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超大断面隧道开挖围岩荷载释放过程的模型试验研究

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岩石力学与工程学报 2012年第A2期31卷 3821-3830页

作者：赵勇李术才赵岩李利平铁道部工程设计鉴定中心桥隧咨询部北京100038 山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 青岛市地下铁道公司山东青岛266071

以兰渝铁路两水隧道为工程背景,进行超大断面铁路隧道开挖支护的大比尺三维地质力学模型试验,对开挖过程中的围岩荷载释放过程进行研究。根据工程现场地质情况研制满足相似要求的新型模型试验相似材料,经室内试验验证,该相似材料与原岩... 详细信息

以兰渝铁路两水隧道为工程背景,进行超大断面铁路隧道开挖支护的大比尺三维地质力学模型试验,对开挖过程中的围岩荷载释放过程进行研究。根据工程现场地质情况研制满足相似要求的新型模型试验相似材料,经室内试验验证,该相似材料与原岩材料的力学性质有很好的相似性,满足试验要求。结合现场实际工况在模型试验不同区段采用不同的开挖支护工法,首先研究全断面及台阶法开挖情况下的围岩荷载释放过程,通过试验数据的分析,揭示不同开挖工法隧道围岩荷载释放全过程的特点和差异。相同开挖工法下,同一断面上不同位置的荷载释放过程存在很大差异;同样,不同开挖工法条件下同一位置的围岩荷载释放过程也不尽相同。其次,掌子面前方围岩受开挖影响会在局部发生先行荷载集中,先行荷载集中程度与开挖工法和断面形式有很大关系,开挖面前方荷载集中程度过高会加剧掌子面围岩的挤出效应,不利于围岩的稳定。最后,通过有无支护开挖情况下围岩荷载释放过程的对比,说明施作支护能够有效缓解开挖过程中的掌子面先行荷载集中现象,减少荷载释放总量,优化隧道围岩荷载释放过程。

关键词：隧道工程施工过程荷载释放开挖支护相似材料模型试验

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软弱围岩隧道施工过程荷载释放特性

中国科技论文 2018年第7期13卷 840-846页

作者：陈建勋刁鹏升陈丽俊许岛长安大学公路学院西安710064

针对软弱围岩隧道施工过程中荷载释放过程的复杂性和多样性这一问题,以明垭子隧道为例,采用现场试验和数值模拟等手段,对明垭子隧道施工过程中的围岩荷载释放特性进行分析。结果表明:上台阶施工对围岩压力释放的影响较小;中台阶开挖会... 详细信息

针对软弱围岩隧道施工过程中荷载释放过程的复杂性和多样性这一问题,以明垭子隧道为例,采用现场试验和数值模拟等手段,对明垭子隧道施工过程中的围岩荷载释放特性进行分析。结果表明:上台阶施工对围岩压力释放的影响较小;中台阶开挖会引起围岩压力释放速率急剧增大;下台阶开挖时围岩压力释放速率有一定程度的加快。仰拱闭合后减缓了围岩压力的释放速率,可用周边位移作为围岩压力释放的判断依据。分析得到了软弱围岩隧道施工过程中荷载释放特性和工序、位移的关系,旨在为软弱围岩隧道的设计和施工提供参考。

关键词：隧道工程软弱围岩施工过程荷载释放

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风积沙隧道施工步距荷载释放与沉降控制研究

公路 2012年第1期57卷 222-226页

作者：郑万坤仇玉良史宝童黄俊文肖均中交第一公路勘察设计研究院有限公司西安市710075 北京交通大学土木建筑工程学院北京市100044 陕西榆林榆神高速公路有限公司榆林市719000

为确定在水平旋喷桩加固体的作用下,隧道施工步距对抑制围岩变形、控制地表沉降的影响,对风积沙隧道进行三维数值模拟分析,通过计算分析隧道开挖的荷载释放来确定各施工步骤对围岩变形控制的影响,据此进行了不同上中台阶间距和二衬施做... 详细信息

为确定在水平旋喷桩加固体的作用下,隧道施工步距对抑制围岩变形、控制地表沉降的影响,对风积沙隧道进行三维数值模拟分析,通过计算分析隧道开挖的荷载释放来确定各施工步骤对围岩变形控制的影响,据此进行了不同上中台阶间距和二衬施做长度的比较分析,为工程实践提供有效依据,优化施工步距。计算模拟结果表明,在隧道施工过程中,超前支护和上台阶的开挖对控制沉降有着至关重要的作用,采用上台阶超前5m、二衬紧跟初支每环模筑长度为5m的施工方案,能相对较好地控制围岩变形及塑性区的发展,增强围岩稳定性。

关键词：隧道施工步距荷载释放沉降控制

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应用荷载释放系数法模拟黄土隧道施工

兰州理工大学学报 2011年第5期37卷 108-111页

作者：朱彦鹏柴江邵继新兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 甘肃建材科研设计院甘肃兰州730050

针对新奥法施工的黄土隧道,应用大型通用有限元软件ANSYS模拟黄土隧道开挖支护的施工过程,采用荷载释放系数控制围岩的荷载释放,分析隧道施工对围岩及支护结构力学特性的影响.分析结果与工程实测结果的对比表明:采用荷载释放系数法能较... 详细信息

针对新奥法施工的黄土隧道,应用大型通用有限元软件ANSYS模拟黄土隧道开挖支护的施工过程,采用荷载释放系数控制围岩的荷载释放,分析隧道施工对围岩及支护结构力学特性的影响.分析结果与工程实测结果的对比表明:采用荷载释放系数法能较为合理地模拟黄土隧道施工过程,得出围岩和支护结构连续受力变形的情况;建议在隧道施工过程中加强拱顶和拱脚处的支护结构,尽早闭合仰拱.

