六盤山深埋隧洞工程圍巖變形特征及定性預(yù)測研究

tbm施工過程中,為防止軟巖變形導(dǎo)致卡機事故的發(fā)生,需要對圍巖變形進行準確的預(yù)測。以巴基斯坦n-j水電站為研究對象,通過對圍巖變形監(jiān)測數(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)對大埋深洞段的圍巖變形進行預(yù)測。結(jié)果表明,tbm在軟巖段掘進過程中,圍巖除了產(chǎn)生明顯的彈塑性變形外還會出現(xiàn)明顯的蠕變變形,且蠕變變形在tbm在開挖后的幾小時內(nèi)會迅速增加,增大了tbm卡機風(fēng)險。建議tbm在軟巖段掘進過程中,在保證安全的前提下盡可能快速通過。

圍巖變形的時效特征與預(yù)測的研究——在假設(shè)圍巖地層的性態(tài)服從三元件粘彈性模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合對宜興抽水蓄能電站地下廠房試驗洞位移量測數(shù)據(jù)的分析，提出一種確定地層時效特征參數(shù)和預(yù)報地層變形的方法。內(nèi)容包括在考慮試驗洞開挖面空間效應(yīng)影響的前提下對現(xiàn)...

以廈蓉高速(貴州境)榕江格龍—都勻段計擺隧道都勻端右線洞口淺埋段為研究對象,基于監(jiān)控量測信息包括收斂位移、拱頂下沉、地表位移及斷面輪廓等,準確的獲取該段圍巖變形特征,為施工決策提供科學(xué)依據(jù)。

六盤山隧道高軟巖大變形段施工方案 一、工程概況 1、設(shè)計概況 本擬建工程為青島至蘭州公路（寧夏境）東山坡至毛家溝段高速公路，是國 家高速公路規(guī)劃網(wǎng)中18條橫線的第6條，是國家高速公路網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)和組成 部分，本合同段為第4合同段，合同段起點里程k12+500，終點里程k18+601.7， 合同段全長6.1017km，施工內(nèi)容包括路基、橋梁、涵洞、隧道等施工內(nèi)容。本 合同段重點工程為六盤山隧道工程出口段，隧道左線長3210m，右線長3260m。 計劃施工工期33個月，計劃開工日期：2012年7月，計劃交工日期：2015 年3月。缺陷責(zé)任期為自實際交工日期起24個月。 2、地質(zhì)情況 隧道洞身穿越白堊系下統(tǒng)李洼峽組泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及第三系漸新統(tǒng) 清水營組磚紅色粉砂質(zhì)泥巖夾砂礫巖，結(jié)構(gòu)較完整，穩(wěn)定性相對較好，圍巖級別 ⅳ級。洞身軸部穿越米缸山大

利用三維拉格朗日有限差分法對某深埋隧洞工程進行分步開挖支護數(shù)值模擬,對比分析了隧洞在無支護、錨桿支護、襯砌支護及復(fù)合支護下圍巖的應(yīng)力、位移和塑性區(qū)分布,對地下隧洞工程設(shè)計與施工提供了參考依據(jù)。

某工程引水隧洞施工過程中軟質(zhì)圍巖洞段出現(xiàn)了嚴重的洞室變形、掌子面的坍塌,為研究軟質(zhì)圍巖變形的原因及工程處理對策,根據(jù)本工程的特點和開挖洞段的技術(shù)資料,通過原位測試和試驗、監(jiān)測等手段和方法,分析論證軟質(zhì)圍巖的變形特征和機理,提出了與之相適應(yīng)的施工方法和工程處理措施。

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時機之間關(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行的變化規(guī)律,并對支護結(jié)構(gòu)控制圍巖變形的作用進行了分析,發(fā)現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)對控制圍巖變形具有重要作用.

以瀑布溝地下廠房施工期圍巖變形監(jiān)測資料為基礎(chǔ),結(jié)合施工開挖和地質(zhì)資料,分別從時間和空間維度分析地下廠房圍巖變形特征。

以三峽工程右岸淺埋地下廠房為例,基于施工期變形監(jiān)測資料及數(shù)值模擬分析,結(jié)合地質(zhì)和施工資料,對地下廠房圍巖變形特征及其機制進行分析。圍巖變形受結(jié)構(gòu)面分布、自然應(yīng)力場及地形條件等因素影響。由于地下電站區(qū)最大水平主應(yīng)力近垂直于廠房軸線,大跨度高邊墻廠房頂拱易產(chǎn)生向上抬起變形,而邊墻以近水平向卸荷變形為主,且邊墻變形明顯較頂拱變形大;與邊墻小角度相交的斷層主要表現(xiàn)為卸荷張開變形,斷層與開挖面之間的巖體變形集中;偏壓地形的山峰一側(cè)圍巖變形普遍較大。圍巖的上述變形特征表明圍巖穩(wěn)定性數(shù)值分析中應(yīng)充分考慮其相關(guān)的地質(zhì)條件,建立如實反映工程實際的地質(zhì)力學(xué)模型是成功的工程實例數(shù)值分析的前提。

