三维激光扫描辅助隧道大变形控制研究

为解决在高地应力软岩大变形隧道控制研究中,传统监测方法有限断面有限点、监测结果以点带面、难以发现最大最小平均变形,无法为隧道初支优化调整提供有效数据支撑等问题,以沙嫰山二号隧道为依托,采用三维激光扫描仪对隧道初期支护进行全息变形监测,获取隧道初期支护的变形全貌,并进行沉降收敛和断面轮廓变形分析。同时依据三维激光变形监测结果,设计适应隧道变形特征的限阻耗能支护结构,对软岩大变形隧道初期支护破坏问题进行控制。结果表明:(1)三维激光扫描仪与全站仪沉降监测方差为3.03 mm、收敛监测方差为3.42 mm,两种仪器监测精度相当;(2)三维激光扫描仪监测结果显示,初期支护左侧出现受围岩剪切滑移带影响的局部鼓出问题,鼓出影响范围为左拱脚至左拱腰,且沿里程方向呈现明显的时空效应,监测段初期支护变形包络结果显示,拱顶左侧变形平均值35.2 cm、右侧变形平均值16.4 cm;(3)依据三维激光扫描仪监测结果不对称的设计限阻耗能支护结构,与设计支护段相比,对初期支护破坏取得了较好的控制效果,同时通过变形加速度来判断隧道变形速率的发展,避免累计变形和变形速率预警中假型性预警现象。

高地应力水平岩层隧道初期支护适应性研究

研究目的:蒙华铁路宜川县境内隧道地层多为水平砂泥岩互层地层,区域水平地应力高,在地应力和水平岩层共同作用下,隧道初期支护发生大面积起皮、开裂、掉块、钢架扭曲,对施工带来较大安全隐患,针对高地应力水平岩层采取什么类型的措施是亟须研究解决的问题。本次共研究了常规支护、加强型支护、加筋底板+长锚杆、限阻耗能型支护四种支护类型,结合3DEC离散元软件以及现场实际变形应力量测数据对四种支护类型效果进行对比分析,从而得出高地应力水平岩层应对工程措施。研究结论:(1)高地应力水平岩层开裂主要表现为拱顶喷混凝土剥皮、掉块、钢架扭曲;(2)单一加强支护参数方案、加筋底板+长锚杆支护方案对控制变形收敛具有效果,但拱部仍然存在开裂掉块现象,不能完全解决施工安全风险;(3)限阻耗能型支护可达到释放围岩压力的效果,限阻结构变形后初期支护未出现开裂现象;(4)在高地应力水平岩层中采用限阻耗能型支护在经济性、安全性上成效显著,推广应用效果良好。

神座隧道大变形治理措施应用研究

为解决神座隧道初支的大变形问题,根据“以放为主,限量抵抗,抗放结合,多挖少支”的原则,提出了采用限阻耗能支护结构作为大变形治理方案:1)增大预留变形量;2)在钢拱架拱腰处设置限阻器;3)在初支背后预留一定空间填充柔性材料。旨在通过限阻器和柔性材料的压缩变形对支护结构进行让压控制,以释放围岩能量。治理结果表明:1)应用限阻耗能支护实现了结构“支得住”的目标,但由于预留变形量不足及隧道左侧偏压,出现了单侧部分初支侵限的情况;2)在后续施工控制中,需根据隧道不对称变形的特征对预留变形量、柔性材料填充厚度和限阻器的可压缩量、位置等进行针对性调整,保证二衬净空。

一种新型限阻器在软弱围岩隧道中的试验研究

软弱围岩隧道在开挖过程中,围岩随着应力能量的释放往往会产生较大变形甚至坍塌。以吴华高速公路项目庙沟梁隧道为工程实例,通过室内试验和现场实测,针对穿越红黏土层的软弱围岩隧道设计了一种新型限阻器,并探究限阻器对隧道变形的影响。结果表明采用220 mm×600 mm×8 mm连接钢板和100 mm×220 mm×4 mm竖板的限阻器能够满足隧道变形要求;设置限阻器段的围岩未产生较大变形,整体处于安全状态;设置限阻器能够明显减小隧道中钢架围岩侧应力、钢架净空侧应力、轴力和弯矩。通过试验说明采用新型限阻耗能型装置,可以充分释放隧道围岩压力,有效解决隧道大变形问题,为此类地质隧道初期支护施工提供一种新的解决思路和技术经验。

限阻器在高水平地应力隧道支护中的研究与应用

为解决蒙华铁路如意隧道高水平地应力岩层段初期支护因受力过大而破坏的问题,文章通过理论分析、数值模拟以及现场施工反馈等方法,并基于室内试验、地应力测试以及现场监控量测数据,对限阻耗能支护技术的工程应用方法及作用机理进行研究,结果表明:(1)针对高构造应力环境,在保证围岩自承能力不明显降低,且不明显增加松散压力的前提下,可控制地引导围岩变形、围岩能量释放分散转移的限阻高延性支护是合理可行的;(2)限阻器是一种合理有效的限阻高延性支护手段,成功解决了如意隧道高地应力水平岩层中初期支护破坏问题;(3)限阻器显著降低了结构内力,但也改变了结构的内力分布,在应用中还需进一步完善。

一种适应隧道大变形的限阻耗能型支护结构研发与应用

为解决隧道大变形初期支护因受力过大而破裂问题,通过理论分析和试验验证,自主研发利用材料峰后性能实现能量释放的"限制支护阻力阻尼器",简称"限阻器"。通过室内试验和工程调研,确定限阻器设计参数,制定由限阻器组成的限阻耗能型支护的设计和施工方案,并应用于工程实践,得到以下结论:(1)在应对隧道大变形等高能问题时,支护理念应从传统的大刚度、强支护转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护;(2)限阻器环向嵌入到初期支护受力关键部位中,将传统刚性支护转化为"刚–柔–刚"型的限阻释能型支护,成功解决了深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中初支开裂问题,是一种可行有效的隧道支护手段;(3)限阻耗能型支护整体性和安全性有保证,且限阻器取材容易,加工方便,施工简单易操作,故限阻器增加了结构安全性的同时又提高了经济性。