含水量及凍融循環(huán)對(duì)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(cè)技術(shù)——結(jié)合鄭西鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)高橋大斷面黃土隧道的監(jiān)控量測(cè)工作，詳細(xì)介紹了無(wú)尺量測(cè)技術(shù)的觀測(cè)系統(tǒng)、觀測(cè)方法、觀測(cè)要點(diǎn)和觀測(cè)精度，以及量測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算、應(yīng)用和回歸分析方法，為類(lèi)似軟弱隧道的監(jiān)控量測(cè)工作提供參考和借鑒。

針對(duì)濕地隧道在我國(guó)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較少,其監(jiān)控量測(cè)在施工中的應(yīng)用也相對(duì)困難的現(xiàn)狀,通過(guò)對(duì)菩薩崗濕地隧道進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè),對(duì)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(cè)并最終得出了圍巖穩(wěn)定結(jié)論。

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論,以滬昆客專(zhuān)高家屯隧道監(jiān)控量測(cè)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(jí)別、時(shí)間因素和施工因素等呈正相關(guān),并與隧道圍巖級(jí)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(duì)確定合理的隧道二次襯砌時(shí)間具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

為確保隧道建筑限界準(zhǔn)確,一般將隧道設(shè)計(jì)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(guò)臨界值,造成預(yù)警頻繁,對(duì)施工進(jìn)度造成一定的影響。通過(guò)對(duì)拱頂沉降和周邊收斂實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(duì)軟巖隧道監(jiān)控量測(cè)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(kāi)挖過(guò)程中的圍巖變形特性.提出了巖溶區(qū)全斷面開(kāi)挖隧道圍巖變形時(shí)空曲線(xiàn)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(shí)機(jī).并運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果驗(yàn)證了所提出的巖溶區(qū)全斷面開(kāi)挖隧道圍巖變形規(guī)律的正確性.

隧道圍巖變形監(jiān)測(cè)及變形規(guī)律分析

為掌握秦嶺終南山特長(zhǎng)公路隧道的圍巖變形規(guī)律,采用sjw-ⅳ收斂計(jì)對(duì)秦嶺終南山公路隧道進(jìn)行圍巖變形量測(cè),并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)應(yīng)用對(duì)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(duì)數(shù)函數(shù)規(guī)律,且實(shí)測(cè)值和計(jì)算值都很小,可保證隧道的施工安全和質(zhì)量,從而為類(lèi)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(tái)階法、預(yù)留核心土法和三臺(tái)階法施工時(shí)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(tái)階法造成的拱頂沉降值較大,三臺(tái)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(tái)階法周邊收斂值最大、三臺(tái)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(tái)階法施工造成的地表沉降最明顯,三臺(tái)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(shí),注漿過(guò)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?；跐B流-應(yīng)力耦合理論,選取典型隧道開(kāi)挖斷面,建立注漿作用下滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用comsol多物理場(chǎng)耦合軟件分析注漿過(guò)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(jí)為ⅴ時(shí),注漿過(guò)程中注漿壓力不斷向隧道周?chē)貙又袛U(kuò)散與傳遞,滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布隨注漿孔深度增加呈現(xiàn)衰減趨勢(shì);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(guò)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(guò)對(duì)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(kāi)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(shí)空效應(yīng)、變形破壞類(lèi)型以及圍巖變形與支護(hù)時(shí)機(jī)之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,對(duì)全斷面開(kāi)挖的雙線(xiàn)公路隧道施工過(guò)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(kāi)挖步進(jìn)行的變化規(guī)律,并對(duì)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(duì)控制圍巖變形具有重要作用.

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(lèi)、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。

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(kāi)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(guò)多次擾動(dòng)后,經(jīng)受的應(yīng)力狀態(tài)錯(cuò)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(chē)道和原位擴(kuò)建4車(chē)道隧道的力學(xué)計(jì)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(jì)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(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài),采取分部開(kāi)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(zhuān)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(kāi)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(gè)最小值。與開(kāi)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(shí)達(dá)到最大。隨著洞徑的增大,開(kāi)挖對(duì)圍巖黃土的擾動(dòng)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(dòng)圈的新方法。分析表明,黃土隧道圍巖的松動(dòng)圈在1.7～2.5m變化。

含水量對(duì)蘭州黃土剪切強(qiáng)度特性的影響——通過(guò)對(duì)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(duì)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?zhuān)瑫r(shí)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(guò)圍巖量測(cè)掌握圍巖變形動(dòng)態(tài)，采取分部開(kāi)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，...

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(xiàn)控制性工程，其中有2km左右的紅黏土圍巖。首先通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，對(duì)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(duì)紅黏土圍巖的變形進(jìn)行了模擬分析，同時(shí)考慮...

文章統(tǒng)計(jì)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(kāi)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(shí),隧道變形量較大且規(guī)律不明顯;當(dāng)隧道埋深大于40m時(shí),隧道變形量分布相對(duì)集中。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析可知:在ⅳ級(jí)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(jí)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(duì)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(yíng)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(duì)隧道變形及穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。文章以zx客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)zm富水黃土隧道dk2...

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(xiàn)、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(kāi)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

針對(duì)西北地區(qū)某黃土隧道淺埋開(kāi)挖現(xiàn)象,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘察和巖石力學(xué)試驗(yàn),并運(yùn)用有限單元法,使用mi-das/gts數(shù)值模擬軟件,對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究。通過(guò)研究,對(duì)該隧道圍巖位移和應(yīng)力變化規(guī)律做出了客觀評(píng)價(jià),為隧道下一步的施工方案、監(jiān)測(cè)方案的制定提供決策依據(jù),對(duì)實(shí)際施工有著重要的指導(dǎo)意義。