工程隧洞軟質(zhì)圍巖變形原因及工程措施

tbm施工過(guò)程中,為防止軟巖變形導(dǎo)致卡機(jī)事故的發(fā)生,需要對(duì)圍巖變形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。以巴基斯坦n-j水電站為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)圍巖變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的反演分析,得到其蠕變參數(shù),并采用反演得到的蠕變參數(shù)對(duì)大埋深洞段的圍巖變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,tbm在軟巖段掘進(jìn)過(guò)程中,圍巖除了產(chǎn)生明顯的彈塑性變形外還會(huì)出現(xiàn)明顯的蠕變變形,且蠕變變形在tbm在開挖后的幾小時(shí)內(nèi)會(huì)迅速增加,增大了tbm卡機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。建議tbm在軟巖段掘進(jìn)過(guò)程中,在保證安全的前提下盡可能快速通過(guò)。

結(jié)合大伙房水庫(kù)輸水工程的建設(shè)實(shí)際,介紹了隧洞施工中監(jiān)控量測(cè)工作的目的、內(nèi)容和方法、監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)處理以及監(jiān)控量測(cè)成果的分析與應(yīng)用。

本文針對(duì)水利工程施工深埋隧洞tbm施工段圍巖難控制問(wèn)題,從能量角度出發(fā),簡(jiǎn)要分析了tbm法開挖巖體應(yīng)變能的釋放特征,按照能量釋放程度的不同劃分圍巖變形特征,指出其變形破壞機(jī)制與調(diào)控策略;結(jié)合遼寧大伙房水庫(kù)輸水主體工程施工,按照所得圍巖調(diào)控對(duì)策指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工開挖與支護(hù)。工程實(shí)踐證明,此法可大大提升隧洞掘進(jìn)速率,確保隧洞圍巖的穩(wěn)定性。可為相關(guān)工程提供借鑒和參考。

選取東深供水工程鳳崗隧洞洞身段,采用三維彈塑性有限單位法,模擬施工開挖過(guò)程,分析施工期圍巖的變形、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),探討不同支護(hù)條件下的圍巖穩(wěn)定情況及圍巖變形規(guī)律,為設(shè)計(jì)和施工提供參考。

隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)及變形規(guī)律分析

以二朗山公路隧道施工過(guò)程的工程實(shí)踐為依據(jù)，利用常規(guī)圍巖變形監(jiān)控量測(cè)和圍巖變形跟蹤監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及二次應(yīng)力場(chǎng)測(cè)試，獲取隧道圍巖動(dòng)態(tài)綜合信息，為圍巖分類、大變形預(yù)測(cè)、巖爆預(yù)測(cè)、優(yōu)化二次支護(hù)時(shí)間及反分析等提供依據(jù)，是巖土程信息化設(shè)計(jì)、施工的重要手段。

為了揭示深部不同地應(yīng)力環(huán)境下巷道開挖圍巖的變形規(guī)律,為深部巷道開挖與支護(hù)作指導(dǎo)。采用有限差分軟件建立了深部巷道模型,對(duì)不同水平側(cè)壓力狀態(tài)及開挖進(jìn)尺深度下巷道開挖過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析結(jié)果表明:巷道拱頂豎向、拱底豎向及中部水平向的變形明顯,變形量最大發(fā)生在巷道中部,其水平向位移最大值為20mm左右。當(dāng)深部巖體水平側(cè)壓力系數(shù)為1時(shí),即巖體處于靜水壓力狀態(tài),巷道開挖引起的變形量最大。隨著開挖深度的增大,巷道變形量趨于穩(wěn)定。

變形是圍巖穩(wěn)定性狀態(tài)的主要表現(xiàn)形式,圍巖穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)以位移變化過(guò)程曲線、分布特征為基本資料,以解讀變形量變化過(guò)程、變化趨勢(shì)和分布規(guī)律為主要。在圍巖穩(wěn)定控制過(guò)程中,變形變化過(guò)程控制理論、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用理論是圍巖監(jiān)測(cè)的主要理論依據(jù)。隧洞開挖后,圍巖會(huì)經(jīng)受環(huán)境作用的變化,并根據(jù)環(huán)境的變化作出不