关键词：新奥法隧道开挖荷载释放变形

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大断面隧道施工过程荷载释放规律研究

大断面隧道施工过程荷载释放规律研究

作者：赵岩山东大学

学位级别：硕士

隧道是修筑于初始状态为稳定状态的地层中的地下结构物,与一般地面结构物不同,其所承受的外界荷载不仅限于结构自重,而是主要来源于开挖扰动范围内的岩体,即隧道围岩。隧道施工过程中其结构所承受的外界荷载存在一个不断变化和释放的过... 详细信息

隧道是修筑于初始状态为稳定状态的地层中的地下结构物,与一般地面结构物不同,其所承受的外界荷载不仅限于结构自重,而是主要来源于开挖扰动范围内的岩体,即隧道围岩。隧道施工过程中其结构所承受的外界荷载存在一个不断变化和释放的过程,通过对隧道施工过程中荷载释放规律的深入研究,有利于了解隧道结构的受力状态演化过程,对进一步优化施工及隧道稳定性判别具有重要的意义。因此,隧道施工过程中的荷载释放规律研究也一直是隧道施工过程力学研究的重点和热点之一。本文通过理论分析、数值模拟与室内地质力学试验相结合的研究手段,以贵广铁路天平山隧道为工程背景,对大断面隧道施工过程中的荷载变化规律进行了相关研究。首先在进行大量数值模拟算例的基础上,总结分析了不同施工方法开挖过程中隧道围岩径向应力释放规律,清晰了洞壁不同位置围岩径向应力的释放过程,并在此基础上提出了隧道断面整体荷载释放率及荷载释放差异系数的概念和计算方法,用以描述断面的整体荷载释放状态并体现同一断面不同位置围岩荷载释放过程的不同步性。其次对取自天平山隧道的炭质页岩的工程力学性质进行了针对性研究,包括其常规力学参数的测试及在单轴压缩试验中的岩石声发射特性。最后在室内试验的基础上,开展了大比尺三维地质力学模型试验,研究不同工法开挖情况下的隧道洞壁及掌子面前方的围岩压力释放过程。在模型试验过程中,研制了具有较好地相似性的炭质页岩岩体相似材料,在此基础上成功研制了初衬相似材料并应用于模型试验,妥善地解决了类似模型试验中衬砌相似材料难以与岩体相似材料紧密贴合的问题。研制了倾斜岩层填料装置,用以实现模型体与原始工程地层结构上的相似性。通过数值模拟与室内试验的综合对比分析,进一步明确了隧道施工过程中的荷载(围岩压力)释放规律,对大断面隧道台阶法开挖过程中的荷载释放特征有了更加深刻的认识。对施工优化及判定、评估隧道结构稳定性有一定的参考意义。本文的研究是在铁道部科技研究开发计划课题“隧道围岩稳定性及控制技术研究”(2009G005-C)的资助下完成的。

关键词：大断面隧道施工过程荷载释放炭质页岩大比尺三维地质力学模型试验

风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

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中国公路学报 2012年第3期25卷 112-119页

作者：仇玉良姚红志胡晓勇郑万坤史宝童北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕西西安710075

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作... 详细信息

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明:旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围(D为单洞开挖跨度14m);三台阶法施工台阶长度宜取(1/3～1/2)D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。

关键词：隧道工程风积沙隧道三维数值模拟旋喷桩台阶长度荷载释放沉降

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隧-坡相互作用与围岩支护优化分析

人民长江 2011年第4期42卷 43-46页

作者：刘天宇中油辽河工程有限公司结构工程所辽宁盘锦124010

针对傍山浅埋隧道开挖过程中隧-坡相互作用机理认识不清晰的问题,提出基于有限元荷载释放原理的隧道-边坡相互作用过程分析方法。该方法通过在计算单元上施加与此处原岩应力大小相等、方向相反的反向应力来实现荷载的逐步释放,从而获得... 详细信息

针对傍山浅埋隧道开挖过程中隧-坡相互作用机理认识不清晰的问题,提出基于有限元荷载释放原理的隧道-边坡相互作用过程分析方法。该方法通过在计算单元上施加与此处原岩应力大小相等、方向相反的反向应力来实现荷载的逐步释放,从而获得隧道围岩和上覆边坡力学行为的演化过程,避免了常规数值模拟中一次性开挖计算掩盖的岩体力学行为逐步演化过程的不足。通过对我国西南某典型傍山隧道的隧-坡相互作用分析,表明该方法可以为隧道围岩的支护时机、关键部位围岩支护、上覆边坡安全监测等设计优化提供理论支持,对同类工程设计具有借鉴意义。

