考虑片理倾角的钻爆法隧道松动圈演变规律研究

为探究片岩隧道钻爆法开挖围岩松动圈演变规律,以牛栾村隧道为依托,运用地质雷达法对现场松动圈范围进行探测;采用数值仿真方法,模拟不同倾角片岩隧道爆破开挖过程,分析围岩松动圈的分布范围及演变规律。结果表明:受片理影响隧道松动圈并不总沿轮廓线对称分布,且水平与竖直方向不对称性的表现程度不同;由于内部片理构造与外部爆破开挖扰动的共同作用,片岩极易沿片理方向发生破坏,松动圈的形成也易沿片理方向发展;随着钻爆开挖的进行,松动范围呈非线性累积扩展状态,4次钻爆之后对初次产生的松动圈影响不再明显,隧道各部位累积程度不同;地质雷达的使用能够有效地实现隧道多次钻爆后围岩松动范围的探测。

近距平行构造环境中片岩公路隧道大变形机理及判别

近距平行地质构造环境中的得荣一号隧道开挖掘进至深埋段以来曾多次出现大变形问题,严重影响施工安全并制约工程建设工期。为采取有效防治措施以控制隧道围岩大变形,根据大变形洞段监控量测数据、围岩变形特征及初期支护变形破坏特征,对隧道围岩大变形的受控因素、变形破坏机制进行综合分析。研究结果表明:隧道围岩大变形是在软弱围岩、破碎岩体结构、高地应力、地下水及严重偏压等因素的相互耦合作用下,受工程因素的促发影响,主要由软岩塑性流动变形、塑性剪切滑移变形、陡倾层状弯曲变形和累进性松脱扩展变形机制复合而致。在此基础上,根据现行交通行业规范结合隧道大变形洞段变形特征,总结公路双车道隧道施工现场围岩大变形分级判定综合指标方案,为指导隧道施工设计提供合理、可靠的依据。

武当群片岩隧道剪切型纵向裂缝破坏机理

根据现场隧道监控测量数据分析武当群片岩隧道变形破坏特征,利用Phase2.Tunnel有限元软件与实际监测结果相对比的方式,从围岩岩性特征,构造应力和片理面力学性质3个方面,探究十房高速公路通省特长隧道拱顶纵向裂缝形成机理。研究结果表明:该围岩不含蒙脱石,伊利石质量分数同样较低,因此,围岩内部膨胀力的作用可忽略;由于片理面的存在,拱顶两侧围岩发生差异破坏,片理面较低的抗剪强度是导致纵向裂缝的内在因素,其产状控制纵向裂缝的发生位置;随着片理面间距的减小,拱顶右侧产生类似偏压形成的拉伸破坏,是控制纵向裂缝次生裂缝的主导因素;而侧压力系数λ≥1.0的地质构造环境是产生该裂缝的诱发因素。

片岩隧道爆破对本洞和邻洞围岩的扰动分析

隧道爆破扰动会引起本洞或邻近隧道的围岩振动和应力重分布,致使既有隧道的结构遭受破坏,从而危及行车安全。为探究隧道开挖引起的截面围岩质点振速峰值和拉应力峰值的关系及其分布规律,结合十白高速公路碳质片岩隧道爆破工程,运用LS-DYNA软件对连拱隧道掘进爆破和单隧道掘进爆破工况进行了计算,探明了典型截面围岩质点振动峰值和动拉应力峰值分布特征,分析得出了在爆破近区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向之间相互垂直及其分布规律,在爆破中远区隧道围岩质点振速峰值方向和拉应力峰值方向相同并在一定范围类存在比例关系,为隧道开挖过程中最佳测点布设提供理论依据,并能为类似实际工程提供参考依据。

花石沟碳质片岩隧道施工技术研究

十白高速花石沟碳质片岩隧道围岩变形大,持续时间长,易造成支护变形、开裂、侵限,给现场施工进度及安全造成较大的影响。通过分析围岩变形数据,总结出碳质片岩的变形特点,在此基础上,提出了适合现场的施工技术,包括半断面正台阶法施工方案、弱爆破与机械联合开挖法和加强的支护参数等。实践证明,该技术有效地控制了围岩变形,保证了隧道施工顺利进行。

片岩隧道群衬砌开裂特征与机理分析

在对湖北省谷竹高速公路隧道二次衬砌完整性的调查过程中,发现片岩隧道普遍存在二次衬砌开裂现象。为了合理科学地治理开裂问题,文章通过对沿线48座隧道的调查分析,归纳和总结出该区段隧道二次衬砌开裂的6大特征:片岩隧道二次衬砌开裂现象普遍;开裂位置主要位于进、出口浅埋段;先行洞裂缝数量多于后行洞,开裂形式主要为斜向开裂;在发生大变形、塌方等地段二次衬砌容易开裂;开裂的时间一般在二次衬砌施作5个月后。在此基础上,通过室内试验与现场调查共同分析二次衬砌开裂的成因机理,并得出原因:片岩的强度低,遇水易软化;洞口处的浅埋段成拱性差;偏压现象普遍;仰拱不均匀沉降;岩石受地下水的影响及岩体的蠕变效应。最后,根据开裂原因提出相应的增加围岩级别、加强洞口施工及重视小净距中夹岩稳定设计等建议措施,为类似工程提供相关参考依据。