為了對g312線六盤山公路隧道洞內(nèi)坍塌、結(jié)構(gòu)開裂、襯砌劣化和背后空洞等病害進行處治,通過隧道檢測、現(xiàn)場踏勘和資料收集,在充分掌握隧址區(qū)地質(zhì)條件、設(shè)計施工、維修處治資料的基礎(chǔ)上,對隧道病害原因及其發(fā)展進行分析和預(yù)測,提出了套拱加固和換拱加固2種處治方案,并從技術(shù)標準、施工安全、造價和環(huán)保角度進行加固方案論證.結(jié)果表明:隧道套拱加固方案在施工安全、造價和環(huán)境保護等方面均優(yōu)于換拱加固方案.

考慮溫度效應(yīng)時深埋洞室圍巖變形特性——選取錦屏二級水電站引水隧洞圍巖大理巖作為試樣，進行不同溫度條件下的單軸壓縮試驗，分析溫度作用對大理巖彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù)的影響。根據(jù)巖石熱傳導(dǎo)理論，在一定的簡化假設(shè)條件下，建立了深埋洞室圍巖體穩(wěn)態(tài)溫...

紅層軟巖作為一種特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有變形量大及流變性的特點,在該地質(zhì)條件下開挖隧洞可能會出現(xiàn)圍巖大變形甚至發(fā)生失穩(wěn)坍塌等安全事故。針對滇中引水工程的磨盤山隧洞部分洞段要穿過紅層軟巖地區(qū)并面臨著圍巖大變形的難題,采用有限元軟件對隧洞圍巖變形規(guī)律及支護措施進行數(shù)值分析。結(jié)果顯示:隧洞開挖后洞周發(fā)生較大的應(yīng)力集中,導(dǎo)致圍巖變形量和塑性區(qū)范圍較大,在軟弱斷層帶部位變形量高達285.5mm,塑性區(qū)深度達10m左右,遠遠大于硬巖對應(yīng)值。隧洞開挖后對圍巖進行臨時支護以及永久襯砌,兩者對減小圍巖變形量和塑性區(qū)范圍均有較為明顯的作用。

六盤山東麓地區(qū)巖溶地質(zhì)特征分析——六盤山東麓地區(qū)巖溶具有我國北方巖溶的基本特點，地表巖溶形態(tài)以常態(tài)山和干谷為主，地下巖溶以溶隙為主。該區(qū)巖溶發(fā)育程度除受巖性條件決定外，同時還受構(gòu)造因素和水動力條件的控制。在分析影響巖溶發(fā)育因素的基礎(chǔ)上，指出了...

通過深入分析西南某深埋長引水隧洞軟巖洞段地應(yīng)力鉆孔實測資料,得到了水平構(gòu)造應(yīng)力側(cè)壓系數(shù)隨隧洞埋深的變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,采用快速應(yīng)力邊界法開展數(shù)值計算,探討洞型、圍巖類別、埋深等因素對該段圍巖變形量的影響及其變化規(guī)律,開展了圍巖變形量敏感性分析。結(jié)果表明,該洞段圍巖變形量隨圍巖類別降低而增大,隨埋深增加而增大。研究成果可為該類隧洞深埋軟巖洞段開挖支護設(shè)計提供借鑒。

結(jié)合湖南省張家界市吳家邊隧道工程實例，對隧道凈距分別為隧道斷面跨度的0．5，0．75，1．0，1．25，1．5倍的雙線隧道施工過程進行三維數(shù)值分析。結(jié)果表明：臺階法和全斷面法圍巖位移變化曲線均近似呈m形，且隨著隧道凈距的減小，曲線愈顯平滑；若采用臺階法施工，小凈距隧道合理凈距應(yīng)取隧道斷面跨度的1倍，如對中夾巖及時進行適當支護，間距取隧道斷面跨度的0．75倍亦可行；若采用全斷面法施工，合理凈距應(yīng)取隧道斷面跨度的1．25倍；后行隧道豎向位移值略大于先行隧道，且隨凈距的增大，后行隧道對先行隧道的影響程度逐漸減弱。

猴子巖水電站地下廠房巖體具有地應(yīng)力高、強度應(yīng)力比低的特點,在施工過程中出現(xiàn)巖體片幫、錨頭內(nèi)陷、噴混凝土層開裂等變形現(xiàn)象。研究成果表明:未開挖時間段內(nèi)圍巖聲波波速和卸荷松弛深度以沒有明顯變化為主；開挖時間段內(nèi)圍巖巖體卸荷松弛深度多隨逐層開挖由表及里增加、圍巖聲波波速多隨逐層開挖由表及里衰減,表明猴子巖水電站地下廠房巖體變形以開挖后應(yīng)力釋放致巖體損傷以為主。

