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软岩大变形隧道预应力锚索一体化施工设备与机械化配套工艺研究——以木寨岭公路隧道为例

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隧道建设（中英文） 2023年第1期43卷 161-172页

作者：魏夏鹏汪波陈伟祥王智佼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 甘肃长达路业有限责任公司甘肃兰州730030

为提高软岩大变形隧道预应力锚索的施工质量与施工速度,推进软岩大变形隧道机械化施工进程,依托木寨岭公路隧道,基于预应力锚索机械化施工关键技术研发,以实现预应力锚索钻、装、锚、拉一体化施工为突破口,通过悬臂掘进机、多功能锚索... 详细信息

为提高软岩大变形隧道预应力锚索的施工质量与施工速度,推进软岩大变形隧道机械化施工进程,依托木寨岭公路隧道,基于预应力锚索机械化施工关键技术研发,以实现预应力锚索钻、装、锚、拉一体化施工为突破口,通过悬臂掘进机、多功能锚索台车等大型关键设备构建软岩大变形隧道全机械化施工方法,于武都右线方向开展试验段研究。得出主要结论:1)预应力锚索机械化施工关键技术的研发与集成,实现了软弱破碎围岩预应力锚索高效、稳定施工,锚索施工质量显著提升,锚索有效预应力提高近100 k N;2)软岩大变形隧道全机械化施工方法转变了传统依靠人力的施工模式,施工质量、施工速度得以大幅提升,初期支护施工人员减少1/5,单个初期支护施工循环时间缩短近2 h,洞周收敛减小值最大达48.6%。

关键词：公路隧道软岩大变形主动支护多功能锚索台车机械化施工预应力锚索

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高应力软岩隧道破裂碎胀米级大变形机理研究

中国公路学报 2023年第8期36卷 225-239页

作者：邓鹏海刘泉声武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对... 详细信息

深埋高应力软弱围岩频繁遭遇米级剧烈大变形灾害,但却面临其大变形灾变机理和过程认识不清等问题。采用有限元-离散元耦合数值模拟方法(FDEM)研究了高应力软弱围岩的破裂碎胀大变形过程,并研究了地应力量值、侧压系数和隧道断面形状对大变形灾变机制的影响。结果表明:(1)高应力软岩隧道大变形灾变力学机理为隧道开挖卸荷导致围岩产生破裂块体的碎胀性变形;(2)围岩大变形过程中的裂隙扩展过程、应力场和位移场结果表明,在静水压力状态下,围岩主要产生共轭剪切破坏,破裂的块体沿着主剪切带发生滑移并伴随着剪胀现象和翻转运动,使得块体间产生大量空隙,这些碎裂块体向隧道空间移动造成了隧道断面的急剧缩小,以致发生米级剧烈大变形灾害;(3)随着地应力量值的增加,围岩破裂程度和隧道表面最大位移迅速增大,后者呈现明显的非线性特征,而损伤破裂区半径增长较为平缓,当垂直地应力高达约58 MPa时,剧烈位移区内的岩体难以形成主剪切裂隙带,极为破碎的岩块呈整体向隧道内挤压态势,并产生大量空隙,造成隧道断面面积的急剧缩小;(4)在静水压力状态下,正方形隧道只对裂隙起裂、剧烈位移区形状和该区域内岩体位移模式产生影响,而在剧烈位移区范围外,围岩趋近于圆形隧道时的破裂机制。

关键词：隧道工程软岩大变形有限元-离散元耦合数值方法裂隙扩展过程应力场位移场

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我国软岩大变形灾害控制技术与方法研究进展

岩土力学 2022年第8期43卷 2035-2059页

作者：康永水耿志刘泉声刘滨朱元广中国科学院武汉岩土力学研究所岩石力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

我国软岩工程涉及能源开采、水利、交通、国防等重要工程领域。随着我国能源开采逐渐向深部延伸以及交通、水利、隧洞等工程的发展,大量隧道、巷道需穿越软岩地层,高地应力、围岩破碎软弱等问题突出,软岩大变形灾害频频发生,造成重大安... 详细信息

我国软岩工程涉及能源开采、水利、交通、国防等重要工程领域。随着我国能源开采逐渐向深部延伸以及交通、水利、隧洞等工程的发展,大量隧道、巷道需穿越软岩地层,高地应力、围岩破碎软弱等问题突出,软岩大变形灾害频频发生,造成重大安全隐患和经济损失。对我国现阶段软岩支护的研究进展做了系统的总结,从4个方面概括分析了软岩大变形灾害控制技术与方法的研究现状,包括:(1)以改进型刚性或可缩性支架、复合型衬砌为代表的被动支护方法;(2)以高强预应力锚杆、锚索为代表的增强型主动支护技术;(3)以注浆改性为主导思想的软岩改性技术;(4)让压技术;(5)多重改进方法联合支护技术。阐述了不同支护技术和方法的发展现状,分析了不同支护手段的适用条件、技术优势与不足。采用单一支护手段的改进通常难以满足软岩大变形控制的需求,如何实现不同支护措施之间的高效协同控制,以及实现对围岩变形应力场的实时精准监测等问题是目前我国软岩大变形灾害防控亟待解决的难题。最后,基于上述研究成果,分析了我国软岩大变形灾害控制技术的发展趋势并提出了建议。

