高地应力隧道稳定性及岩爆、大变形灾害防治(李天斌,孟陆波,王兰生)思维导图
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
高地应力层状软岩隧道大变形预测分级研究
陈子全;何川;吴迪;代聪;杨文波;徐国文
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2018(053)006
【摘要】为探明高地应力层状软岩隧道的非对称变形破坏规律及其支护结构的非对称受力特性,结合碳质千枚岩力学特性与变形破坏机制的各向异性特性,对层状软岩隧道围岩的非对称变形破坏特征进行了分析.在93座典型高地应力层状软岩隧道变形数据的基础上,系统性地分析了隧道拱顶沉降、水平收敛、最大变形量与地应力、岩体抗压强度、隧道埋深之间的关系.研究结果表明:高地应力层状软岩隧道的变形量与最大地应力、岩体抗压强度、埋深的分布较为离散,在一定地应力、岩体强度或埋深条件下,隧道变形量既存在于高值区间,也存在于低值区间;隧道变形量随地应力的增大、岩体强度的降低、埋深的升高逐渐向高值区间靠拢,高地应力层状软岩隧道大变形是高地应力、软弱围岩、层理弱面耦合作用的结果;基于隧道最大变形量与隧道强度应力比的幂指数变化规律,提出了高地应力层状软岩隧道的大变形预测分级指标.
【总页数】8页(1237-1244)
【关键词】高地应力;层状软岩;变形破坏规律;大变形;预测分级指标
【作者】陈子全;何川;吴迪;代聪;杨文波;徐国文
【作者单位】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;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;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;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;西南交通大学交通隧道工程教育部重点实。
高地应力软岩隧道大变形预测及防治研究
高地应力软岩隧道大变形预测及防治研究摘要：总结高地应力软岩隧道大变形成因，比较各种大变形预测技术，归纳大变形防治措施。
分析表明：大变形形成机制、变形模式与一般围岩变形破坏不同，需要加强研究；目前还没有形成一套系统、完善和易于推广应用的现场地质分析、监测试验、分析评价预测体系；在支护参数方面，需要一套预测预报方法体系和相应工程对策；针对不同机制、不同等级的大变形，需制定合理大变形防治措施。
以期为今后软岩大变形稳定性控制提供有益参考。
关键词：隧道稳定性高地应力大变形预测与防治高地应力下软弱围岩挤压大变形，是目前备受关注的隧道难题之一，其变形机理及结构受力特征复杂，目前尚未得到完整的解决。
首例严重的交通隧道围岩大变形是1906年竣工的长19，8km辛普伦I线隧道；我国南昆铁路线家竹箐隧道390m(IDK579+170～+560)洞段发生大变形：日本艾那山I线400m大变形路段用36个月才得以通过。
总之，目前在围岩大变形机制、围岩大变形的预测理论和控制技术方法体系方面值得进一步深入研究，具有科学理论意义和现实价值。
1 大变形成因分析1.1地质方面的原因根据我国大量隧道统计，大变形隧道多发生在泥岩、页岩、千枚岩等软岩，在构造及风化影响显著时变形更大，同时伴有地下水渗流和高地应力时更易产生大变形。
1.2施工方面的原因隧道围岩变形量的大小除受地质条件客观因素影响外，与施工方法及手段有很大的关系。
如果喷锚支护施做不到位、仰拱和二次衬砌距离掌子面距离过长、开挖后无法及时封闭成环，而重点放在施工进度，施工单位变形监控量测不规范或不及时、钢架底部悬空或长期积水浸泡，得不到及时处理等因素都对大变形的发生有直接的影响，甚至促进了大变形发生。
1.3设计方面的原因主要表现在对地质条件了解不够，根据有限的探孔了解地质情况，对变形程度估计不足，以致支护措施不到位。
如果设计的锚杆不够长，就无法穿过松动圈，对围岩加固起不到很好的作用。
0024-05高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析
４ 计算模型
４ ． １ 模型的确定 针对台阶法开挖过程中的力学效应， 采用连续介 质模型， 并采用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ３ Ｄ软件对隧道周围地层变形规
一般认为： 隧道在较大的构造应力与高地应力作 用下， 其拱顶及两侧易发生破坏
［ ３ ］
， 为了抑制这种破
坏， 支护设计应采用以提高围岩自身强度为主的支护 控制系统， 阻止应力场所引起岩层运动的发展， 以保证 支护后的隧道稳定。因此， 解决大变形给隧道施工带
收稿日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ６－ ２ ７ ；修回日期： ２ ０ ０ ９－ ０ ９－ ０ １
２ ５
。 律等进行数值模拟分析。其计算模型如图 ３
１ 工程概况
