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大变形隧道初期支护受力特征及对策研究

现代隧道技术 2012年第6期49卷 70-74页

作者：龚伦孙克国仇文革西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室土木工程学院成都610031

由于隧址区岩体具有大变形效应,渝利铁路大梁隧道在初期支护施作后拱腰、拱脚等部位相继出现喷混凝土开裂、剥落、掉块等现象。为了保证隧道结构安全,采用现场测试(解除应力测试和松动圈测试)、数值模拟(试算/正演计算)等方法对该段支... 详细信息

由于隧址区岩体具有大变形效应,渝利铁路大梁隧道在初期支护施作后拱腰、拱脚等部位相继出现喷混凝土开裂、剥落、掉块等现象。为了保证隧道结构安全,采用现场测试(解除应力测试和松动圈测试)、数值模拟(试算/正演计算)等方法对该段支护结构的受力特征进行了研究,并提出了相应的对策措施。结果表明:在此地质条件下,初期支护配筋为6.36 cm^2时,结构将产生破坏(最大弯矩处安全系数为1.0),而实际配筋只有5.07 cm^2,所以初期支护内的配筋(格栅钢架)不能满足工程实际需要,必须调整类似地质条件的支护参数才能保证隧道整体稳定性;同时研究获得的松动圈范围为2.29 m,与地质雷达的松动圈测试结果相吻合,验证了该方法的可行性及结果的准确性。

关键词：大变形隧道初期支护受力特征对策研究

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大变形隧道长短组合锚杆支护技术研究

大变形隧道长短组合锚杆支护技术研究

作者：李岳西安科技大学

学位级别：硕士

锚杆支护常被有效用于大变形隧道工程中。但应用发现传统等长锚杆的支护方式存在着不能有效联系隧道近远区围岩、锚杆两端剪应力较大导致长度有限等问题，而长短锚杆结合可扬长避短，支护效果更为优越。本文基于常用的锚杆支护理论，分... 详细信息

锚杆支护常被有效用于大变形隧道工程中。但应用发现传统等长锚杆的支护方式存在着不能有效联系隧道近远区围岩、锚杆两端剪应力较大导致长度有限等问题，而长短锚杆结合可扬长避短，支护效果更为优越。本文基于常用的锚杆支护理论，分析长短锚杆各自作用机理和参数设计方法，利用数值模拟分析对比等长锚杆和长短锚杆的支护效果，研究长短锚杆各参数对支护效果的影响，并对长短锚杆各参数进行优化研究。研究取得以下主要结论：（1）围岩大变形主要受地质条件、地应力及围岩性质等因素的影响，大变形形成的主要原因是围岩的挤压作用和膨胀变形作用。本文探讨采用围岩强度比（即围岩强度和初始地应力的比值）或者隧道的相对变形量来界定大变形及其分类，认为围岩强度比小于3或者相对变形量大于3%时隧道发生大变形。（2）长短锚杆组合支护中，短锚杆通过限制隧道近区围岩的膨胀变形和破裂面的发展，减少了岩石碎胀变形和裂缝的进一步破坏，并在隧道近区围岩中形成具有一定承载能力的加固组合拱结构，有效加强围岩的整体性和稳定性。长锚杆一方面控制加固组合拱之外围岩的变形，另一方面将加固组合拱结构悬吊于稳定岩体，使近、远区围岩协调变形。（3）等长锚杆和长短锚杆支护效果的数值模拟研究表明，等长锚杆支护中，随着锚杆长度的增加，锚杆的支护效果增加，但增长率逐渐降低，即等长锚杆存在最优长度，而锚杆长度变化后得到的长短锚杆可进一步提高支护效果，说明长短锚杆在联系近、远区围岩变形和发挥围岩自承能力方面具有更好的效果。（4）长短锚杆间距和排列方式的数值模拟优化表明，两者均存在最优值，可以通过调整长短锚杆的间距和排列方式来提高支护效果。根据本文的研究条件，长短锚杆间距1.6m，1根长锚杆搭配3根短锚杆时长短锚杆的支护效果最优。（5）锚杆间距对长短锚杆支护效果的影响最大，其次是长短锚杆的排列方式，第三是长短锚杆的长度。