关键词：软岩大变形支护技术现状研究进展围岩控制

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软岩大变形发生的边界条件及对策探讨

铁道工程学报 2018年第8期35卷 27-31页

作者：张广泽柴春阳宋章巩江峰中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

研究目的:软岩大变形是长期困扰隧道施工的难题。以往研究多以强度应力比作为大变形预判和潜势分级的依据,但存在相当大的局限性和误判、漏判的可能性。本文从地壳运动出发,以区域地质条件中的地应力场、地层岩性、地质构造为主要支撑点... 详细信息

研究目的:软岩大变形是长期困扰隧道施工的难题。以往研究多以强度应力比作为大变形预判和潜势分级的依据,但存在相当大的局限性和误判、漏判的可能性。本文从地壳运动出发,以区域地质条件中的地应力场、地层岩性、地质构造为主要支撑点,通过对大量典型隧道大变形地质条件的分析,定性地提出大变形发生的边界条件,并论证了通过试验段确定大变形支护参数的思想。研究结论:(1)大变形是人为改变内营力,导致地壳结构改变、地壳内部物质变位的构造运动;(2)大变形发生的边界条件主要有:最大主应力近于水平,薄层极软岩(R 大变形隧道的支护参数应在施工中考虑地质条件、工艺工法及施工组织等因素,通过开展试验段确定;(4)本研究成果适用于软岩隧道大变形的预判和工程处理。

关键词：软岩大变形边界条件地壳运动地应力地质构造

软岩大变形地质条件下的让压支护体系试验研究

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地下空间与工程学报 2020年第S01期16卷 55-58页

作者：孔令喜顾坤张生朱永豪冯科中铁隆昌铁路器材有限公司四川隆昌642150 新疆北新路桥集团股份有限公司乌鲁木齐830054 四川省交通勘察设计研究院有限公司成都610017

让压支护体系是近年来针对软岩大变形问题较为有效的治理方法,但目前尚缺乏支撑其理念有效执行的实际支护措施。本文基于上述理念设计出了一种新型锚杆—让压锚杆,配套相应的支护设备,形成了一套让压支护体系并应用于白杨坪隧道软岩支... 详细信息

让压支护体系是近年来针对软岩大变形问题较为有效的治理方法,但目前尚缺乏支撑其理念有效执行的实际支护措施。本文基于上述理念设计出了一种新型锚杆—让压锚杆,配套相应的支护设备,形成了一套让压支护体系并应用于白杨坪隧道软岩支护中。通过"树脂锚固剂+注浆+让压阻尼装置"的创新灵活组合应用,使该支护体系具有"及时支护"、"强支护"、"让压支护"等多种功能。现场支护试验的数据表明,该让压支护体系仅为传统支护收敛量的1/5-1/6,可以有效控制围岩变形,为目前软岩大变形较为有效的支护措施。

关键词：软岩大变形让压锚杆让压支护

滇中引水工程安全建设与高效运行关键技术研究若干进展—地下工程

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岩石力学与工程学报 2024年第2期43卷 333-357页

作者：张延杰浦仕江周辉王锦国吴顺川丁秀丽云南省滇中引水工程有限公司云南昆明650000 昆明理工大学国土资源与工程学院云南昆明650000 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 河海大学地球科学与工程学院江苏南京210000 长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010

为着力攻克滇中引水工程面临的“十大世界级技术难题”,解决影响地下工程安全高效建设的卡脖子问题,在调研与科研攻关的基础上总结分析,分别从过活动断裂带、突涌水(泥)灾害、TBM超长距离掘进、软岩大变形等重点问题出发,探讨其致灾机... 详细信息

为着力攻克滇中引水工程面临的“十大世界级技术难题”,解决影响地下工程安全高效建设的卡脖子问题,在调研与科研攻关的基础上总结分析,分别从过活动断裂带、突涌水(泥)灾害、TBM超长距离掘进、软岩大变形等重点问题出发,探讨其致灾机制及研究进展,总结理论指导规律和现场施工技术突破。研究发现,相关地下工程难题的处理需重点解决灾害地质判别和精细调控等相关问题的研究,如已在滇中引水工程中进行应用的超前地质预报技术体系和“震源先导传感+洞内波场测量”的观测方式、TBM隧洞围岩类别现场快速判别辅助软件等;重点突破在于揭示灾变孕育机制,并形成高效掘进良性循环,如研发的三维应力作用下断层蠕滑错动相似模拟试验装置、TBM破岩过程中的主要掘进参数优化及同步衬砌相关工艺的探索等;重点掌握关于灾害控制及相关灾害预警方面的研究,如滇中红层软岩隧洞支护体适用性研究、滇中引水活动断裂隧洞段应力–应变综合监测预警平台构建等。此外,归纳了各项难题所面临的挑战并进行展望,为今后滇中引水工程研究难点及发展方向提供参考。