关键词：荷载释放围岩支护变形扰动率傍山隧道

长冲隧道施工围岩变形监测与超前地质预报研究

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长冲隧道施工围岩变形监测与超前地质预报研究

作者：吴跃华重庆交通大学

学位级别：硕士

本文从公路隧道围岩受力变形理论入手,以重庆南涪二级改建公路长冲隧道为依托,总结分析了隧道监控量测的方式、方法和数据处理,简单介绍了公路隧道地质超前预报的主要方法并对比了其各自优劣;研究分析了参数对位移的灵敏度,根据对依托... 详细信息

本文从公路隧道围岩受力变形理论入手,以重庆南涪二级改建公路长冲隧道为依托,总结分析了隧道监控量测的方式、方法和数据处理,简单介绍了公路隧道地质超前预报的主要方法并对比了其各自优劣;研究分析了参数对位移的灵敏度,根据对依托工程中的量测数据的回归分析,介绍了监控量测中数据回归及信息反馈办法,为数值正分析计算提供更为可靠的信息;分析比较了对位移回归适合的函数类型,提出了通过现场数据回归研究空间效应荷载释放规律的研究办法。然后,通过在本文依托工程中应用实例分析,本文所总结和提出的监控量测及信息反馈分析研究理论和地质超前预报及空间效应规律研究得到了验证;最后得出相关问题的结论,指出本文研究的不足和今后研究的方向,对以后的工程实践和研究有一定的参考价值。

关键词：公路隧道围岩变形监控量测超前地质预报回归信息反馈荷载释放空间效应

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煤矿巷道掘进分次支护理论与技术研究

煤矿巷道掘进分次支护理论与技术研究

作者：薛蛟西安科技大学

学位级别：硕士

在现有煤矿巷道掘进过程中,采用的是一次完全支护,在掘进后,一次性将所有锚杆支护完全,使得支护工序耗时多,在掘进各工序中占据时间比重大,严重影响成巷速度。因为巷道掘进过程中存在时空效应,即掘进面约束空间效应和围岩蠕变时间效应,... 详细信息

在现有煤矿巷道掘进过程中,采用的是一次完全支护,在掘进后,一次性将所有锚杆支护完全,使得支护工序耗时多,在掘进各工序中占据时间比重大,严重影响成巷速度。因为巷道掘进过程中存在时空效应,即掘进面约束空间效应和围岩蠕变时间效应,使得巷道围岩变形和荷载释放不是一次性完成,而是随着掘进面推进逐步释放,所以本文依据掘进过程围岩荷载逐步释放的特点,提出巷道锚杆(索)分次支护的思想,通过改变支护环节、方式,提高巷道的掘进速度。研究主要结论如下:(1)分析影响煤矿巷道掘进速度的因素,主要从地质条件、巷道掘进装备、施工组织管理和掘进与支护关系等四个方面进行分析,论述了各因素的主要特征,并通过现场调研分析掘进各环节时间占比,得出支护是占用时间最长的工序,所以通过改变支护环节、方式,提高巷道的掘进速度。(2)由于巷道掘进时空效应的影响,围岩变形和荷载随掘进面推进逐步释放,而现有的巷道支护设计均采用一次性完全支护技术,忽略了掘进过程中的时空效应,未充分考虑巷道围岩的变形特性和荷载释放特性,使得锚杆(索)支护时间过长,严重影响巷道的掘进效率。本文分析总结了影响巷道围岩变形和荷载释放的掘进面约束空间效应和围岩蠕变时间效应,根据掘进过程中围岩荷载释放规律,将一次性完全支护改为分次支护,提高巷道掘进速度。因为围岩荷载大小与围岩变形一一对应,通过围岩变形可以反算释放荷载大小,因此给出掘进巷道围岩变形监测方法,围岩荷载释放规律求解方法,分次支护参数和支护方案设计方法。(3)建立掘进巷道力学模型,推导出随掘进面的推进,围岩变形与释放荷载之间的关系,根据现场围岩变形监测数据,可反算围岩荷载释放规律,以此为基础进行支护方案设计。通过算例分析,在靠近掘进面附近处,围岩荷载释放较小,支护少数量锚杆就可以保证掘进空间稳定,剩余锚杆在不影响掘进的情况下支护,以减少在掘进过程中锚杆(索)的支护时间,达到提高掘进速度的目的。(4)基于柠条塔N1214辅运掘进巷道,利用分次支护的思想进行支护设计,形成一套分次支护施工方案。通过现场监测,将分次支护方案与原有支护方案进行对比,分次支护方案既能维护巷道稳定,又能减少支护时间,提高巷道掘进速度。通过研究分次支护设计,可以为掘进巷道支护提供理论指导,研究成果具有理论意义和工程价值。

关键词：分次支护快速掘进时空效应围岩变形荷载释放