关键词：大变形隧道长短锚杆作用机理参数优化

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大变形隧道预应力锚索支护技术研究

大变形隧道预应力锚索支护技术研究

作者：顾寅西安科技大学

学位级别：硕士

目前大变形隧道的有效支护成为了地下工程中必须面对的一个问题。在隧道发生大变形的条件下,采用普通的锚杆支护方法,不仅工程成本上升,而且支护效果差,甚至出现锚杆支护体系失效的现象。而预应力锚索具有初锚力高,杆体强度高,锚固长度... 详细信息

目前大变形隧道的有效支护成为了地下工程中必须面对的一个问题。在隧道发生大变形的条件下,采用普通的锚杆支护方法,不仅工程成本上升,而且支护效果差,甚至出现锚杆支护体系失效的现象。而预应力锚索具有初锚力高,杆体强度高,锚固长度大,对围岩条件依赖性低的特点,是一种主动支护手段。故探索大变形隧道的预应力锚索支护方法,有效控制隧道的变形,具有重要的工程实际意义。本文在已有的理论基础上,对大变形隧道预应力锚索支护技术进行了深入研究,具体的研究内容与取得的主要研究成果如下: (1)对大变形隧道围岩变形特征进行深入分析后认为,大变形隧道的形成主要原因是围岩的挤出和膨胀,且挤出起主导作用;大变形隧道围岩破坏的主要特征是隧道开挖后径向收敛变形量大,围岩支护前期自稳时间短,塑性破坏范围大;影响隧道发生大变形的主要因素是隧道所处位置的地质结构,地应力大小及围岩自身的物理力学性质;(2)对预应力锚索支护机理进行了深入分析后认为预应力锚索可有效控制大变形隧道的收敛位移,并改善围岩的应力状态,并基于岩石力学中的弹塑性理论,在考虑预应力锚索预紧力损失,锚索锚固段剪应力非均匀分布及锚固剂的摩擦角对锚固效果的影响前提下,提出了预应力锚索支护参数的计算公式,并通过算例进行了验证;(3)借助FLAC模拟软件,分析了预应力锚索的间距、直径、预紧力大小的变化对埋深750m,洞径6m,围岩条件为V级的大变形隧道位移控制的影响后认为,预应力锚索参数中对大变形隧道位移的控制起主要作用的参数是锚索的间距和预紧力;然后对这两个参数和喷射混凝土参数(强度等级和厚度)分别进行两两正交组合优化后认为,预应力锚索支护最优参数是:间距为1.1m,钢绞线根数为4根,钢绞线规格为φ15.24强度1860MPa的钢绞线、长度为20m,预紧力大小为369kN;喷射混凝土最优参数是:强度等级为C25,厚度为25cm。

关键词：大变形隧道预应力锚索支护数值模拟锚喷参数优化

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大变形隧道消能型支护原理与结构研究

大变形隧道消能型支护原理与结构研究

作者：朱麒西南交通大学

学位级别：硕士

未来,我国重大工程建设的重心将向地形和地质条件极为严峻的中国中西部区域转移,面临的高海拔、大埋深、挤压性围岩等复杂地质隧道的问题将急剧增加。因此,对于软岩变形的规律和大变形问题的研究是一个至关重要的命题。本文以郭家大营... 详细信息