在新奧法的隧道設(shè)計(jì)理念中,施工中的變形監(jiān)測(cè)成為其重要的組成部分。為實(shí)時(shí)掌握青藏鐵路關(guān)角隧道的圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn),通過(guò)采用jss30a型數(shù)顯收斂計(jì)對(duì)圍巖進(jìn)行周邊位移量和拱頂下沉量的監(jiān)測(cè),研究其圍巖動(dòng)態(tài)變化,預(yù)測(cè)和確認(rèn)其最終穩(wěn)定時(shí)間。對(duì)隧道安全施工和二次襯砌的施工時(shí)間具有重要的指導(dǎo)意義。

基于g106國(guó)道的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),討論了拱頂沉降和周邊收斂隨掌子面掘進(jìn)深度的變化規(guī)律,并利用回歸分析進(jìn)行了擬合。通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合結(jié)果的對(duì)比表明:拱頂下沉與周邊收斂均隨著掌子面的掘進(jìn)深度呈非線性變化關(guān)系。

針對(duì)鴻發(fā)煤業(yè)有限公司4008運(yùn)輸巷出現(xiàn)的大變形破壞問(wèn)題,對(duì)4008運(yùn)輸巷變形破壞特征進(jìn)行了分析,并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查與理論分析,表明影響運(yùn)輸巷穩(wěn)定的主要因素是巷道埋深較大、地質(zhì)構(gòu)造影響、采動(dòng)干擾等。結(jié)合深部巷道耦合支護(hù)理念,提出了錨桿+關(guān)鍵位置錨索+底角注漿錨桿+復(fù)合托盤+焊接鋼筋網(wǎng)返修支護(hù)方案,從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)巷道的變形情況來(lái)看,返修支護(hù)方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)4008運(yùn)輸巷圍巖的有效控制。

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(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài),采取分部開挖臨時(shí)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(shí)踐證明:效果較好,對(duì)目前的客專大斷面隧道控制大變形施工有一定的幫助。

選取東深供水工程鳳崗隧洞洞口段,采用三維彈塑性有限元法,模擬施工開挖過(guò)程,分析施工期圍巖的變形、應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),探討不同巖性條件下的圍巖穩(wěn)定情況及進(jìn)洞條件,為設(shè)計(jì)和施工提供參考。

結(jié)合甘肅省白龍江引水工程,分析六盤山深埋隧洞地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力場(chǎng)特征、巖石強(qiáng)度等地質(zhì)條件,分析圍巖變形特征及大變形機(jī)理,預(yù)測(cè)大變形發(fā)生的位置、類型和分級(jí),提出應(yīng)通過(guò)減少圍巖擾動(dòng)、優(yōu)化施工參數(shù)、合理預(yù)留變形量以及加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控等手段,優(yōu)化施工方法,保證施工正常進(jìn)行。

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(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài)，采取分部開挖臨時(shí)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(shí)踐證明：效果較好，...

以寧夏中南部某引水工程為對(duì)象,研究隧洞軟巖的工程特性,為工程設(shè)計(jì)、施工和安全運(yùn)用提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)勘探、試驗(yàn)、測(cè)試和數(shù)值模擬等手段,研究軟弱圍巖水理特性、脹縮性、流變特性、力學(xué)特性和變形機(jī)理。從軟巖的物質(zhì)組成、賦存環(huán)境等方面揭示了其區(qū)域特性方面的差異及軟弱圍巖變形隨環(huán)境的變化規(guī)律,提出了平緩層狀軟弱圍巖隧洞支護(hù)時(shí)機(jī)及支護(hù)措施。寧夏中南部地區(qū)廣泛分布的白堊系、第三系泥質(zhì)系列軟巖由于其親水性強(qiáng),具有脹縮、崩解、流變、時(shí)間效應(yīng)和對(duì)環(huán)境變化敏感等工程特點(diǎn),容易引起隧洞的變形破壞,研究成果從開挖方式、保護(hù)時(shí)機(jī)和支護(hù)技術(shù)方面,為采取有效的措施抑制或減弱泥巖產(chǎn)生對(duì)工程不利的變形影響提供依據(jù)。

