Analysis of mechanical behavior of soft rocks and stability control in deep tunnels

Due to the weakness in mechanical properties of chlorite schist and the high in situ stress in Jinping II hydropower station, the rock mass surrounding the diversion tunnels located in chlorite schist was observed with extremely large deformations. This may significantly increase the risk of tunnel instability during excavation. In order to assess the stability of the diversion tunnels laboratory tests were carried out in association with the petrophysical properties, mechanical behaviors and waterlweakening properties of chlorite schist. The continuous deformation of surrounding rock mass, the destruction of the support structure and a large-scale collapse induced by the weak chlorite schist and high in situ stress were analyzed. The distributions of compressive deformation in the excavation zone with large deformations were also studied. In this regard, two reinforcement schemes for the excavation of diversion tunnel bottom section were proposed accordingly. This study could offer theoretical basis for deed tunnel construction in similar geological condition~

软岩富水隧道突涌水等级判识及整治关键技术

在隧道及地下工程建设过程中,不良地质环境下突涌水的防范及应急处置十分重要,其涉及到隧道的施工进度、环境保护以及公共安全等多个方面。对突涌水的判识通常是从水量、压力、频率和强度等方面进行评估,结合地质勘察报告及水文气象资料等准确判断可能存在的风险。对于突涌水的整治,其首要任务是确定涌水点的位置、规模、压力以及可能影响的范围;其次需要根据隧道及地下工程的结构特点及施工条件等制定出相应的整治方案。阐述了通过总结某软岩富水洞段掌子面对突涌水整治采用的关键施工技术,如洞渣反压回填、掌子面混凝土封闭、加设泄水孔、增设套拱补强初支、加强超前支护及初支段径向加固等措施联合使用,有效地解决了软岩段突涌水整治的难题。

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

富水软土区紧邻基坑工程的地铁隧道保护措施分析

富水软弱土地区施工通常面临易扰动和承压水双重难题,南京河西地区便是典型富水软弱土地区代表,且近些年开发强度较大,同时地铁隧道沿线又是首选地段,通常面临基坑深、大、近等特点,确定可靠的地铁隧道保护措施是亟需研究的问题。文章以南京紫鑫中华广场三期为例,采用提高支护刚度、土体加固、设置隔离桩等保护措施减小基坑开挖对相邻隧道影响,同时通过MADIS软件分析相关保护措施的重要性和必要性,并结合地铁隧道监测数据加以验证,为在富水软弱土地层基坑施工对相邻地铁隧道的影响制定保护措施提供参考。

高地应力软岩地层敞开式TBM法隧洞围岩变形控制技术——以香炉山隧洞为例

为解决敞开式TBM在滇西地区高地应力软岩地层施工中遭遇围岩大变形而导致的支护破坏、设备频繁被卡、隧洞侵限等工程难题,通过分析围岩允许变形量与变形规律,提出围岩控制时空原则:有效初期支护施作时间为开挖后15 d内、空间位置为距掌子面30 m范围内,TBM掘进日进尺不低于2 m/d。通过不同类型的支护结构现场试验,得出控制围岩变形的有效措施为预应力长锚索主动控制变形、灌混凝土箱体H型钢拱架被动强支撑。另通过滇中引水香炉山隧洞敞开式TBM施工实践,开发出“掌子面位置刀盘扩挖预留允许变形量、围岩出护盾灌混凝土箱体拱架被动强支撑、隧洞上半圆前置式自动化喷混凝土早封闭、预应力长锚索主动控制深层围岩变形、隧洞底部自进式锚杆后补强”等围岩变形有效控制技术。