未来,我国重大工程建设的重心将向地形和地质条件极为严峻的中国中西部区域转移,面临的高海拔、大埋深、挤压性围岩等复杂地质隧道的问题将急剧增加。因此,对于软岩变形的规律和大变形问题的研究是一个至关重要的命题。本文以郭家大营盘隧道为依托,研究了隧道变形的规律与机理,分析了围岩-支护系统能量演化规律,研究了大变形隧道设计机理,设计了符合现场实际的消能型支护。本文取得的研究成果如下:(1)研究了大变形隧道变形机理。统计了大变形隧道变形规律,总结出大变形隧道具有非对称性显著,变形量大、持续时间长,来压快等特点;运用数值模拟的方式,研究了软岩塑性区发展规律和岩体围岩压力的变化规律。(2)研究了围岩-支护系统的能量演化规律。围岩变形较小的情况下,支护与围岩所能耗散的能量是很微小的,因此能量累积的过程中就只能以“力”的形式进行表达,此时支护结构需提供极高的支护抗力。随着支护抗力的降低,围岩产生的塑性变形将增大,岩体塑性应变能也越大;同时岩体自身耗散的能量远远大于支护消耗的能量。(3)研究了大变形隧道的设计理念。当前普遍采用的“强支硬顶”的方式不能达到有效治理大变形的目的。若通过采取一定的措施对围岩的应力进行释放,那么支护结构将处于低应力状态,更加安全稳定。因此,解决大变形问题的关键就是架起围岩的“放”和“抗”之间的桥梁。不仅要“放”,即控制围岩发生塑性变形,使支护结构受到的应力降低到可支护的范围;而且要注意“抗”,即要提供围岩稳定的最小支护抗力。(4)基于释能降压的理念,研究了消能型支护原理。在进行软弱围岩隧道设计时,应转换思想,认识到“力”不是解决软岩大变形的唯一途径。通过采用大行程的支护体系以“位移”的形式实现应力释放,达到控制围岩产生一定程度的塑性变形和充分利用岩体的塑性应变能耗散开挖产生的能量的目的,从而实现岩体浅部耗散能量和在岩体深部进行承载的功能。(5)依据郭家大营盘现场施工情况,设计了消能支护元件。基于现场的施工条件,设计了工字钢型支护元件,丰富了限阻器以及消能型支护的形式,为治理大变形提供了新的方法。(6)通过现场应用,印证了消能型支护的功效。限阻器通过引导围岩-支护体系变形,达到了“浅部消能、深部承载”的性能,有效保护钢架混凝土结构安全,从而减少了混凝土开裂和起皮现象。综合来说,限阻器有效治理了大变形段落的初支破裂、钢架扭曲等工程问题。

关键词：大变形隧道大变形设计理念消能型支护限阻器

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大变形隧道预应力锚索支护技术的应用研究

江西建材 2016年第5期 228-228,230页

作者：卢小亮中铁八局集团昆明铁路建设有限公司云南昆明650200

在地下工程当中,大变形隧道的支护问题具有十分重要的意义。在大变形的情况下,利用普通锚杆支护方法进行支护,会极大的提高工程成本,并且支护效果十分有限,还有可能会发生锚杆支护体系失效的问题。而采用预应力锚索支护,在能够取得更为... 详细信息

在地下工程当中,大变形隧道的支护问题具有十分重要的意义。在大变形的情况下,利用普通锚杆支护方法进行支护,会极大的提高工程成本,并且支护效果十分有限,还有可能会发生锚杆支护体系失效的问题。而采用预应力锚索支护,在能够取得更为理想的效果。预应力锚索具有锚固长度大、杆体强度高、初锚力高等优点,同时不会过于依赖围岩条件,属于主动支护手段中的一种。因此,在大变形隧道的支护当中,应用预应力锚索支护技术,能够更好的维护隧道稳固安全。

关键词：大变形隧道预应力锚索支护技术应用研究

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大变形隧道中鸟笼锚索系统的开发与应用研究

山西建筑 2023年第16期49卷 137-139页

作者：田新中铁十五局集团第二工程有限公司上海201714

为适应软岩大变形隧道的支护构造对及时主动性和耐久性的要求,提出并研究“树脂端锚+水泥浆全长锚固”的鸟笼锚索系统。通过介绍鸟笼锚索系统的结构组成及施工工艺,并在软岩隧道中开展现场试验研究,为地下工程新型锚索结构的开发与应用... 详细信息