基于隧址區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件的復(fù)雜性,有必要進(jìn)行施工圍巖變形監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)地介紹了隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)的原理和方法分析;并以走馬嶺隧道施工過(guò)程的深部圍巖變形監(jiān)測(cè)為依據(jù),獲取圍巖動(dòng)態(tài)綜合信息以分析圍巖變形規(guī)律,指導(dǎo)施工;提出圍巖變形監(jiān)測(cè)為隧道大變形預(yù)測(cè)、優(yōu)化二次支護(hù)時(shí)間等提供科學(xué)依據(jù)和施工建議,是巖土工程信息化設(shè)計(jì)、施工的重要手段。

通過(guò)有限元模擬隧道臺(tái)階法施工,分析地表沉降、拱頂、拱底、橫向變形和圍巖最大、最小主應(yīng)力隨開挖步增長(zhǎng)的變化規(guī)律,研究圍巖變形特性和縱向影響范圍,基于突變理論對(duì)拱頂沉降進(jìn)行分析,研究圍巖突變時(shí)機(jī).結(jié)果表明:隧道開挖對(duì)掌子面的變形影響主要發(fā)生在拱頂、拱底及拱腰位置,地表沉降主要集中在隧道開挖中線附近,應(yīng)力集中則發(fā)生在拱腰及拱腳處；影響范圍主要集中在開挖面開挖方向前后1d(d為開挖洞徑)范圍內(nèi),其中開挖面前后0.5d范圍為強(qiáng)影響區(qū),0.5～1d范圍為弱影響區(qū).

洞松水電站引水隧洞2號(hào)施工支洞與引水隧洞交叉段的跨度大、巖性差,開挖后穩(wěn)定性極差、地質(zhì)條件惡劣,經(jīng)常出現(xiàn)塌方和變形。在施工過(guò)程中不斷調(diào)整施工方案和技術(shù)參數(shù),并制訂了切實(shí)可行施工措施,有效地保證了施工安全,加快了施工進(jìn)度。

通過(guò)對(duì)軟巖巷道圍巖變形力學(xué)響應(yīng)特性分析確定了彈塑性區(qū)應(yīng)力、彈塑性位移、破碎區(qū)應(yīng)力與破碎區(qū)半徑的影響因素,并確定了與各因素之間的函數(shù)關(guān)系,為巷道支護(hù)提供了依據(jù)。結(jié)果表明,巷道圍巖所受應(yīng)力隨著埋深的增大而增加,并且圍巖產(chǎn)生的塑性范圍和破碎區(qū)也相應(yīng)增大。在巷道形成初期,需要立馬對(duì)其進(jìn)行支護(hù)處理,同時(shí)對(duì)圍巖進(jìn)行封閉。支護(hù)能夠減小圍巖所受應(yīng)力,減小其圍巖塑性范圍和破碎范圍的增加。在巷道圍巖受力增加的起始時(shí)期,其塑性范圍和和破碎范圍增長(zhǎng)速度相對(duì)平衡,當(dāng)圍巖受力達(dá)到一定程度時(shí),圍巖發(fā)生變形,塑性范圍增長(zhǎng)速度開始減緩,破碎范圍擴(kuò)大速度則相對(duì)增加。

基于某城市地鐵2號(hào)線穿越工業(yè)廠房區(qū)引起地基變形的工程背景,簡(jiǎn)化為實(shí)體應(yīng)變模型,采用數(shù)值模擬的方法對(duì)開挖前后隧道圍巖變形進(jìn)行對(duì)比,目的是研究盾構(gòu)在開挖過(guò)程中對(duì)周圍巖體的變形影響情況。結(jié)果表明,盾構(gòu)開挖過(guò)程中隧道圍巖變形比較大,隧道中心處豎向變形情況遠(yuǎn)大于水平變形,盾構(gòu)與隧道的接觸面處的應(yīng)力高度集中且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于周圍巖體的平均應(yīng)力。

通過(guò)對(duì)新奧法監(jiān)控量測(cè)理論及三維有限元數(shù)值分析方法的應(yīng)用,并結(jié)合天恒山隧道工程實(shí)際,研究了該隧道某一典型斷面圍巖的變形規(guī)律。結(jié)果表明該隧道的開挖方法及支護(hù)方式均比較合理,可為今后該類地區(qū)土質(zhì)隧道的建設(shè)提供借鑒。