根據(jù)施工過程巖層揭露情況,結(jié)合圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù),分析圍巖變形狀況.根據(jù)施工期巖層探測結(jié)果,建立地下廠房洞室群大型有限元模型,利用變形監(jiān)測數(shù)據(jù),對地下廠房洞室群的圍巖力學(xué)參數(shù)進行反演分析;結(jié)合數(shù)值仿真結(jié)果,分析圍巖變形規(guī)律.研究結(jié)果表明:主廠房第一層開挖穿越ⅲ1,ⅲ2和ⅳ類圍巖,圍巖變形受巖層性質(zhì)影響較明顯,在iv類圍巖穿越的副廠房位置,圍巖變形較大;廠橫0+153.81斷面的變形明顯比其他斷面的大,在后續(xù)開挖過程中應(yīng)加強對ⅳ類圍巖變形的監(jiān)控量測.

根據(jù)施工過程巖層揭露情況,結(jié)合圍巖變形監(jiān)測數(shù)據(jù),分析圍巖變形狀況。根據(jù)施工期巖層探測結(jié)果,建立地下廠房洞室群大型有限元模型,利用變形監(jiān)測數(shù)據(jù),對地下廠房洞室群的圍巖力學(xué)參數(shù)進行反演分析;結(jié)合數(shù)值仿真結(jié)果,分析圍巖變形規(guī)律。研究結(jié)果表明：主廠房第一層開挖穿越ⅲ_1,ⅲ_2和ⅳ類圍巖,圍巖變形受巖層性質(zhì)影響較明顯,在ⅳ類圍巖穿越的副廠房位置,圍巖變形較大;廠橫0＋153.81斷面的變形明顯比其他斷面的大,在后續(xù)開挖過程中應(yīng)加強對ⅳ類圍巖變形的監(jiān)控量測。

針對有限元方法模擬隧道開挖過程受參數(shù)取值影響導(dǎo)致精度降低問題,提出利用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)值模擬方法來對隧道圍巖力學(xué)參數(shù)進行反演分析。對比實測值與模擬值,證明了反演參數(shù)的可靠性,并得到隧道的最大最小主應(yīng)力和位移變化值；利用強度折減法,通過數(shù)值模擬計算相應(yīng)的拱頂沉降值,通過離散點擬合來求得隧道圍巖的自穩(wěn)系數(shù),分析隧道圍巖的穩(wěn)定性。

按照圍巖是地下工程中主要的承載結(jié)構(gòu)這一設(shè)計思想,應(yīng)用彈塑性有限元法分析了錦屏二級水電站引水隧洞開挖及支護過程中圍巖的變形規(guī)律與特征、圍巖應(yīng)力分布及其變化規(guī)律、塑性區(qū)范圍,比較研究了不同滲控方案對隧洞圍巖和襯砌的工作狀態(tài)的影響,提出了較優(yōu)設(shè)計方案.圖4,表3,參6.

由于tbm掘進不同于鉆爆法,其對圍巖的損傷程度較輕,不會破壞預(yù)埋的空心包體應(yīng)力計,因此可以在現(xiàn)場預(yù)先設(shè)計位置埋設(shè)空心包體應(yīng)力計,監(jiān)測tbm掘進過程中圍巖的應(yīng)力變化。首先利用數(shù)值方法計算隧洞開挖后的二次應(yīng)力分布,分析掌子面效應(yīng)以及圍巖的起裂強度,初步確定圍巖的松弛區(qū)和損傷區(qū)范圍,在此基礎(chǔ)上確定空心包體應(yīng)力計的埋設(shè)位置和開始監(jiān)測的時間。然后通過試驗洞向tbm掘進隧洞鉆孔的方法在松弛區(qū)和損傷區(qū)分別預(yù)埋空心包體應(yīng)力計,并監(jiān)測從應(yīng)力開始變化到最后趨于穩(wěn)定的整個過程。監(jiān)測結(jié)果證明掌子面效應(yīng)的存在,應(yīng)力變化開始于掌子面前大約1倍的開挖洞徑,掌子面后0.5倍洞徑范圍內(nèi)是應(yīng)力調(diào)整最劇烈的區(qū)域,并利用空心包體應(yīng)力計針對裂紋擴展的敏感性分析圍巖損傷區(qū)范圍,最后根據(jù)應(yīng)力計的監(jiān)測成果驗證此處圍巖的起裂強度,監(jiān)測成果和數(shù)值計算結(jié)果比較吻合。本文的研究成果可以為現(xiàn)場確定損傷區(qū)范圍和巖體的起裂強度提供參考,為支護設(shè)計和支護時機的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

隨著我國資源消耗的日益增加以及資源開采的進一步發(fā)展，開采作業(yè)難度也逐漸增大，礦區(qū)井巷將位于高應(yīng)力環(huán)境之中，無疑對開采作業(yè)的難度和技術(shù)要求發(fā)出了更高的挑戰(zhàn)。本文探討了軟巖巷道圍巖變形破壞特征，并提出了利于施工的建議，以期拋磚引玉，求教于方家。