堡镇隧道高地应力软弱围岩段施工大变形数值模拟预测研究

堡镇隧道高地应力顺层偏压软岩大变形段的快速施工技术 孙伟亮 (中铁十四局集团有限公司,济南250014) 摘要:堡镇隧道的主要工程地质特点是在高地应力、顺层偏压、软岩地质条件下隧道发生大变形。在对国内外高地应力软岩隧道 施工技术研究现状基础上,分别对顺层偏压地层和高地应力顺层偏压地层隧道施工力学行为分析,制定了“超前支护、初支加强、合 理变形、先放后抗、先柔后刚、刚柔并济、及时封闭、底部加强、改善结构、地质预报”的快速施工原则和总体方案。通过对开挖方法、 通风方式、机械设备配套技术及管理技术等方面的综合攻关,实现了同类工程安全无事故条件下的快速施工。 关键词:高地应力;顺层偏压;软岩大变形;隧道;快速施工技术 中图分类号:u455文献标志码:b文章编号:1672-741x(2009)01-

宜万铁路堡镇隧道穿越地层大部分为砂质页岩和粉砂质页岩,局部为炭质页岩,岩层软弱、节理较发育;隧道埋深大,地应力高,围岩强度低,高地应力软岩大变形区段长,施工过程中发生了严重的大变形。主要介绍高地应力软岩大变形段的施工措施,即:采用小导管注浆超前支护、采用短台阶和双侧壁相结合的开挖方法,初期支护采用喷混凝土+型钢钢架+锚杆+钢筋网的支护措施,控制每环仰拱开挖长度不超过4m,及时封闭成环,及时施做二次衬砌,对隧道高地应力软岩段的预留变形量为15～30cm,确保了隧道顺利通过软岩大变形区段。

在施工过程中围岩变形规律对高地应力隧道施工控制大变形非常关键,也是选择隧道开挖方式、支护型式、支护参数、支护时机的技术依据。采用有限元数值模拟分析对高地应力大变形隧道采用台阶法开挖过程中的围岩变形规律进行数值模拟分析,并针对其开挖过程中的预留核心土长度对变形的影响进行了探讨,提出了合理的台阶长度和核心土长度,其结果对高地应力大变形隧道的设计与施工具有指导作用。

长大隧道软弱围岩段施工大变形预测是保证长大隧道施工安全和工程质量的重要措施。结合宜万铁路堡镇隧道工程,运用bp神经网络和遗传算法进行长大隧道软岩段施工大变形预测。采用遗传算法自动搜索使bp神经网络训练效果最优的网络参数,形成能够反映变形与时程高度非线性和不确定关系的ga-bp算法,建立预测智能模型。将预测时间点输入此智能模型,由bp神经网络优异的泛化性能获得该时间点的变形预测值。堡镇隧道应用结果表明,ga-bp算法具有很高的预测精确度,对连续5d隧道变形预测的最大误差仅为6.68%,完全满足长大隧道软岩段施工大变形预测的需要。

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力。基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的bp人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移。利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律。该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合。采用flac3d软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性。计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道dyk307+900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态。

**资讯http://www.***.*** **资讯http://www.***.*** **资讯http://www.***.*** **资讯http://www.***.*** **资讯http://www.***.*** **资讯http://www.***.***

文章结合武宁一吉安高速公路隧道工程，以ⅳ级围岩为对象，采取模型试验和数值模拟相结合的方法，分别对拱顶上方有、无断层两种情况下隧道开挖引起的同岩塌方破坏的渐进性过程以及岩体内部的应力演化规律开展研究，从而为隧道塌方事故的预防和支护结构设计提供借鉴和参考。研究结果表明：（1）隧道开挖后，拱腰以下岩体往往因应力集中程度较高而率先剪切破坏；（2）当有断层存在时，隧道开挖使得断层下盘岩体处于悬挑状态而容易出现拉剪破坏；（3）隧道开挖主要对自两侧拱脚向上与水平面成45°＋φ／2范围内的岩体有影响，而塌落破坏的岩体只占此影响区域的一小部分；（4）断层的存在使得拱顶上方岩体径向压力在隧道开挖后更易于ⅲ现降低，且应力降低范围相对无断层时的要大；（5）当无断层存在时，拱顶上方岩体切向应力集中是伴随着岩体的开裂和塌落而逐步由隧道周边向外侧发展的，而当有断层存在时，拱顶上方切向应力集中则出现在距拱顶更远的位置。

结合宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形地段的施工实践,针对砂质粉砂质页岩、泥质页岩、炭质页岩、砂质泥岩、炭质泥岩等软岩地层在高地应力作用下的变形特征,总结出一套相对有效的高地应力软岩大变形隧道施工应对技术措施。

高地应力下隧道的围岩变形是岩体力学的关键问题之一,甘肃关山隧道埋深较大,在穿越高地应力区域时极易出现围岩失稳、塌方及支护结构大变形等现象。选取隧道典型试验段,通过数值计算及数据监测,对其大变形规律和防控技术进行了研究,进而得到了隧道围岩的变形和应力分布规律。根据分析结果,建议隧道衬砌施工时采用柔性支护的理念进行设计,优化边墙曲率,加大预留变形量,采取径向注浆加固及降低扰动。实践表明,一系列防控措施有效控制了围岩变形,降低了隧道施工风险,可为以后类似工程的设计和施工提供实践借鉴。

