含水量及凍融循環(huán)對黃土隧道圍巖變形規(guī)律影響研究

大斷面黃土隧道圍巖變形監(jiān)控量測技術(shù)——結(jié)合鄭西鐵路客運(yùn)專線高橋大斷面黃土隧道的監(jiān)控量測工作，詳細(xì)介紹了無尺量測技術(shù)的觀測系統(tǒng)、觀測方法、觀測要點(diǎn)和觀測精度，以及量測數(shù)據(jù)的計算、應(yīng)用和回歸分析方法，為類似軟弱隧道的監(jiān)控量測工作提供參考和借鑒。

針對濕地隧道在我國相對來說比較少,其監(jiān)控量測在施工中的應(yīng)用也相對困難的現(xiàn)狀,通過對菩薩崗濕地隧道進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測,對其周邊圍巖進(jìn)行了研究,結(jié)合回歸分析所得結(jié)果,預(yù)測并最終得出了圍巖穩(wěn)定結(jié)論。

采用數(shù)理統(tǒng)計理論,以滬昆客專高家屯隧道監(jiān)控量測結(jié)果進(jìn)行分析。結(jié)果表明,隧道凈空收斂和栱頂沉降與圍巖級別、時間因素和施工因素等呈正相關(guān),并與隧道圍巖級別相關(guān)性最好,研究結(jié)果可作為石灰?guī)r地區(qū)巖溶隧道施工方法和支護(hù)方案選擇的重要參考依據(jù),對確定合理的隧道二次襯砌時間具有重要的應(yīng)用價值。

為確保隧道建筑限界準(zhǔn)確,一般將隧道設(shè)計預(yù)留變形量作為圍巖極限位移值。十堰至房縣高速公路隧道地層以軟巖為主,采用上述變形標(biāo)準(zhǔn),大部分地段圍巖變形量超過臨界值,造成預(yù)警頻繁,對施工進(jìn)度造成一定的影響。通過對拱頂沉降和周邊收斂實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,研究了軟巖隧道合理的變形位移極限值和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。研究結(jié)果可用做后續(xù)施工指導(dǎo),對軟巖隧道監(jiān)控量測工作有一定借鑒意義。

運(yùn)用相似模型試驗(yàn)和數(shù)值分析成果,分析巖溶區(qū)公路隧道在全斷面開挖過程中的圍巖變形特性.提出了巖溶區(qū)全斷面開挖隧道圍巖變形時空曲線的一般模式.在此基礎(chǔ)上,建立了巖溶區(qū)圍巖穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn),給出超前支護(hù)和二次襯砌的最佳時機(jī).并運(yùn)用現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)的結(jié)果驗(yàn)證了所提出的巖溶區(qū)全斷面開挖隧道圍巖變形規(guī)律的正確性.

隧道圍巖變形監(jiān)測及變形規(guī)律分析

為掌握秦嶺終南山特長公路隧道的圍巖變形規(guī)律,采用sjw-ⅳ收斂計對秦嶺終南山公路隧道進(jìn)行圍巖變形量測,并對所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用對數(shù)函數(shù)和指數(shù)函數(shù)進(jìn)行了回歸分析,分析結(jié)果表明,圍巖的變形符合對數(shù)函數(shù)規(guī)律,且實(shí)測值和計算值都很小,可保證隧道的施工安全和質(zhì)量,從而為類似工程提供了參考。

為研究斷層破碎帶隧道施工圍巖變形規(guī)律,采用數(shù)值模擬方法分別考查了臺階法、預(yù)留核心土法和三臺階法施工時圍巖變形及地表沉降情況.結(jié)果表明:斷層破碎帶隧道施工圍巖變形量隨著荷載步增加趨于穩(wěn)定,臺階法造成的拱頂沉降值較大,三臺階法和預(yù)留核心土法能較好的控制隧道拱頂沉降;隧道周邊收斂值也隨荷載步增加逐漸穩(wěn)定,臺階法周邊收斂值最大、三臺階法周邊收斂值最小;地表沉降隨荷載步增加逐漸達(dá)到穩(wěn)定,臺階法施工造成的地表沉降最明顯,三臺階法次之,預(yù)留核心土法地表沉降控制效果最好;預(yù)留核心土法隧道上方橫向形成明顯的沉降槽,隨著荷載步增加沉降槽趨于明顯,最終達(dá)到穩(wěn)定.