为适应软岩大变形隧道的支护构造对及时主动性和耐久性的要求,提出并研究“树脂端锚+水泥浆全长锚固”的鸟笼锚索系统。通过介绍鸟笼锚索系统的结构组成及施工工艺,并在软岩隧道中开展现场试验研究,为地下工程新型锚索结构的开发与应用提供参考和借鉴。

关键词：大变形隧道鸟笼锚索系统锚索结构施工工艺现场测试

高地应力大变形隧道变形特性及工程应对措施分析

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黑龙江科技信息 2017年第7期 199-200页

作者：王守勤中铁二十局集团第二工程有限公司北京100000

某高速公路的隧道是高地应力、高瓦斯隧道,这种隧道有着高地应力挤压变形的特点,本文对隧道施工的过程中,由于高地应力作用产生的隧道变形进行分析,对大变形的机理进行详细的了解,在这一分析的基础上,对于一些典型的地段进行了详细的了... 详细信息

某高速公路的隧道是高地应力、高瓦斯隧道,这种隧道有着高地应力挤压变形的特点,本文对隧道施工的过程中,由于高地应力作用产生的隧道变形进行分析,对大变形的机理进行详细的了解,在这一分析的基础上,对于一些典型的地段进行了详细的了解,从而确定了大变形地段的合理性、经济性和安全性的参数,并且对于实际的应对措施进行详细的分析,为相关的研究提供借鉴。

关键词：高地应力大变形隧道变形特性措施分析

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软弱富水大变形隧道施工技术

城市建设理论研究(电子版) 2023年第31期 121-123页

作者：王荣中铁二十局集团有限公司

随着全国高速公路建设的快速发展，隧道工程已经成为高速公路建设中的关键环节。隧道工程普遍存在着地下水丰富、围岩破碎、节理发育、大变形等现象。本文针对软弱富水地层、高地应力大变形地区的千枚岩板岩地层和断层破碎带等不良地层... 详细信息

随着全国高速公路建设的快速发展，隧道工程已经成为高速公路建设中的关键环节。隧道工程普遍存在着地下水丰富、围岩破碎、节理发育、大变形等现象。本文针对软弱富水地层、高地应力大变形地区的千枚岩板岩地层和断层破碎带等不良地层隧道建设的技术难点，详细研究并进行归纳总结，提出有针对性的隧道施工技术措施，为类似工程提供借鉴经验。

关键词：软弱富水大变形隧道施工技术

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单线铁路大变形隧道喷射混凝土超耗分析

铁路工程技术与经济 2024年第4期39卷 15-18页

作者：李准刘延辉中铁二院工程集团有限公司成都610031 中铁隧道局集团建设有限公司南宁533307

混凝土用量和成本在隧道工程量及造价中占有重要比重,是隧道工程成本管控的重点。现行适用于常规隧道的预算定额无法全面考虑高地应力大变形隧道的混凝土超耗。论文通过丽香铁路玉龙雪山隧道严重大变形典型区段的现场统计分析,得出喷射... 详细信息

混凝土用量和成本在隧道工程量及造价中占有重要比重,是隧道工程成本管控的重点。现行适用于常规隧道的预算定额无法全面考虑高地应力大变形隧道的混凝土超耗。论文通过丽香铁路玉龙雪山隧道严重大变形典型区段的现场统计分析,得出喷射混凝土平均超耗率和喷射混凝土平均回弹率,以及单层、双层初期支护在喷射混凝土回弹率、混凝土回填率上的差异,所得结论对单线铁路高地应力大变形隧道的预算定额编制和施工成本管控有一定参考意义。

关键词：大变形隧道混凝土超耗喷射混凝土回弹率喷射混凝土回填率