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大断面三孔小净距隧道围岩稳定性数值研究及工程实践

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土木工程学报 2022年第11期55卷 83-95页

作者：李然陈平张顶立王圣涛申志军潘红桂中铁四局集团有限公司安徽合肥230023 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044

隧道支护设计的核心目标是提高围岩自稳能力,然而大断面三孔小净距隧道围岩失稳机制尚不明确,相关控制手段也鲜有研究。依托京张高铁长城站大断面三孔小净距隧道工程,系统研究其围岩稳定特性,提出相应的控制方法,并开展工程应用。研究表... 详细信息

隧道支护设计的核心目标是提高围岩自稳能力,然而大断面三孔小净距隧道围岩失稳机制尚不明确,相关控制手段也鲜有研究。依托京张高铁长城站大断面三孔小净距隧道工程,系统研究其围岩稳定特性,提出相应的控制方法,并开展工程应用。研究表明:通过一系列三维数值分析,大断面三孔小净距隧道围岩稳定特征可以凝练为超前变形破坏大与夹岩变差易失稳;后行中洞由于受先行边洞开挖扰动的剧烈影响,造成过大超前变形和严重超前破坏,因此中洞安全状态最差;为防止围岩失稳破坏,提出纵向超前控制和横向夹岩控制两种方法,通过数值分析对超前支护参数进行优化,并研究管棚与帷幕注浆联合超前控制效果;控制措施在长城站得到工程实践,控制手段应用后,拱顶沉降减少62.5%,横向收敛缩小48.0%,围岩压力降低25.2%,有效保证隧道开挖安全。

关键词：三孔小净距隧道大断面隧道围岩稳定性超前支护中夹岩数值模拟现场实测

喜马拉雅东构造结西缘地应力特征及其对隧道围岩稳定性的影响

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岩石力学与工程学报 2022年第5期41卷 954-968页

作者：张重远杜世回何满潮秦向辉李彬陈兴强陈群策孟文黄勇中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 中国地质科学院地质力学研究所新构造与地质灾害重点实验室北京100081 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043 青海大学土木工程学院青海西宁810016

拟建川藏铁路林芝—通麦段位于喜马拉雅东构造结西侧,构造和应力环境非常复杂,查明其现今地应力特征对于铁路线路工程地质条件评价和隧道科学施工有重要的指导作用。采用水压致裂法在林芝—通麦段实施总计20个钻孔原地应力测量,根据实... 详细信息

拟建川藏铁路林芝—通麦段位于喜马拉雅东构造结西侧,构造和应力环境非常复杂,查明其现今地应力特征对于铁路线路工程地质条件评价和隧道科学施工有重要的指导作用。采用水压致裂法在林芝—通麦段实施总计20个钻孔原地应力测量,根据实测数据对该段的现今地应力特征进行研究,并对其围岩稳定性和工程灾害效应进行评价。结果表明:(1)林芝—通麦段实测主应力随埋深的增大而增加,但整体应力积累水平相对偏低,500 m以深发育走滑型应力,表明水平主应力占主导,与区域动力学环境和主要构造活动方式相一致;(2)实测SH平均方位角为N61°~72°E,与震源机制解、GPS和壳幔各向异性资料揭示的区域构造应力方向具有较好的一致性,表明其受区域构造运动方式控制;(3)林芝—通麦段隧道Ⅱ和Ⅲ级围岩以中等~极强岩爆为主,初始岩爆埋深约为400 m,岩爆风险随埋深增加而增大,其中拉月隧道发生强烈~极强岩爆比例最高;(4)基于Hoek-Brown准则预测显示,围岩脆性破坏深度随埋深增大而线性增加,其中拉月隧道最大埋深处围岩脆性破坏深度可能将达1.4倍隧道半径。

关键词：岩石力学川藏铁路喜马拉雅东构造结水压致裂法地应力岩爆脆性破坏围岩稳定性

西部矿区弱胶结地层工程围岩稳定性控制研究进展

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煤炭科学技术 2023年第1期51卷 117-127页

作者：纪洪广孙利辉宋朝阳张月征王九红孟志强北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室北京100083 矿山深井建设技术国家工程研究中心北京100013 河北工程大学矿业与测绘工程学院河北邯郸056038 北京中煤矿山工程有限公司北京100013 兖矿能源(鄂尔多斯)有限公司内蒙古鄂尔多斯017010