注漿是隧道圍巖加固與涌水封堵的主要技術(shù)手段,當(dāng)圍巖較為破碎且自穩(wěn)能力較差時,注漿過程中若采取了不合適的注漿壓力,極易造成圍巖大變形甚至塌方等次生災(zāi)害。基于滲流-應(yīng)力耦合理論,選取典型隧道開挖斷面,建立注漿作用下滲流場與應(yīng)力場數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用comsol多物理場耦合軟件分析注漿過程中注漿壓力作用下隧道圍巖的變形規(guī)律。結(jié)果表明,圍巖等級為ⅴ時,注漿過程中注漿壓力不斷向隧道周圍地層中擴(kuò)散與傳遞,滲流場、應(yīng)力場分布隨注漿孔深度增加呈現(xiàn)衰減趨勢;隨著注漿壓力的提高,應(yīng)力發(fā)生急劇變化,并不斷地向圍巖深部轉(zhuǎn)移;注漿初期,圍巖變形速率急劇上升,注漿后期圍巖變形速率下降,且變形量趨于穩(wěn)定。依托具體工程實(shí)例,提出了合理選擇注漿壓力的控制技術(shù),保證了圍巖的穩(wěn)定和安全。

以西安地區(qū)黃土為試驗(yàn)材料,通過室內(nèi)三軸試驗(yàn),分析黃土在不同含水量下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,得出了土在不同含水量下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系.并通過對應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分析,得到黃土結(jié)構(gòu)性和強(qiáng)度主要受初始含水量、圍壓和密度等的影響,這些因素決定黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和黃土破壞的形式.

為保證隧道開挖施工期間的人員安全,提高隧道工程建設(shè)質(zhì)量,在介紹隧道圍巖變形時空效應(yīng)、變形破壞類型以及圍巖變形與支護(hù)時機(jī)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,對全斷面開挖的雙線公路隧道施工過程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,總結(jié)歸納了隧道圍巖拱頂沉降、洞身收斂以及掌子面擠出值隨開挖步進(jìn)行的變化規(guī)律,并對支護(hù)結(jié)構(gòu)控制圍巖變形的作用進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)支護(hù)結(jié)構(gòu)對控制圍巖變形具有重要作用.

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

隧道原位擴(kuò)建需要將原有結(jié)構(gòu)拆除后再進(jìn)行隧道擴(kuò)挖,形成大斷面隧道。從原隧道的開挖形成小斷面隧道到拆除原有結(jié)構(gòu)再擴(kuò)挖成大斷面隧道,圍巖經(jīng)過多次擾動后,經(jīng)受的應(yīng)力狀態(tài)錯綜復(fù)雜。以大帽山隧道原位擴(kuò)建為例,介紹采用數(shù)值模擬手段建立新建4車道和原位擴(kuò)建4車道隧道的力學(xué)計算模型,得出原位擴(kuò)建隧道的圍巖變形及力學(xué)特性,為該隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

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(shí)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。