＃ 乌鞘岭隧道 ９ 斜井正洞段， 最大埋深约 １０ ５ ０ ｍ ，
分布有 ４条大的区域性断层（ Ｆ ４～Ｆ ７ ） ， 其地质条件、 地应力复杂。在岭脊地段， 隧道穿越志留系的板岩夹 千枚岩， 围岩破碎、 岩石单轴抗压强度极低、 原始地应 力与岩石强度之比较高， 洞室自稳能力极差， 变形大。 施工过程中控制大变形是隧道施工的关键， 而了解施 工过程中围岩变形规律对选择开挖方式、 支护形式、 支 护参数及支护时机尤为重要。
作者简介：王明胜（ １ ９ ７ ６ —） ， 安徽舒城人， ２ ０ ０ ０年毕业于西南交通大学土木工程专业， 本科， 工程师， 现主要从事科研、 工法、 专利开发管理工作。
增刊 ２ 王明胜 ： 高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析
３ ， ６ ］ 的地址条件进行专门研究是非常必要的 ［ 。
０ 引言
近年来， 随着我国铁路、 公路建设的不断发展， 隧 道工程已经向长大、 深埋方向发展， 穿越高地应力区且 地质环境恶劣的软弱围岩长大隧道工程已不可避免。 在高地应力区修建隧道工程， 最大的难题就是大变形
高地应力软岩隧道大变形控制技术
(b)高地应力作用下的软岩隧道挤压变形
研究表明，当强度应力比小于0.3~0.5时，即 能产生比正常隧道开挖大一倍以上的变形。此时 洞周将出现大范围的塑性区，随着开挖引起围岩 质点的移动，加上塑性区的“剪胀”作用，洞周 将产生很大位移。圆形隧道弹塑性解析解也表明， 当强度应力比小于2时洞周将产生塑性区，强度 应力比越小则塑性区越大。高地应力是大变形的 一个重要原因。这又称为高地应力的挤压作用。
位移/mm
1600 1400 1200 1000
800 600 400 200
0
0
拱顶竖向位移 墙腰水平位移
200 400 600 800 1000 1200
R
2 p
图2-5 洞壁位移与塑性区半径关系
2.4.4 洞壁位移的影响因素
(1)埋深 当仅考虑自重应力场时，隧道埋深与地应力成正比。
图2-6为各区段洞壁位 1.8
图2-2为乌鞘岭隧道分区段塑性区半径与围岩抗 压强度及强度应力比的关系，塑性区半径随围岩强 度及强度应力比的增加而减小。
3300 2255
2200
Rp/ m
R p/m
1155
1100
55
00
0
0
0
5
0.5
0.5
10
15
1
强度1应.0 力比
20
1.5
1.5
25 Rb/MPa
2
2.0 强度应力比
F7断层区段 图2-2 塑性区半径与抗压强度及强度应力比的关系
图1-3 F7断层圆形断面
其他地段根据围岩性质隧道采用椭圆形(图1-4)。
图1-4 椭圆形断面
第二章 大变形机理
2.1 高地应力、软岩的概念
专题十一高地应力软岩隧道大变形控制技术(乌鞘岭隧道岭脊
(4)支护破坏形式多样
喷层开裂、剥落；型钢拱架或格栅发生扭曲；底 部隆起；支护侵限；衬砌严重开裂等。
(5)围岩破坏范围大
高地应力使坑道周边围岩的塑性区增加，破坏范 围增大。特别是支护不及时或结构刚度、强度不当时 围岩破坏范围可达5倍洞径。
16
2.4 大变形机理
2.4.1 洞室周边产生塑性区的条件
14
(3)变形持续时间长
由于软弱围岩具有较高的流变性质和低强度，开 挖后应力重分布的持续时间长。变形的收敛持续时间 也较长。短者数十天，长者数百天，一般也需百多天。 家竹箐隧道收敛时间在百天以上。日本惠那山隧道时 间大于300天，阿尔贝格隧道收敛时间为100~150d。 乌鞘岭隧道大变形区段变形持续时间达120d，一般要 40~50d。
2.5
3
强度应力比
图2-18 F7洞壁位移随强度应力比的变化规律
24
2.5 乌鞘岭隧道大变形规律 2.5.1 实测位移规律
(1)变形沿隧道纵向分布
变形/mm
900
800
影响带
700
600
+290
500
400
300
200
100
0
YDK170+250
YDK170+250
F4断层 主带
+440
+500
YDK170+500
(c)局部水压及气压力的作用
当支护和衬砌封闭较好，周边局部地下水升高或 有地下气体(瓦斯等)作用时，支护也会前半生大变形。 但随着支护开裂，水或气溢出，压力减小，变形也就 停止，这种现象并不多见。
11
(3)围岩破坏形式
①纯剪切破坏 ②弯曲破坏 ③剪切或滑动破坏
王明年教授-高地应力隧道大变形机理及控制措施
5-10
0.25-0.5 15-35
3-6
较大
洞周位移明显， 喷混凝土层严 弯曲型、软岩 中等 洞底局部有隆 重开裂，掉块， 塑流型、膨胀 10-15 (Ⅱ级) 起现象，变形 局部钢架变形， 型 持续时间长 锚杆垫板凹陷
0.150.25
35-50
6-10
大
现象同上，但 洞周变形强烈， 大面积发生， 强烈 洞底有明显隆 且产生锚杆拉 (Ⅲ级) 起现象，流变 断及钢架变形 特征很明显 扭曲现象
大变形是相对正常变形而言，正常支护位移上限取为预留变形量的0.8倍，即单线 隧道13cm、双线隧道25cm，高地应力隧道位移上限取为正常支护位移上限的2倍， 即单线隧道25cm、双线隧道50cm。
…………..