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很... 详细信息

我国西部矿区开采地层主要由侏罗系、白垩系地层构成,该地层岩石总体表现为强度低、胶结性差、易崩解等特性,属于弱胶结岩石。弱胶结地层工程围岩与中东部矿区地层岩石差异性较大,工作面顶板控制、巷道围岩控制等采用传统的控制技术很难有效保障工程的安全性,常出现巷道大变形失稳、工作面压架、突水、溃沙、冲击地压等灾害。通过大量的调研和室内试验,获得弱胶结岩石抗拉、抗压等力学指标远小于中东部矿区同类岩石力学指标,建立了多因素耦合作用下的弱胶结岩石的变异程度评估指标体系,初步获得了典型矿区弱胶结岩石的变异性程度。以红庆河煤矿弱胶结岩石为例,发现了弱胶结岩石在力、水等载荷作用下,具有“类相变”现象,分析了胶结度对类相变现象的影响,给出了弱胶结粗粒砂岩的“类相变”状态特征及其敏感性参数。分析了导致工作面支架压架、突水溃沙灾害发生的覆岩垮落带、断裂带动态发育规律以及巷道围岩大变形规律,推演了弱胶结地层大采高工作面不同开采阶段垮落带动态变化表达式,建立了支架-围岩相互作用模型,给出了工作面来压和非来压期间支架工作阻力;针对弱胶结地层的松散弱特性,提出了巷道围岩双壳加固技术,可为工作面安全开采和巷道围岩控制提供保障。

关键词：弱胶结岩石围岩控制围岩稳定性岩石力学双壳支护

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基于机器学习的煤巷围岩稳定性预测与应用

矿业科学学报 2023年第2期8卷 156-165页

作者：马鑫民陈攀陈晨冯文宇朱培枭王毅中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083 霍州煤电集团兴盛园煤业有限责任公司山西霍州031400

煤巷围岩稳定性分类对指导现场岩体工程设计、施工、管理具有重要的理论和工程实际意义。本文选取了影响煤巷围岩稳定性的7个关键指标,采用现场案例、调查问卷和文献计量等方法收集样本并建立了围岩稳定性分类数据库,基于6种机器学习方... 详细信息

煤巷围岩稳定性分类对指导现场岩体工程设计、施工、管理具有重要的理论和工程实际意义。本文选取了影响煤巷围岩稳定性的7个关键指标,采用现场案例、调查问卷和文献计量等方法收集样本并建立了围岩稳定性分类数据库,基于6种机器学习方法分别建立了煤巷围岩稳定性分类预测模型。经模型计算得出,神经网络和改进的支持向量机模型具有较高的预测准确性。将模型应用于霍州矿区实际工程,结果表明,神经网络和改进的支持向量机方法预测精度高、可靠性好。

关键词：围岩稳定性分类指标机器学习支持向量机神经网络

基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法探讨

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岩土力学 2020年第5期41卷 1690-1698页

作者：肖明清徐晨中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 水下隧道技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉430063

为定量评价隧道围岩的稳定性并指导支护设计,提出了隧道临界稳定断面的概念及基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法,主要包括以下内容:(1)隧道临界稳定断面就是与设计开挖断面中心埋深相同、几何形状相似在无支护状态下围岩能够自... 详细信息

为定量评价隧道围岩的稳定性并指导支护设计,提出了隧道临界稳定断面的概念及基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法,主要包括以下内容:(1)隧道临界稳定断面就是与设计开挖断面中心埋深相同、几何形状相似在无支护状态下围岩能够自稳的最大断面;(2)当设计开挖断面小于临界稳定断面时,临界稳定断面与设计开挖断面之间的围岩可以作为支护结构利用,且当其安全系数满足设计要求时,认为围岩能够长期自稳,除进行局部防护外,不需要系统支护,否则需要补充工程支护措施;(3)当设计开挖断面大于临界稳定断面时,需要进行工程支护;(4)提出了设计支护力的计算方法,即认为破坏区范围内的围岩为松散体,设计支护力Pi应能维持该松散体的稳定且具有一定的安全系数。通过该方法,对两种典型断面形式的铁路隧道的临界稳定断面进行了研究,并计算了不同围岩级别、不同埋深条件下围岩的自承载安全系数与所需的工程支护力。研究成果可以为隧道围岩稳定性的量化分析、支护设计等提供一种新的思路。

关键词：临界稳定断面围岩稳定性安全系数支护力失稳判据量化设计

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基于掘进参数的隧道围岩稳定性判识方法研究

隧道建设（中英文） 2023年第3期43卷 423-428页

作者：杨延栋盾构及掘进技术国家重点实验室河南郑州450001 中铁隧道局集团有限公司广东广州511458

为解决隧道开挖面围岩状态难以预知、超前处置不及时导致全断面隧道掘进机被卡被困的问题,通过引松供水、引汉济渭等不同隧道工程装备掘进参数与隧道围岩参数统计分析,建立贯入指数、贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系。统计结果表明... 详细信息

为解决隧道开挖面围岩状态难以预知、超前处置不及时导致全断面隧道掘进机被卡被困的问题,通过引松供水、引汉济渭等不同隧道工程装备掘进参数与隧道围岩参数统计分析,建立贯入指数、贯通指数与隧道围岩总评分的回归关系。统计结果表明:隧道掘进机贯入指数与隧道围岩总评分呈指数函数关系,贯通指数与隧道围岩总评分呈对数函数关系。在此基础上,提出基于贯入指数和贯通指数的隧道围岩稳定性判识方法,并根据滇中引水隧道工程现场围岩揭露情况对该方法的围岩类别判识结果进行验证。验证结果显示围岩判识类别与实际围岩类别基本一致,表明了该判识方法的有效性和准确性。