以渝宜高速公路某隧道为工程背景,采用理想弹塑性材料本构关系及drucker-prager屈服准则建立二维有限元模型,对软弱围岩公路隧道开挖进行了数值模拟,得到了隧道施工过程中各阶段围岩的应力、应变以及隧道支护结构中的内力变化情况,并将数值模拟结果与监控量测数据进行了对比分析,判定软弱岩体的稳定性及支护参数选取的合理性。研究成果为公路隧道施工安全选择提供了必要的依据和一定的参考价值。

低地应力区地下洞室围岩变形破坏有限元数值模拟研究——低地应力状态对相关工程岩体变形破坏和稳定性有重要影响，以西安市黑河水利地下工程泄洪洞为例，采用弹塑性二维有限元法通过对低地应力区地下洞室开挖后围岩变形破坏进行了数值模拟研究。模拟结果表明：...

在建都汶高速公路龙溪隧道为高地应力、高瓦斯隧道,针对龙溪隧道高地应力挤压变形的特殊性,分析了隧道施工过程中因高地应力造成的隧道大变形的特点,分析了大变形机理,在此基础上对典型地段进行了数值分析,确定了大变形地段安全、经济、合理的支护参数。龙溪隧道大变形段后续施工实践表明,数值分析确定的支护参数和论文提出的施工措施有效地限制了隧道的高地应力挤压变形,确保了隧道的施工安全。龙溪隧道的施工实践为高地应力隧道的施工提供了有意义的技术资料,可供同类隧道施工借鉴。

结合木寨岭隧道的实际施工方法,采用三维有限元软件midas/gts,分别对隧道的4种施工方法进行数值模拟,4种施工方法分别为全断面法、二台阶法、三台阶法和超前导洞扩挖法。选取适当的物理力学参数进行数值建模,从模拟结果中提取拱顶沉降、水平收敛、隧道应力、塑性区等数据进行对比分析,从而得出最优的施工方法,即适用于高地应力软岩隧道的施工方法,以及相应的支护措施。并在讨论部分引用类似状况隧道实测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力软岩隧道设计施工提供一定的参考。

结合木寨岭隧道的实际施工方法,采用三维有限元软件midas/gts,分别对隧道的4种施工方法进行数值模拟,4种施工方法分别为全断面法、二台阶法、三台阶法和超前导洞扩挖法.选取适当的物理力学参数进行数值建模,从模拟结果中提取拱顶沉降、水平收敛、隧道应力、塑性区等数据进行对比分析,从而得出最优的施工方法,即适用于高地应力软岩隧道的施工方法,以及相应的支护措施.并在讨论部分引用类似状况隧道实测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力软岩隧道设计施工提供一定的参考.

结合木寨岭隧道的实际施工方法,采用三维有限元软件midas/gts,分别对隧道的4种施工方法进行数值模拟,4种施工方法分别为全断面法、二台阶法、三台阶法和超前导洞扩挖法。选取适当的物理力学参数进行数值建模,从模拟结果中提取拱顶沉降、水平收敛、隧道应力、塑性区等数据进行对比分析,从而得出最优的施工方法,即适用于高地应力软岩隧道的施工方法,以及相应的支护措施。并在讨论部分引用类似状况隧道实测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力软岩隧道设计施工提供一定的参考。

围岩及支护结构的位移、应力分布变化规律是隧道开挖是否安全的评价标准。针对隧道开挖计算的复杂性，采用有限元对其建立三维数值模拟。利用ansys对隧道开挖过程进行模拟，得到支护结构的位移、应力分布变化规律。数值计算结果表明，竖向最大位移发生在拱顶处，而支护最大压应力出现在拱腰。

我国幅员辽阔，地形地质条件复杂。随着高速铁路、公路等基础设施快速发展，山岭隧道建设的工程规模逐渐增大，遇到的复杂不良地质情况也越来越多，给隧道施工带来极大危害。本文根据湖北省宜巴高速17标段峡口隧道大变形进行了分析，总结出高地应力软弱地段隧道施工技术措施，软岩隧道塌方的原因，主要与地下水、围岩地质、施工情况等因素有关系。但针对不同的软岩隧道，其塌方原因又各有差异。仅供业内人士参考。

隧道工程围岩大变形及预测预报研究

以实际工程为例,根据工程地质情况,采用注浆加固的方法对隧道软弱围岩进行加固,取得良好的加固效果,解决了岩体坍塌的问题。

以九寨沟至绵阳高速公路隧道工程概况为切入点,就软弱围岩大变形段注浆加固的力学参数、时间确定以及具体的施工技术运用,进行细致地探讨研究,期望为优化大变形段的施工效率与作业安全性,提升整个公路隧道工程的施工进度与经济效益,提供有益的参考.

随着近些年来我国交通行业的快速发展；隧道工程数量和规模都在快速增加；在隧道施工过程中不可避免的会遭遇到软弱围岩的情况；这种隧道的整体强度相对较低；非常容易发生大变形的问题；所以加强其施工技术水平；有效进行施工控制是非常重要的.本文主要分析软弱围岩隧道大变形施工控制技术内容；希望能够对相关人士有所帮助.

结合某软弱围岩隧道实体工程,对软弱围岩隧道大变形施工控制技术进行研究,归纳了其围岩大变形破坏特征,分析了软弱围岩隧道大变形的产生原因,从施工工艺、施工控制方面提出了防止软弱围岩隧道产生大变形的措施和方法。