富水软弱围岩小净距隧道掌子面稳定性及超前管棚支护技术研究

以义东高速公路防军隧道为例,通过理论分析与数值模拟相结合,研究了富水软弱围岩小净距隧道的掌子面稳定性与超前管棚支护技术。首先,基于管棚Winkler地基模型分析了掌子面稳定性安全系数,并采用Midas GTS NX有限元软件建立隧道模型;然后,分别分析了有、无超前管棚支护两种方案下的管棚弯矩、隧道围岩位移、衬砌应力以及特征断面掌子面稳定性的变化规律;最后,结合现场实际情况提出了富水软弱围岩隧道超前管棚的施工控制技术,并对其施工效果进行了监测。结果表明:采用超前支护与注浆加固后,可以减小裂隙水对围岩的侵蚀,提高围岩稳定性;施作超前管棚支护不仅能够改善掌子面的受力情况,使其安全系数增大了54.7%,且可减小隧道开挖时的拱顶沉降变形和有效控制掌子面塑性区发展,其中掌子面的挤出变形减小了约23%。

软岩大变形引水隧洞二衬施作时机研究

基于三维有限元方法建立能够综合考虑复杂地质条件下深埋特长引水隧洞开挖进度、初期支护时机效应的仿真模型,以揭示不同二衬实施时机对衬砌结构承载性能的影响规律。研究结果表明:理论上是实施二衬越晚越有利于二衬的长期安全稳定运行。但是当围岩和初衬承担超过90%的开挖荷载时,若初衬的钢支撑产生屈服,围岩塑性区明显增大,就会影响结构安全,而围岩和初衬承担约80%开挖荷载时实施二衬,能更充分发挥初衬与二衬的联合承载性能。

隐伏富水溶洞对隧道围岩稳定性影响分析:以云南云盘山隧道为例

为研究岩溶隧道开挖过程中隐伏充水溶洞引起的围岩稳定性问题,依托云南营盘山隧道工程,以溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距三种因素为研究对象,结合新型的三维雷达探测技术,并采用PLAXIS 3D进行数值模拟,分析了隧道各监测点位移、应力场的变化规律和影响效应。结果表明:隧道开挖会使应力场发生变化,隧道拱顶、拱腰处的围岩以压应力为主,隧道仰拱下方的围岩以拉应力为主,各部分的应力变化也是导致围岩向隧道内扩张的主要原因;单一变量下,隧道半径为5 m时,位移、应力的变化最大,溶腔内水压增加至500 kN/m^(2)时,位移、应力所受影响最大,溶洞与隧道的净距达到3 m时,位移、应力场变化尤为明显;围岩稳定性对溶洞尺寸、水压以及与隧道间净距的敏感程度存在差异,大小为隧道与溶洞净距>溶腔水压>溶洞尺寸,可为相似工程的安全施工提供参考。

穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术分析

以竹林湾隧道为案例,从施工的重难点入手,对穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带施工技术进行详细分析。研究表明,在穿越强富水可溶岩与非可溶岩接触带隧道施工时,利用超前地质预报技术,远距离预报采用隧道地震发射波法(TSP法),中距离预报采用地质雷达结合红外探测法,并采用超前探孔验证地质预报探明的岩溶的位置、形态和规模,通过不同超前预报形式的交叉运用,可准确掌握隧道施工前方存在溶洞、溶槽的位置和特点。针对施工中遇到的不同位置分布及特性的岩溶,采取对应的施工处置措施,并对穿越特殊地质强富水可溶岩和非可溶岩接触带施工工艺进行优化,可在保证施工质量的基础上,获得最佳效益。

富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆变形机理及控制研究

【目的】为进一步揭示富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆浆液扩散规律以及地层加固、防渗止水原理。【方法】以莞惠城际GZH-4标暗挖隧道穿越人工湖底全风化岩层为工程背景,通过现场取样及数值计算分析,对全断面帷幕注浆隧道的掌子面变形、岩层取芯率、地层水平收敛及地表沉降等进行探讨,深入分析隧道帷幕注浆浆液扩散规律及地层加固、防渗止水原理。【结果】结果表明:注浆浆脉构成的浆脉骨架可与周围岩体相黏接形成结石体,能有效提高岩体强度及地层抗渗透性能;高压注浆导致掌子面易于鼓胀或开裂,精准控制注浆初始条件和超前预测,可有效避免这一现象的发生;隧道的全断面帷幕注浆可增强岩体自承载能力,能有效抑制隧道的水平净空收敛变形;全断面帷幕注浆对富水软弱地层隧道开挖时的地表沉降有很好的抑制作用。【结论】研究成果揭示了富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆的变形机理,并提出了相应的控制方法,可为类似地质环境下岩体注浆提供理论支撑与技术指导。

