復(fù)雜地層超大斷面隧道施工圍巖力學(xué)特征模型試驗

針對城市繁華地段大斷面矩形頂管隧道施工引起圍巖擾動與破壞問題,依托鄭州市紅專路大斷面矩形頂管隧道實際工程,采用flac~(3d)有限差分法數(shù)值計算,建立三維數(shù)值模型,進(jìn)行了大斷面近距離多個平行矩形頂管隧道施工圍巖變形與力學(xué)特性的研究。研究表明:大斷面近距離多個平行矩形頂管引起的地面沉降與沉降槽寬度,后期頂管施工影響明顯大于先期施工；在頂管隧道頂進(jìn)過程,靠近始發(fā)井圍巖沿隧道軸線方向圍巖土體切應(yīng)力較大,遠(yuǎn)離始發(fā)井切應(yīng)力較小；考慮了盾構(gòu)機(jī)的掌子面推力與盾殼,管節(jié)頂進(jìn)過程的泥皮套摩阻力,同步注漿壓力,提出一種綜合考慮盾構(gòu)機(jī)、管節(jié)頂進(jìn)以及同步注漿的三維數(shù)值模擬方法。

采用相似材料模型試驗方法,對軟巖隧道在以豎直地應(yīng)力為主和水平地應(yīng)力為主兩種情況下圍巖壓力分布規(guī)律進(jìn)行了研究.研究結(jié)果表明,隧道圍巖應(yīng)力升高區(qū)在隧道周圍1倍洞徑之內(nèi),應(yīng)力集中系數(shù)約為1.2~1.5.因圍巖應(yīng)力重分布而出現(xiàn)塑性區(qū),高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移.隧道施作襯砌后,隨著洞周圍巖應(yīng)力進(jìn)一步釋放,塑性區(qū)繼續(xù)擴(kuò)張,應(yīng)力升高區(qū)也進(jìn)一步向圍巖深部發(fā)展,洞周的應(yīng)力集中現(xiàn)象有所減小.隧道邊墻中部、拱肩、拱頂是比較關(guān)鍵的部位,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù).

以蘭渝鐵路胡家灣隧道進(jìn)口段施工為例,介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過圍巖量測掌握圍巖變形動態(tài),采取分部開挖臨時仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施,控制圍巖的變形。實踐證明:效果較好,對目前的客專大斷面隧道控制大變形施工有一定的幫助。

復(fù)雜巖基上拱壩樞紐的整體 地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究 拱壩試驗研究課題組’ (廣西大學(xué)水利水電研究所) 擒要本文介紹了某大型水電站樞紐重力拱埂整體抗滑穩(wěn)定的地質(zhì)力學(xué)模型試驗研究概況。 對復(fù)雜巖基上的水電站樞紐地質(zhì)力學(xué)模型試驗方法和試驗技術(shù)中的若干同題進(jìn)行探討，包括相似 性要求、模型比尺選擇的原ji6、模擬內(nèi)窖、商窖重低變模模型材料及沿巖石層面晰夾層上的f值， 沿混疆土與基巖的膠結(jié)面f、c值試驗研究，模型加載系統(tǒng)廈量測系統(tǒng)設(shè)計等內(nèi)容。最后根據(jù)試 驗結(jié)果，分析了拱壩總體位移變化規(guī)律和大壩受基礎(chǔ)在超載條件下穩(wěn)定安全度和破壞機(jī)理，并指 出影響工程安全的薄弱部位。 關(guān)鍵詞地質(zhì)力學(xué)變形位移基礎(chǔ)穩(wěn)定 1概述 由于埂工建設(shè)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來 越多的水工建筑物需要在具有復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造 的巖基上修建，拱壩建設(shè)亦不例外。在

泥巖地層大斷面隧道圍巖變形控制——以蘭渝鐵路胡家灣隧道進(jìn)口段施工為例，介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過圍巖量測掌握圍巖變形動態(tài)，采取分部開挖臨時仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施，控制圍巖的變形。實踐證明：效果較好，...

超大斷面軟弱圍巖隧道施工過程中,采用臺階法施工方案容易引起大面積塌方,但是可以有效縮短施工工期,從安全性的角度出發(fā),臺階法施工特別是作為臺階法核心問題的臺階高度選擇值得進(jìn)一步分析。依托蘭渝鐵路兩水隧道,采用三維數(shù)值仿真手段,分別建立臺階高度取h/3,h/2,2h/3和最大寬度處模型,模擬了鐵路隧道在極軟弱圍巖中采用臺階法施工選擇不同臺階高度的施工過程,對比不同臺階高度下隧道的拱頂沉降、水平收斂和掌子面擠出變形,揭示了臺階法施工過程中圍巖力學(xué)效應(yīng)的演化規(guī)律,并最終得出最優(yōu)臺階高度,為工程施工提供參考。

