶法数值模拟

为解决木寨岭隧道的高应力软岩大变形的施工难题,对现场三台阶法施工进行了数值模拟。分析了开挖后的围岩变形特征及围岩应力状态。研究结果表明:围岩变形以预收敛变形为主,掌子面变形较大。施工过程中,加大围岩超前支护,控制掌子面变形和围岩预收敛变形的发生。该结果可为类似软岩大变形隧道施工提供借鉴。