富水破碎软岩巷道破坏机理及支护技术研究

随着浅部矿产资源的枯竭,矿井逐渐向深部发展,面对深部富水破碎软岩巷道支护时,巷道底鼓变形尤为突出。为确保顺利通过富水破碎软岩区域,针对某矿-570 m水平巷道支护难题,分析围岩破坏力学特征,建立底鼓力学模型,综合分析富水破碎软岩巷道围岩破碎机理,提出了反底拱与砌碹联合支护技术。现场检测结果表明,采用反底拱与砌碹联合支护技术,有效降低了淋水量,减少了积水渗入底板,改善了底板围岩条件,有效降低了巷道底鼓量,最大底鼓量不大于50 mm,确保了该巷道围岩稳定与支护安全。

北隙岭隧道富水软岩大变形控制措施实践与探讨

以北隙岭隧道出口浅埋段富水全风化花岗闪长岩大变形处治为背景,研究了在穿越富水软岩地质条件下隧道设计面临的一系列关键技术问题,在现场调查的基础之上阐述了软岩隧道大变形的破坏特征并对相关原因进行分析。针对该隧道大变形产生的主要原因,提出并实践形成了“内外结合”的大变形综合控制方法,成功解决该浅埋段的软岩大变形问题,对类似工程的设计优化提供借鉴。

富水软土地层中心城区浅覆土管幕法分析研究

为解决富水软土地层中心城区浅覆土无临时支撑、无土体加固的全断面暗挖施工难题,通过对日本MMST、URT和PCR工法从浅覆土可行性、断面多样性、密封止水性等方面进行调研和对比分析,提出了适合上海地区的束合管幕工法(U-BIT工法)。该工法基于超前支护与永久结构合一的设计思路,在管幕顶进完成后,通过张拉环向预应力,使原本纵向顶进的离散型、小断面钢管群束合形成可横向承载的整体受力体系,具有断面多样性、施工高效性、环境友好性和开挖断面利用率高等特点。在上海轨道交通14号线武定路站工程首次成功应用,实现了富水软土地层中心城区浅覆土地下结构低扰动、小变形快速静默施工。

高原富水软岩隧道防排水施工技术研究

在铁路隧道建设过程中,防排水工程对安全、质量、施工进度以及后期的运维有着重要影响,尤其高原富水软岩隧道施工环境恶劣,地质条件复杂,过程难以控制更易发生渗漏、衬砌开裂等病害。本文以拉林铁路二标,杰德秀1#隧道为依托对高原富水软岩隧道防排水技术开展研究,通过对现有的常规反坡防排水施工方案进行优化,计算确定机械排水设备水泵、水仓、管道型号,采取袖阀注浆工艺对隧底进行加固,同时明确了结构防水施工质量控制要点。

软硬互层岩体对输水隧洞围岩稳定性的影响研究

软硬互层岩体是水工隧洞施工中经常遇到的地质环境,其对围岩安全稳定性的影响研究具有重要的理论意义和工程价值。以具体工程为依托,利用数值模拟的方式探讨软硬互层岩体的层厚比和岩层厚度对围岩应力、位移和塑性区特征的显著影响,获得相应的变化规律,可为理论研究和工程施工设计提供必要的支撑和借鉴。围岩的最大压应力和塑性区出现在拱腰部位,建议在施工中加强该部位的应力和变形监测。

浅埋长大输水隧洞下穿省道建设施工技术研究

云南省滇中引水工程楚雄段4标段下穿S218省道,位于省道正下方的最小埋深仅为20m。为最大程度减小隧洞施工对S218省道的影响,保证隧洞施工安全、质量和进度,提出了包括采用超前固结及洞周注浆、超前支护及加强初期支护等措施在内的浅埋长大输水隧洞下穿省道施工建设技术,并结合现场量测结果,分析了该技术的现场实施效果,以及该技术的效益情况。结果表明,该技术能提高滇中红层软岩的承载能力,同时恢复或构成完整的岩体结构,进而形成连续的结构体,有利于后期系统锚杆、锁脚锚杆加固时锚固力的传递,大幅度提高加固质量和效果,有效控制隧洞变形,同时实现较小超挖,大大提高施工效率和质量,节约项目成本。