关键词：隧道掘进机掘进参数围岩稳定性判识方法贯入指数贯通指数

围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型

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岩土力学 2010年第8期31卷 2587-2591,2598页

作者：徐飞王珂刘造保海南省公路勘察设计院海口570206 南京大学环境学院南京210093 河海大学南京210098

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。采用粒子群算法优化投影寻踪方法,并结合属性区间识别理论,建立了围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型。选取5个围岩稳定性影响因子作为评价指标,通过构造属性测度区间函数计... 详细信息

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。采用粒子群算法优化投影寻踪方法,并结合属性区间识别理论,建立了围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型。选取5个围岩稳定性影响因子作为评价指标,通过构造属性测度区间函数计算单指标属性测度区间,利用基于粒子群优化的投影寻踪确定各评价指标的权重以计算综合属性测度区间,应用置信度准则和评分准则对围岩的稳定性进行属性识别。实例研究表明,该模型能有效的解决围岩稳定性评价问题,且评价结果科学可靠;评价模型采用投影寻踪确定权重,避免了权重确定中的主观性和随意性,保证了评价工作的客观性和准确性。

关键词：围岩稳定性投影寻踪属性区间识别理论粒子群评价

基于强度折减法的高铁隧道全断面机械化作业围岩稳定性分析及支护优化研究

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隧道建设（中英文） 2022年第3期42卷 451-462页

作者：刘雨萌张俊儒何冠男燕波王智勇西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

为研究高铁隧道全断面机械化施工下围岩的稳定性,优化初期支护参数,首先,以黄(冈)黄(梅)高速铁路刘元隧道为依托工程,通过岩石常规三轴试验获得准确可信的数值计算参数;其次,采用强度折减法求解依托工程的安全系数,以安全系数作为评价指... 详细信息

为研究高铁隧道全断面机械化施工下围岩的稳定性,优化初期支护参数,首先,以黄(冈)黄(梅)高速铁路刘元隧道为依托工程,通过岩石常规三轴试验获得准确可信的数值计算参数;其次,采用强度折减法求解依托工程的安全系数,以安全系数作为评价指标,评价围岩的稳定性;再次,以拱顶沉降位移及边墙收敛位移作为评价围岩稳定性的定量指标,对依托工程进行支护参数优化研究,得到适用于依托工程的合理初期支护参数;最后,通过现场监测数据对隧道围岩的稳定性进行验证。结果表明:1)双线高速铁路隧道全断面机械化开挖时围岩具有良好的自稳能力,且在强度折减法分析中,拱顶沉降及边墙收敛对折减系数变化较为敏感;2)可将拱顶沉降及边墙收敛作为评价指标,得到适用于依托工程的初期支护优化参数;3)现场监测数据验证了优化后支护参数的安全性和合理性。

关键词：铁路隧道强度折减法围岩稳定性支护优化现场监测全断面机械化作业

白鹤滩水电站地下厂房错动带围岩稳定性控制方法研究

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隧道建设（中英文） 2022年第1期42卷 48-56页

作者：朱永生褚卫江万祥兵欧阳秋平何炜王鹏飞中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司浙江杭州311122 浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司浙江杭州311122 中国三峡建设管理有限公司北京610042

软弱错动带C2、C4分别加剧了白鹤滩两岸主厂房围岩的变形破坏风险和程度,为研究错动带影响机制和特点,制定针对性控制措施,依据现场破坏现象、监测数据,结合理论分析和数值反馈方法考察左厂边墙揭露C2、右厂顶拱揭露C4 2种条件下的围岩... 详细信息

软弱错动带C2、C4分别加剧了白鹤滩两岸主厂房围岩的变形破坏风险和程度,为研究错动带影响机制和特点,制定针对性控制措施,依据现场破坏现象、监测数据,结合理论分析和数值反馈方法考察左厂边墙揭露C2、右厂顶拱揭露C4 2种条件下的围岩开挖力学响应特点和破坏机制,提出错动带不利影响控制措施,并评价工程措施的有效性及其相应条件下的厂房稳定条件。研究结果表明:1)由主洞+支洞联合抗剪、交叉锁口构成的组合措施,可有效控制沿C2发生的剪切变形对左岸主厂房边墙松弛变形的加剧效应;2)错动带C4在构造运动中形成局部地层应力异常并与开挖二次应力叠加作用,导致右岸主厂房顶拱层高应力破坏风险增加;3)强化表面支护+深部加固组合措施可对C4影响部位的浅层和深部围岩综合起到"维持"和"加固"作用。系统支护和错动带组合控制措施可有效保证主厂房整体稳定性。

关键词：白鹤滩水电站地下厂房错动带围岩稳定性支护设计