大断裂区域片岩地层巷道围岩大变形类型与机理研究

通过对大断裂区域片岩地层巷道工程中出现的大变形问题进行分析研究,将大变形类型划分为岩性决定型、结构决定型、地形偏压型和爆破扰动型。在对大变形形成机理分析的基础上,提出了综合治理措施,现场应用中取得了良好的效果,可为矿山等其它类似地下工程施工提供借鉴。

加锚云母片岩隧道围岩失效特征及力学效应

在深埋云母片岩地层中,隧道的锚杆支护结构常发生失效,进而引发围岩大变形问题,威胁隧道施工安全和结构的可靠度。文章采用现场试验及数值计算相结合的手段,分析了云母片岩地层隧道围岩的应力应变特征和松动圈形态,研究了片岩地层中锚-岩复合体的应力关系和失效特征,可为云母片岩及层状各向异性岩体地层隧道支护方案设计、围岩变形控制及减灾避灾提供参考。

推覆构造区变质片岩隧道塌方、涌水特征及地质成因分析

隧道塌方、涌水往往发生在地质条件差的地段,有必要从地质角度研究该类灾害发生机制。文章以十房高速(十堰—房县)通省隧道塌方、涌水为例,分析了灾害发生过程,归纳总结了其典型的围岩大变形—塌方—涌水—突泥四阶段特征。在此基础上,结合隧道地质条件分析、隧洞内及地表地质调查、TRT探测等,从工程地质和水文地质角度探讨了隧道塌方、涌水灾害机理,认为主要有四个方面的原因:(1)隧道穿越压性断层破碎带,断层破碎带由含水破碎岩块及粘土构成,直接导致隧道开挖后塌方、涌水、突泥的发生;(2)推覆构造导致围岩呈层状-碎裂结构;(3)片岩中粘土矿物含量较高,遇水易泥化;(4)断层破碎带中含有承压地下水。最后,提出了加强超前地质预报及地质分析等风险规避建议,研究结果可为同类工程提供借鉴。

超细水泥灌浆施工工艺在锦屏Ⅱ级水电站引水隧洞工程中的应用

雅砻江锦屏二级水电站引水系统具有埋深大、洞线长、洞径大的特点,为深埋长隧洞特大型地下水电工程。针对上述特点,介绍了锦屏二级水电站西端引水隧洞绿泥石片岩洞段采用超细水泥灌浆的施工工艺及灌浆效果。

花石沟隧道炭质片岩变形特点及控制措施

本文介绍了十白高速公路花石沟隧道炭质片岩的地质特征,分析了炭质片岩变形量大、变形持续时间长等特点,并提出了相应的有效变形控制措施。

各向异性片岩隧道支护结构承载力学特性研究

为了更好地了解各向异性片岩隧道支护结构受力的分布特征规律,对武当群片岩隧道区不同片理面倾角的隧道围岩初期支护及二次衬砌承载特性展开了监控量测。通过对实测数据分析表明:围岩稳定后二次衬砌分担的围岩荷载远大于初期支护分担的围岩荷载,大部分二次衬砌分担的围岩荷载比高达80%~90%,这导致部分断面已超过了相关规范中关于软岩支护结构承载比例的规定,对二次衬砌后续运营稳定性会产生较大影响;片岩隧道支护结构受力表现出明显的各向异性特征,当片理面倾角<45°时,随着片岩片理面倾角的增大,支护结构稳定时水平侧受力呈增加趋势;当片理面倾角>55°时,水平受力呈较陡减小趋势;隧道支护结构不同部位受力相差较大且具有明显的非对称性,片岩隧道围岩及支护受力均存在顺层偏压特性。

基于横观各向同性模型的片岩隧洞稳定性研究

以四川大渡河丹巴水电站引水隧洞为研究对象,结合三轴试验和自主研发的空间多角度片理抗拉强度测试技术,对不同片理夹角下石英云母片岩的力学参数进行测定,得出石英云母片岩的弹性模量、c和φ与围压之间的关系,并分别给出干燥和饱和条件下各力学参数围压敏感性排序。通过表征各向异性的参数k1、k2,对不同片理夹角下石英云母片岩的各向异性与围压的关系进行评价,并进一步指出不同高度岩样抗拉强度随片理角度的变化规律。采用横观各向同性本构模型,通过设定材料主轴空间方位,可模拟片理空间任意角度展布的岩体。针对大区域模型存在的不足,提出一种主应力构造精细应力场的新方法,避免了大模型的应力边界效应,可方便快捷对局部区域进行精细应力构造。根据片理走向及不同倾角选定15个不同片理空间展布模型进行计算分析,分别得出应力、位移、塑性区随片理角度的变化规律,并指出不同片理展布条件下的最不利工况。