分岔式隧道是一種新型隧道結(jié)構(gòu)型式,目前尚無相應(yīng)的設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可循,為了解這種新型隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形狀況,采用三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗方法對目前在建的滬蓉西高速公路大型分岔隧道進(jìn)行研究。試驗成果有效地揭示分岔隧道洞周的應(yīng)力、位移變化規(guī)律和分岔隧道圍巖的破壞機(jī)制,獲得分岔隧道的設(shè)計和極限承載安全度,為分岔隧道的優(yōu)化設(shè)計和施工提供了有工程指導(dǎo)意義的建議和結(jié)論。

通過對老虎山隧道導(dǎo)洞轉(zhuǎn)正洞施工進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測,結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計分析方法,研究了超大斷面隧道導(dǎo)洞圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)施工力學(xué)響應(yīng)規(guī)律,分析了支護(hù)結(jié)構(gòu)高風(fēng)險部位及高風(fēng)險時段,提出相應(yīng)措施提高施工安全性。根據(jù)統(tǒng)計分析得出:(1)開挖第1~8d為高風(fēng)險期,需加強(qiáng)監(jiān)測頻率,酌情采取加強(qiáng)支護(hù)措施;(2)導(dǎo)洞支護(hù)結(jié)構(gòu)主要受力部位為拱頂和拱腳,需加強(qiáng)支護(hù)措施;(3)導(dǎo)洞轉(zhuǎn)正洞開挖過程,正洞挑高開挖會導(dǎo)致導(dǎo)洞拱頂拱腳應(yīng)力增大;(4)正洞向一側(cè)開挖后,對導(dǎo)洞造成偏壓影響,開挖側(cè)拱腳應(yīng)力急劇增長。

以深圳地鐵7號線bt項目為例,針對超大斷面隧道施工中存在的小間距、淺埋偏壓及非對稱連拱工況,分析了工程施工的重難點,并通過工程類比與理論研究,提出了不同條件下超大斷面隧道開挖方案和支護(hù)措施,確保了施工的安全性.

選取忠墊高速公路某巖溶隧道為研究對象,建立巖溶隧道三維實體模型,利用軟件flac3d對拱頂部存在充水溶洞的隧道施工過程中的圍巖位移特征進(jìn)行數(shù)值模擬研究,并將數(shù)值計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了比較分析。研究結(jié)果表明:隧道拱頂處圍巖豎向位移最大、拱肩處次之;水平位移以邊墻部為最大,拱肩處水平位移先向隧道內(nèi)變形,后向隧道外變形。

針對昆-石高速公路陽宗隧道斷面跨度大的特點,通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)、操作難易程度的綜合比較,陽宗隧道使用wtd系統(tǒng)錨桿支護(hù)對圍巖進(jìn)行加固,效果良好。使用高性能混凝土作為隧道二次襯砌,降低病害的發(fā)生,減少整治麻煩,給隧道施工和運營都帶來極大的方便。采用地層-結(jié)構(gòu)模式,運用同濟(jì)曙光軟件分析地質(zhì)條件較差的ⅴ級圍巖隧道施工方法對圍巖穩(wěn)定性的擾動規(guī)律,計算結(jié)果表明施工方法選擇合理;采用荷載-結(jié)構(gòu)模式,應(yīng)用有限元軟件—ansys對二襯結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行檢算,計算結(jié)果表明該隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、安全性好。

通過對隧道圍巖穩(wěn)定的分析以及影響圍巖穩(wěn)定的因素的分析,簡要闡述了適時采取合理的支護(hù)以阻止圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步惡化的必要性和原理。最后,結(jié)合某鐵路隧道施工,具體討論了實際施工過程中界定適時支護(hù)的一般性原則,用于指導(dǎo)隧道工程施工。

通過對隧道圍巖穩(wěn)定的分析以及影響圍巖穩(wěn)定的因素的分析,簡要闡述了適時采取合理的支護(hù)以阻止圍巖強(qiáng)度進(jìn)一步惡化的必要性和原理。最后,結(jié)合某高速公路隧道施工,具體討論了實際施工過程中界定適時支護(hù)的一般性原則,用于指導(dǎo)隧道工程施工。

本文針對軟巖地區(qū)連拱隧道，開展了公路連拱隧道模型試驗研究。通過對連拱隧道的開挖、襯砌過程中圍巖壓力的變化進(jìn)行了分析，揭示了圍巖壓力的松弛范圍，探討了連拱隧道施工過程各工序的相互影響，得出了施作襯砌后與圍巖壓力回升量相互影響的關(guān)系。