圆梁山特长隧道施工地质灾害问题预测

深埋隧道的地质灾害问题对隧道修建的可行性及隧道施工具有重大影响。该文简要分析了目前国内外深埋隧道的主要地质灾害问题 ;在此基础上 ,结合渝怀铁路圆梁山特长隧道初步勘测的成果 ,对这一特长隧道在施工过程中可能遇到的地质灾害问题进行了较为系统的分析 ;对各类地质灾害的发生程度及其对隧道施工的影响作出了初步评价 ,提出了相应的处理措施。

软岩隧道涌水塌方机制分析及加固处治

研究目的:针对G316江西段改建工程佛头岭隧道施工至软岩区段时发生涌水塌方的工程事故,在深入调查和理论分析的基础上,本文对致灾诱因进行探析并提出处治措施,以此为依据,建立数值计算的对比工况,分析研究隧道涌水塌方的影响机制。研究结论:(1)软弱围岩体、地下水、降雨、地应力等自然因素是本次涌水塌方的内在原因(相对于Ⅴ级围岩,Ⅲ、Ⅳ级围岩拱顶变形分别下降81.7%和50.8%,无渗流作用拱顶沉降下降44.6%);(2)支护不及时和过大开挖步等人为因素是导致本次事故的重要原因(分别致使洞周最大变形处增幅达160%和29%);(3)围岩等级差异是涌水量大小的关键原因(Ⅲ、Ⅳ级围岩的最大日涌水量分别下降92%和78%);(4)监测数据表明,处治措施效果较好,围岩变形得到控制;(5)本研究结果对类似条件下的工程施工和加固处治具有参考价值。

富水条件下软岩巷道变形特征与过程控制研究

富水条件下泥质软岩巷道破坏及稳定性机制比一般软岩巷道更复杂,不仅需要采用多种复合支护控制围岩非线性大变形,还必须进一步控制其泥化进程.针对此情况,提出了动态过程控制的支护原理,采用预拉力锚杆、锚索、桁架和围岩滞后注浆堵水加固相结合的全过程控制围岩技术.结果表明,在成功阻断泥化诱因"水"之后,高强预应力锚杆组合支护体系可有效控制巷道变形,避免泥化导致随后的锚固失效.此技术在淮北桃园煤矿裂隙水患严重的三软煤巷支护中取得成功.

THM耦合作用下千枚岩隧道大变形机理

以千枚岩这一典型软岩为对象,通过高地温、高渗透水压、高围压条件下的三轴卸荷试验,研究热—水—力(THM)耦合作用下千枚岩的变形破坏特征;以大理—瑞丽铁路高黎贡山隧道为例,采用数值模拟方法模拟THM耦合作用下千枚岩隧道的大变形;结合试验结果和数值模拟结果,探讨THM耦合作用下千枚岩隧道大变形的机理。结果表明:高渗透水压和高地温对千枚岩裂缝的产生和扩张起着促进作用,随着渗透水压、地温的升高,千枚岩的峰值应力降低,并且渗透水压的影响大于地温的影响;在THM耦合作用下,隧道边墙处的位移最大,拱脚处的应力相对集中,洞壁处的渗流速度最大,地温的分布主要受地下水渗流方向控制;隧道洞壁的应力、位移和渗流速度随地温的升高而增大。提出"HM,TH,T→M"的THM耦合模式。得到THM耦合作用下千枚岩隧道产生大变形的机理为:高地温将造成围岩发生初始热损伤;高渗透水压将促进围岩软化并使其内部裂纹进一步扩展;当隧道开挖形成的二次应力超过围岩屈服强度时,将导致围岩塑性流动。