彈塑性理論的隧道圍巖穩(wěn)定性簡(jiǎn)易評(píng)價(jià)法

結(jié)合熊渡隧道的工程實(shí)踐,通過拱頂沉降、錨桿應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)和數(shù)值計(jì)算工作,研究了復(fù)雜地質(zhì)條件下巖溶隧道全斷面爆破開挖時(shí)圍巖的穩(wěn)定性,研究結(jié)果表明,熊渡隧道ⅴ級(jí)圍巖段的破碎帶采用現(xiàn)有的施工工藝和支護(hù)參數(shù)是可行的,圍巖變形可控,支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)效果顯著,圍巖基本穩(wěn)定。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性研究的方法呈現(xiàn)出各種各樣。文章通過資料的查閱,總結(jié)了隧道圍巖穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀,在前人研究的基礎(chǔ)上分析了其以后的發(fā)展趨勢(shì)。

針對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的模糊性和主觀影響問題,建立基于博弈-可拓理論的隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)模型。該模型采用巖石單軸抗壓強(qiáng)度、巖體質(zhì)量指標(biāo)、完整性系數(shù)、體積節(jié)理數(shù)、聲波縱波波速值、地下水滲水量作為隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo),運(yùn)用關(guān)聯(lián)函數(shù)法、熵權(quán)法和改進(jìn)層次分析法單獨(dú)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)系數(shù),利用博弈論組合賦權(quán)確定所得3個(gè)權(quán)系數(shù)的最優(yōu)組合權(quán)系數(shù),以此計(jì)算出待評(píng)隧道圍巖關(guān)于各穩(wěn)定性等級(jí)的加權(quán)關(guān)聯(lián)度,根據(jù)計(jì)算結(jié)果判定待評(píng)隧道圍巖穩(wěn)定性等級(jí)。實(shí)例計(jì)算表明:運(yùn)用博弈-可拓理論評(píng)價(jià)隧道圍巖穩(wěn)定性等級(jí),綜合了主客觀因素,使評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理可靠,為隧道風(fēng)險(xiǎn)控制與安全管理提供了新的依據(jù)。

通過曼歇2號(hào)隧道中導(dǎo)洞開挖中的地質(zhì)素描和資料收集,依據(jù)掌子面和兩壁出露的地質(zhì)體的巖性、節(jié)理、巖體結(jié)構(gòu)類型、地質(zhì)構(gòu)造特征等綜合特征,沿其走向、傾向和傾角的延伸推斷工作面短距離前方的地質(zhì)情況,應(yīng)用赤平投影分析法對(duì)正洞的圍巖穩(wěn)定性和邊坡的變形破壞做出定性和定量分析,從而預(yù)測(cè)兩側(cè)正洞的地質(zhì)情況,對(duì)連拱隧道上、下行線正洞的施工予以指導(dǎo)和控制,進(jìn)而達(dá)到短期預(yù)報(bào)的目的。

隧道是修建在底層中的工程結(jié)構(gòu),在挖開地層并把隧道襯砌修建在地層內(nèi)的過程中和以后,地層始終對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用,本文在提出圍巖穩(wěn)定性基本判據(jù)的基礎(chǔ)上,著重對(duì)公路隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。

隧道圍巖穩(wěn)定性的模糊評(píng)價(jià)研究——隧道工程是受各種復(fù)雜因素影響的地下結(jié)構(gòu)工程，雖然通過監(jiān)測(cè)工作得到的隧道凈空位移變形可以一定意義上有效反映隧道是否穩(wěn)定，但是卻無法對(duì)隧道的整體穩(wěn)定性情況做出合理的判斷．為了更好地解決這一問題，利用模糊數(shù)學(xué)的原理對(duì)...

圍巖穩(wěn)定性受眾多的因素影響，主要影響圍巖穩(wěn)定性的因素有圍巖的巖性和力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、地下水、工程因素。圍巖的支護(hù)方法和開挖的方式都是由圍巖的穩(wěn)定性決定的[1]，因此正確合理的評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性，對(duì)隧道施工合理性和運(yùn)營(yíng)安全性都起到了重要的作用。文章以何家莊隧道為例，通過勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)施工開挖圍巖揭露，以工程地質(zhì)分析法從圍巖巖性、結(jié)構(gòu)面特征等方面對(duì)圍巖開挖穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