关键词：地下工程活动断裂带突涌水(泥)灾害 TBM掘进软岩大变形滇中引水

新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究

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隧道建设（中英文） 2022年第4期42卷 720-729页

作者：陈善民王全胜辛维克贾大鹏中铁三局集团有限公司山西太原030001 中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南新乡453000 中国国家铁路集团有限公司工程管理中心北京100844

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究... 详细信息

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明:1)对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2)采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3)高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。

关键词：铁路隧道软岩大变形变形控制铣挖法悬臂掘进机

他白依隧道软岩大变形控制数值模拟优化分析及现场试验

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煤炭学报 2024年

作者：李介立张家国陈全胜敖瑞孙吉浩关朋潇中国矿业大学(北京)力学与建筑工工程学院中电建路桥集团有限公司中电建红河州建个元高速公路有限公司中电建路桥集团有限公司西南区域总部中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

以云南他白依隧道为研究工程背景，作为全线地质情况最复杂的隧道，其复杂性表现为：隧址区属构造溶蚀侵蚀区、地质状况多变、穿越多个断层破碎带、局部段落富水、岩石风化严重、构造应力影响剧烈等。在原支护作用下，出现了初支大变形... 详细信息

以云南他白依隧道为研究工程背景，作为全线地质情况最复杂的隧道，其复杂性表现为：隧址区属构造溶蚀侵蚀区、地质状况多变、穿越多个断层破碎带、局部段落富水、岩石风化严重、构造应力影响剧烈等。在原支护作用下，出现了初支大变形、钢拱架变形、突泥涌水等状况。采用现场调查、岩石结构分析和数值模拟等方法对围岩的变形和破坏机理进行了研究。围岩为强～全、中风化变质砂岩夹片岩和板岩为主。对岩体的扫描电镜观察表明，片理结构明显、岩体结构相对松散，孔隙较发育。岩石中粘土矿物含量较高，主要成分为伊利石和绿泥石。区域地应力主要以构造应力为主，隧址区地下水受岩性、构造和地形地貌等因素控制，地下水的补给与降雨等密切相关，地下水主要以松散堆积层孔隙水、岩裂隙水和岩溶水形式赋存。在NPR锚索控制体系实施下，大变形治理效果显著，围岩大变形有效控制在300mm内。为保证工程安全，提高施工效率，对NPR锚网和立体钢拱架耦合支护进行优化设计，利用FLAC3D与PFC3D软件对多个NPR锚索控制体系进行数值模拟，建立恒阻大变形效果的NPR锚网单元和双层立体钢拱架，对比分析各种方案下模拟得出的围岩变形图和支护结构位移图，再进行现场试验，将米级非对称变形控制结果与数值解进行分析对比，认为NPR锚网和立体钢拱架支护体系能够解决因围岩富水、突泥、破碎和局部高压涌水的工程技术难题，得到以NPR锚索为核心的不同支护工艺的耦合支护参数下隧道围岩的收敛变形演化规律。

关键词：隧道工程软岩大变形 NPR锚索数值模拟现场试验

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软岩大变形分类分级方法及TBM适应性

隧道与地下工程灾害防治 2022年第4期4卷 79-90页

作者：王明耀鲁义强贺飞李潮中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016 同济大学土木工程学院上海200092

针对目前缺乏不同大变形等级下的TBM施工适宜性评价方法的问题,通过分析软岩大变形机理,总结大变形相关分级方法,考虑TBM掘进影响因素,建立软岩隧道TBM法适宜性分级标准,将其划分为非常适宜、适宜、较适宜、适宜性差、不适宜五个等级,... 详细信息

针对目前缺乏不同大变形等级下的TBM施工适宜性评价方法的问题,通过分析软岩大变形机理,总结大变形相关分级方法,考虑TBM掘进影响因素,建立软岩隧道TBM法适宜性分级标准,将其划分为非常适宜、适宜、较适宜、适宜性差、不适宜五个等级,并通过工程实例验证该方法的合理性,为软岩隧道大变形分级及TBM适宜性评价提供合理的参考依据,进而选择合适的施工方法和防治措施。

关键词：软岩大变形分类分级 TBM 适宜性评价施工改进