花石沟炭质片岩隧道弱爆破与机械联合开挖法

在十白高速花石沟隧道的施工过程中,遇到了大面积的炭质片岩,其强度低、风化快、易吸湿、变形大,采用普通隧道爆破技术和开挖施工工艺时,超挖现象普遍,支护变形严重。本文应用FLAC3D软件进行炭质片岩隧道拱顶沉降数值模拟,得出其流变变形规律,为支护设计和施工工艺优化提供了依据。根据花石沟隧道的实际情况,提出了弱爆破与机械联合开挖方法,其主要技术措施包括:下台阶分区作业;小进尺,快初支;预留吸水软化层;减弱爆破设计;缩短二衬间隔。工程实践证明,该方法有效控制了炭质片岩隧道施工中的超挖现象和支护变形。

基于现场实测的绢云母片岩隧道变形与受力特征

绢云母片岩是西南地区普遍存在的复杂地质软岩,遇水易软化、泥化,在该中地层条件下施工的隧道普遍出现软岩大变形问题,处理不当还会造成塌方,极易造成严重后果。以实际工程为载体,通过现场试验,研究绢云母片岩隧道的变形与受力特征。研究结果表明:三台阶开挖造成围岩压力的多级释放,每台阶开挖后围岩压力均经历快速增长与缓慢增加两个阶段,围岩压力总体呈现出“右上、左下大,右下、左上小”的非对称分布;初期支护钢架以受压为主,应力“上大下小”分布,右拱腰处钢架压应力最大237. 4 MPa,大于钢架抗压强度设计值;围岩整体向内挤压,隧道呈现“上大下小”不对称变形,右拱腰处最大变形量325 mm,大于预留变形。研究指出了施工过程中的安全隐患,并为绢云母片岩隧道的设计、施工提供了数据参考。

锦屏二级水电站1#引水隧洞绿泥石片岩洞段处理技术与应用

针对锦屏二级水电站1#引水隧洞绿泥石片岩洞段施工期间出现塌方、围岩变形松弛、初期支护围岩变形收敛缓慢、普通水泥固结灌浆无法达到设计要求等技术难题,及时调整优化设计参数和施工方案,采取了二次扩挖、超前支护、加强系统支护、钢拱架支护、锚索支护、细水泥灌浆等综合工程措施,成功地解决了绿泥石片岩软岩洞段围岩抗变形稳定问题。

基于武当群片岩各向异性试验的隧道围岩变形机理分析

针对通省隧道拱顶出现纵向裂缝、拱肩钢拱架被剪断等变形破坏问题,文章考虑武当群片岩各向异性特点,基于波速试验、单轴压缩与三轴压缩试验,结合围岩变形特征调查与数值模拟试验,分析了武当群片岩试样应力-应变曲线特征与破坏形态特征,建立了弹性模量、泊松比、抗压强度随片理倾角从0°~45°~90°变化时的对应关系,提出了隧道围岩破坏模式,总结了隧道围岩变形机理。研究结果表明:武当群片岩各向异性在隧道围岩变形破坏过程中起到了控制性作用;非对称模式为隧道围岩主要破坏模式;当隧道围岩最大剪应力与片理空间关系不利时,围岩沿片理面发生剪切破坏。研究结果对武当群片岩区域在建或拟建地下工程的现场设计、施工开挖具有重要的指导意义。

片岩隧道围岩压力状态评价方法研究

片岩隧道围岩压力状态评价对隧道稳定性分析具有重要意义。首先,通过分析片岩隧道围岩压力影响因素(初始地应力、岩性与地下水条件),概要地总结了现有围岩压力计算方法,在此基础上,提出适用于片岩隧道初始围岩压力的计算方法,并与实测值进行比较,分析计算值与实测值出现差距的原因,进而对围岩压力计算方法进行修正,建立了适用于片岩隧道的围岩压力评价方法,并在油坊坪隧道中得到应用。

浅谈山岭隧道坍方处理及防坍技术

通过介绍隧道的坍方情况,对坍方原因作了分析,提出了安全、快速处理坍方的办法,进行了山岭隧道防坍的研究,总结了一些软弱不均地层防坍施工技术,从而避免隧道坍方的发生。

对绢云母石片岩掘进中一种地质工程现象的认识

在绢云母石英片岩中开挖隧洞,使用多臂钻造孔爆破,出现钻孔有规律的弯曲现象,影响了钻爆速度和成洞质量。通过总结规律性认识,初步揭示形成机制,提出了相应的解决方法。