在尚家灣隧道施工期間,曾預(yù)報(bào)并揭露大型溶洞,溶洞的存在給隧道施工帶來極大的安全隱患。以尚家灣隧道為背景,開展數(shù)值試驗(yàn)。通過對(duì)比隧道前方有、無溶洞條件下開挖工況,從位移、應(yīng)力、塑性區(qū)3個(gè)方面分析了隧道前方大型溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究表明:對(duì)于本工程而言,溶洞對(duì)隧道底部和左側(cè)拱腰的影響要大于對(duì)隧道頂部及右側(cè)拱腰的影響;隧道前方存在大型溶洞條件下塑性區(qū)體積隨開挖位置呈指數(shù)增長(zhǎng)。隧道前方無溶洞條件下,塑性區(qū)體積隨開挖位置呈線性增長(zhǎng),即溶洞的存在大大加速了隧道開挖塑性破壞區(qū)的增長(zhǎng)。該研究對(duì)巖溶地區(qū)隧道安全施工具有一定的指導(dǎo)意義。

本文通過對(duì)隧道的拱頂下沉、水平收斂等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,確定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法,得出了該隧道不同圍巖巖性對(duì)隧道圍巖變形的影響,確保了隧道的安全施工。采用多項(xiàng)式、乘冪、指數(shù)函數(shù)等分別對(duì)水平收斂量及拱頂量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,從而判斷圍巖的穩(wěn)定性。

隧道圍巖穩(wěn)定性分析及其控制

結(jié)合貴廣鐵路棋盤山隧道施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,研究隧道爆破近區(qū)圍巖振動(dòng)規(guī)律以及穩(wěn)定性。對(duì)棋盤山隧道掌子面后方拱頂5m范圍內(nèi)圍巖的爆破振動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)試和分析,結(jié)果表明:隧道爆破近區(qū)圍巖的振動(dòng)傳播速度隨爆破的比例距離呈冪指數(shù)衰減,棋盤山隧道ⅲ級(jí)圍巖的冪指數(shù)為-0.62。對(duì)爆破施工隧道的穩(wěn)定性研究表明:隧道塌方主要是巖塊沿著節(jié)理面滑動(dòng)造成的,與節(jié)理面的抗剪強(qiáng)度和巖塊的大小及形狀相關(guān)。最不穩(wěn)定拱頂位置關(guān)鍵塊掉落的臨界爆破振動(dòng)速度,隨關(guān)鍵塊高度的增大而增大,而隨關(guān)鍵塊長(zhǎng)度和寬度的增大而減小。因此,可根據(jù)隧道圍巖關(guān)鍵塊的形狀和位置,計(jì)算關(guān)鍵塊的臨界爆破振動(dòng)速度,進(jìn)而得到保證關(guān)鍵塊不掉落的炸藥量,以控制圍巖穩(wěn)定,確保隧道施工安全。

公路隧道圍巖穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀與展望

通過建立有限元、離散元兩種數(shù)值力學(xué)模型,開展開挖跨度對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律研究。結(jié)果表明:在不考慮洞室形狀影響的前提下,當(dāng)圍巖按連續(xù)介質(zhì)假設(shè),且開挖后仍處于彈性應(yīng)力狀態(tài)時(shí),單純?cè)黾铀淼篱_挖跨度對(duì)圍巖應(yīng)力狀態(tài)影響不大;但若開挖后進(jìn)入彈塑性應(yīng)力狀態(tài),則單純加大開挖跨度會(huì)導(dǎo)致塑性區(qū)半徑大幅度增加,影響圍巖穩(wěn)定。當(dāng)圍巖按非連續(xù)介質(zhì)假定時(shí),巖體失穩(wěn)主要呈現(xiàn)節(jié)理面間剪切滑移。開挖跨度增大相當(dāng)于隧道跨度與巖塊的相對(duì)尺度增大,隧道關(guān)鍵塊體失穩(wěn)概率加大,對(duì)于相同產(chǎn)狀節(jié)理巖體,關(guān)鍵塊體出現(xiàn)部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道開挖的應(yīng)力擾動(dòng)區(qū)內(nèi)遭遇節(jié)理的組數(shù)增加,組數(shù)越多,巖體越破碎,失穩(wěn)概率越大,且失穩(wěn)模式各有不同,增加了支護(hù)難度。

針對(duì)2種不同施工順序?qū)Φ叵露词覈鷰r穩(wěn)定性的影響,其一是先開挖地下隧道,后修建地面建筑,分析了隧道洞頂?shù)某两滴灰?、洞室圍巖的變形、塑性區(qū)、拉壓破壞區(qū)等;其二是先修建地面建筑地面建筑先完成,后開挖地下隧道,分析了地下隧道的受力、變形、破壞區(qū)以塑性區(qū)等。通過分析得出了前一種施工順序更為有利的結(jié)論。