多元結(jié)構(gòu)地層中,土體單元觸變性高,應(yīng)力應(yīng)變路徑十分復(fù)雜,單一的本構(gòu)模型不能滿足隧道施工變形研究的需要。分析了摩爾庫倫、修正劍橋、druker-prager和西原正夫等四種本構(gòu)模型的屈服特性及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,通過c++對flac軟件二次開發(fā),將本構(gòu)模型程序化。以蘭州軌道交通某大斷面車站隧道為工程背景,模擬分析四種模型下大斷面隧道開挖引起的地表沉降、底板隆起、兩幫收劍的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)摩爾庫倫模型中洛德參數(shù)可識別土體單元處于壓縮或拉伸狀態(tài),能較好地擬合地表沉降規(guī)律;修正劍橋模型可追蹤巖土體的變形能力和抗剪強(qiáng)度隨體積改變而變化的特性,能準(zhǔn)確判斷隧道直墻的水平位移變化趨勢;druker-prager模型因考慮中間主應(yīng)力及靜水壓力對相鄰單元的作用,可反映出隧道內(nèi)部土體移出后的底板隆起變形特點。以上規(guī)律可為復(fù)雜多元結(jié)構(gòu)地層中隧道施工變形控制提供參考,從而保證隧道建設(shè)的高效與優(yōu)質(zhì)。

結(jié)合vi級圍巖淺埋偏壓隧道crd法開挖施工特點,布設(shè)了變形觀測元件及應(yīng)力觀測元件,對施工過程中圍巖變形及結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行了監(jiān)測和分析.變形測試結(jié)果說明crd法各分部施工相互影響明顯,隧道內(nèi)側(cè)圍巖壓力普遍大于外側(cè)圍巖壓力,并且隨著其他分部的施工具有明顯加大的趨勢.內(nèi)力監(jiān)測結(jié)果表明鋼支撐軸力主要為壓應(yīng)力,并且拱腰位置軸力稍大于其他部位.測試結(jié)果分析表明,合理的工序應(yīng)該是先山體外側(cè)開挖并施工初期支護(hù),然后山體內(nèi)側(cè)開挖施工.

分析采用不同的施工方法開挖隧道引起地表變形、塑性區(qū)分布、地層分層沉降的特性和機(jī)理,提出圍巖應(yīng)力釋放引起地表沉降是確定隧道施工工藝、工法的理論依據(jù),該項技術(shù)在合武鐵路客運專線隧道施工中得到初步應(yīng)用,效果良好。

結(jié)合某板巖隧道塌方情況和原因分析,主要研究塌方處理對策。隧道內(nèi)塌體開挖前,應(yīng)先行對塌體進(jìn)行超前全斷面注漿加固處理;超前注漿方式和注漿漿液的選擇,以保證在塌方段落松散體內(nèi)順利成孔和實現(xiàn)設(shè)計注漿效果為前提;對于隧道大塌方,注漿加固范圍應(yīng)能確保加固后開挖隧道時,洞室具備足夠的穩(wěn)定性;合理選擇注漿鉆孔機(jī)械,是處理大規(guī)模塌方的關(guān)鍵;板巖地層隧道施工時,對監(jiān)控量測預(yù)警指標(biāo)應(yīng)有更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)合騾坪隧道工程的建設(shè)實際,介紹了隧道施工中監(jiān)控量測工作的目的、內(nèi)容和方法,監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)處理以及監(jiān)控量測成果的分析與應(yīng)用。得出騾坪隧道圍巖變形監(jiān)測量均不大,基本在30d內(nèi)趨于穩(wěn)定,施工采用上下臺階法可行。

深圳地鐵8號線望基湖停車場咽喉區(qū)段,與之相連的有出場線和入場線2條單洞單線隧道,2條隧道以2.59m的小間距并行施工,具有較大的施工難度和風(fēng)險。通過建立三維數(shù)值模型,模擬現(xiàn)場施工作業(yè),并將計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行對比,分析圍巖的變形情況。研究結(jié)果表明:從位移方面看,拱頂沉降和水平收斂與監(jiān)測結(jié)果相比相差不大,小間距隧道中間巖柱穩(wěn)定性較好。小間距隧道圍巖變形值都處于正常范圍內(nèi),施工現(xiàn)場安全性較高,現(xiàn)場施工作業(yè)繼續(xù)按目前的施工工序進(jìn)行,便可在規(guī)范要求下完成施工。圍巖變形的控制,在于合適的隧道開挖方式以及開挖后較強(qiáng)的早期支護(hù)和必要的輔助支護(hù)措施。

介紹八仙巖隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測項目和方法,分析各種結(jié)構(gòu)型式地段典型斷面施工中的圍巖穩(wěn)定性,對分叉式隧道圍巖變形和應(yīng)力的分布特征進(jìn)行了探討。

介紹了浙江省臺州天摩嶺公路隧道施工中的圍巖位移監(jiān)測技術(shù),包括隧道周邊、拱頂、地表的監(jiān)測點布置與量測分析方法,并對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析,以指導(dǎo)隧道的設(shè)計與施工。