在分析和修正已有結(jié)構(gòu)性參數(shù)的基礎(chǔ)上,首次提出了將結(jié)構(gòu)性參數(shù)直接應(yīng)用于工程實(shí)踐的思路。研究了黃土隧道開挖后圍巖結(jié)構(gòu)性的變化規(guī)律。研究得出:圍巖的結(jié)構(gòu)性參數(shù)與徑深和洞徑密切相關(guān);隨著徑深的增大,拱頂方向上圍巖的結(jié)構(gòu)性參數(shù)均呈現(xiàn)出先減小后增大的規(guī)律,存在一個最小值。與開挖前原狀土的結(jié)構(gòu)性參數(shù)相比,圍巖的結(jié)構(gòu)性損失在距拱頂約1.7～2.5m時達(dá)到最大。隨著洞徑的增大,開挖對圍巖黃土的擾動增強(qiáng),拱頂方向上圍巖的結(jié)構(gòu)性減弱,結(jié)構(gòu)性參數(shù)的最小值變化不大,但最小值發(fā)生的位置逐漸遠(yuǎn)離拱頂。最后,提出了以圍巖結(jié)構(gòu)性損失最大為依據(jù)判斷圍巖松動圈的新方法。分析表明,黃土隧道圍巖的松動圈在1.7～2.5m變化。

含水量對蘭州黃土剪切強(qiáng)度特性的影響——通過對蘭州黃土不同含水量試樣進(jìn)行一系列三軸不固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)，探討了含水量對蘭州黃土剪切強(qiáng)度參數(shù)的影響，并從黃土結(jié)構(gòu)性上做出了合理的解釋．同時在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了粘聚力、內(nèi)摩擦角與含水量的關(guān)系表達(dá)式．

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(shí)踐證明：效果較好，...

新九燕山隧道紅黏土段圍巖變形規(guī)律分析及控制技術(shù)——新九燕山隧道是包西鐵路二線控制性工程，其中有2km左右的紅黏土圍巖。首先通過現(xiàn)場取樣，對紅黏土進(jìn)行了物理特性和力學(xué)特性分析。在此基礎(chǔ)上，采用了flac軟件對紅黏土圍巖的變形進(jìn)行了模擬分析，同時考慮...

通過有限元模擬隧道臺階法施工,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,基于突變理論對拱頂沉降進(jìn)行分析,研究圍巖突變時機(jī).結(jié)果表明:隧道開挖對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).

目前,我國煤礦已經(jīng)進(jìn)入深部開采階段,巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重給巷道施工和生產(chǎn)勞動構(gòu)成威脅。在復(fù)雜高地應(yīng)力條件下,確保圍巖穩(wěn)定是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要前提。因此,研究圍巖變形規(guī)律具有重要意義。周邊位移測量是一種簡單有效的研究圍巖變形規(guī)律的方法,可以獲得最直觀的巷道圍巖應(yīng)力變化狀態(tài),為判斷巷道穩(wěn)定性提供可靠的依據(jù),從而指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)計和施工。

文章統(tǒng)計分析了大斷面黃土隧道初期支護(hù)變形量,研究了大斷面黃土隧道變形規(guī)律及預(yù)留變形量合理取值范圍。大斷面黃土隧道變形規(guī)律表現(xiàn)為:隧道拱頂、拱腳下沉差異小,隧道開挖后拱部將產(chǎn)生一定程度的整體下沉;隧道拱頂下沉量均大于水平收斂;初期支護(hù)封閉后,隧道周邊位移基本上不再發(fā)展;當(dāng)隧道埋深小于40m時,隧道變形量較大且規(guī)律不明顯;當(dāng)隧道埋深大于40m時,隧道變形量分布相對集中。經(jīng)過對現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知:在ⅳ級圍巖條件下,大斷面黃土隧道預(yù)留變形量可取10～15cm;在ⅴ級圍巖條件下,大斷面黃土隧道預(yù)留變形量可取25～28cm。

富水黃土圍巖含水量變化對隧道穩(wěn)定性影響的數(shù)值模擬分析——在富水黃土地區(qū)進(jìn)行隧道建設(shè)，若采用排水法施工將涉及施工階段和運(yùn)營階段的降水。由于地下水位降低，黃土圍巖含水量將發(fā)生變化，進(jìn)而對隧道變形及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。文章以zx客運(yùn)專線zm富水黃土隧道dk2...