以納溪高速公路敘嶺關(guān)隧道為背景,以方形溶洞為例,運(yùn)用三維有限元方法分析隧道側(cè)部溶洞對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明:隨著隧道的不斷推進(jìn),右拱腳附近豎向位移和最大主應(yīng)力有較明顯的增加;拱頂、拱底圍巖變形有朝溶洞方向位移的趨勢(shì);側(cè)部溶洞對(duì)圍巖的影響范圍大約是2倍隧道洞徑,對(duì)1倍隧道洞徑內(nèi)的圍巖及側(cè)部溶洞應(yīng)及時(shí)處理。隧道圍巖位移、應(yīng)力的變化規(guī)律可為巖溶處理、支護(hù)時(shí)機(jī)提供依據(jù)。

對(duì)巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性理論和分析方法的發(fā)展進(jìn)行了梳理,并對(duì)當(dāng)前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和在工程實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了全面闡述,在此基礎(chǔ)上分析了巖溶隧道圍巖穩(wěn)定性研究的主要發(fā)展方向,并總結(jié)了當(dāng)前該領(lǐng)域研究中存在的一些問題,為今后的研究提供參考。

針對(duì)tsp超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)的不足,通過對(duì)反射波信息的精細(xì)分析,結(jié)合地質(zhì)勘查資料及現(xiàn)場(chǎng)施工情況,并通過tsp反射信息獲取前方巖體部分力學(xué)參數(shù),對(duì)隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行靶向超前數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)比分析不同施工工法下的圍巖位移變化特征、塑性區(qū)及孔隙水壓分布情況。結(jié)果表明,相較于二臺(tái)階法,三臺(tái)階法施工的圍巖拱頂下沉、凈空收斂及塑性區(qū)分布等均較小,二臺(tái)階法施工的圍巖變化位移亦在規(guī)范允許范圍之內(nèi),圍巖狀況穩(wěn)定,對(duì)隧道高風(fēng)險(xiǎn)段施工工法轉(zhuǎn)換及圍巖穩(wěn)定性的超前分析有一定的參考價(jià)值。

為保證雪山梁隧道隧道開挖過程中的施工安全,文中詳細(xì)介紹了圍巖變形監(jiān)測(cè)方案與斷面布設(shè)方法,并借助bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超強(qiáng)非線性擬合能力,對(duì)斷面k11+603的拱頂沉降位移和周邊收斂位移實(shí)測(cè)值進(jìn)行了回歸分析。分析結(jié)果表明:bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型能較好的擬合拱頂沉降位移和周邊收斂位移實(shí)測(cè)值,可以作為圍巖穩(wěn)定性判定的依據(jù)。

隧道圍巖穩(wěn)定性分析是該工程領(lǐng)域亟需解決的問題。本文主要針對(duì)圓形斷面隧道圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析,建立了合適的地質(zhì)模型,分析了隧道開挖過程中,隧道圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用力的變化規(guī)律,為今后的相關(guān)研究提供了一個(gè)思路。

應(yīng)用關(guān)鍵塊體法對(duì)山西某隧道圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)及超前預(yù)測(cè),并將其所得結(jié)果與掌子面編錄及野外踏勘結(jié)果相結(jié)合,得到了較滿意的分析結(jié)果,最后詳細(xì)闡述了關(guān)鍵塊體法在應(yīng)用實(shí)踐中存在的優(yōu)缺點(diǎn),并提出了合理的建議,為以后類似的工程提供借鑒。

以石牌嶺隧道圍巖工程為例,參照國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,選取6個(gè)主要影響因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo),將巖體質(zhì)量等級(jí)分為5級(jí),采用z-scores標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳統(tǒng)熵權(quán)加以修正并應(yīng)用到模型中,保證了評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確性。通過構(gòu)建隧道巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)屬性決策矩陣,再由級(jí)別特征值來確定所屬級(jí)別,進(jìn)而對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。該模型不僅能預(yù)測(cè)圍巖等級(jí),還能對(duì)同等級(jí)圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行排序,通過與可拓法評(píng)價(jià)結(jié)果的比較分析,驗(yàn)證了該方法的合理性與優(yōu)越性,為隧道圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了新的思路。

海底隧道圍巖穩(wěn)定性分析現(xiàn)狀及方法——隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)正處于隧道建設(shè)的高潮時(shí)期，在隧道建設(shè)上我國(guó)每年都投入大量的人力、物力和財(cái)力，這就迫切需要實(shí)現(xiàn)隧道建設(shè)高效與經(jīng)濟(jì)。隧道施工過程中，洞室周圍巖體發(fā)生應(yīng)力重新分布，當(dāng)這種重新分布應(yīng)力超過圍...