主要包括3种类型：
①高地应力作用下的挤压变形；②膨胀性围岩的膨胀变形；③断层破碎带的松弛变形
隧道塑性区、洞壁位移的3个影响因素 围岩强度应力比、围岩强度
塑性区半径与强度应力比、围岩强度的关系（朱永全）
强度应力比与隧道洞壁变形的关系（朱永全）
兰渝铁路毛羽山隧道
双线铁路隧道 薄层状碳质板岩地层，区域原岩应力较 大且以水平构造应力为主 最大水平主应力近22MPa
（李廷春，毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术）
最大收敛值1200 mm 成因4点： ① 区域原岩应力较大，且与隧道线路走向大 角度相交 ② 围岩岩质软弱 ③ 支护强度不足 ④ 施工方法不当
西南交通大学 Southwest Jiaotong University
高地应力隧道大变形机理及 控制措施
主讲人：王明年 教授、博导 电 话：13808029798 E-mail：1653325765@
一建知识点思维导图-市政
一级建造师市政公用工程管理与实务思维导图沥青路面结构组成特点P2 ★★泥混凝土路面构造特点P5 ★★沥青混合料组成与材料P7 ★★不同形式挡土墙的结构特点P13 ★★城镇道路路基施工技术P15 ★★★城镇道路路基压实作业要点P17 ★★★岩土分类与不良土质处理方法★★P20不同无机结合料稳定基层特性★★P23城镇道路基层施工技术P25 ★★★无机结合料基层施工质量检查与验收P351 ★★★土工合成材料的应用P26 ★沥青混合料面层施工技术P29 ★★★改性沥青混合料面层施工技术P33 ★★★沥青混合料面层施工质量检查与验收★★水泥混凝土路面施工技术P35 ★★水泥混凝土面层施工质量检查与验收P353 ★★冬、雨期施工质量保证措施P355 ★★★冬期施工冬期施工高温期施工压实度的检测方法与评定标准P357 ★★城市桥梁结构组成与类型P41 ★★模板、支拱架的设计、制作、安装与拆除★★★P44模板、支架施工安全措施★★★P431钢筋施工技术★★P47混凝土施工技术P49 ★★预应力混凝土施工技术P51 ★★★预应力混凝土施工技术★★★P54预应力张拉施工质量事故预防措施P365 ★★桥面防水系统施工技术★★P57桥梁支座、伸缩装置安装技术P61 ★★各类围堰施工要求P67 ★★桩基础施工方法与设备选择P69 ★★★钻孔灌注桩施工质量事故预防措施P358 ★★桩基施工安全措施P428 ★★大体积混凝土浇筑施工质量检查与验收P362 ★★★装配式梁板施工技术★★★P75装配式梁板施工技术★★★P75现浇预应力混凝土连续梁施工技术★★★P79钢梁制作与安装要求P82 ★★箱涵顶进施工技术P93 ★★★箱涵顶进施工安全措施P432 ★★地铁车站结构与施工方法P96 ★★地铁区间隧道结构与施工方法P105 ★★地铁车站工程施工质量检查与验收P369 ★★地下水控制★★★P116地下水控制★★★P116深基坑支护结构与边坡防护P121 ★★★基槽土方开挖及基坑变形控制P131 ★★★地基加固处理方法P134 ★★防止基坑坍塌、淹埋的安全措施P424 ★★★地下管线安全保护措施P426 ★★★盾构机选型要点P139★盾构施工条件与现场布置P146 ★盾构施工阶段划分及始发与接收施工技术P148★★盾构掘进技术P152 ★★★盾构掘进技术P152 ★★★盾构法施工地层变形控制措施P161 ★★★盾构隧道施工质量检查与验收P374 ★喷锚暗挖掘进方式选择P164 ★★★工作井施工技术P169 ★★★超前预支护、加固施工技术P171 ★★★超前预支护、加固施工技术P171 ★★★喷锚支护施工技术P175 ★★★衬砌及防水层施工要求P179喷锚支护施工质量检查与验收P371 ★★暗挖法施工安全措施P442 ★★★厂站工程结构与施工方法P181 ★★给水工程滤池与滤板施工质量检查与验收P379★现浇水池施工技术P189 ★★★给水排水构筑物防渗漏措施P377 ★★★装配式水池施工技术P193 ★★★构筑物满水试验的规定P194 ★★★水池施工抗浮措施P199 ★★沉井施工技术P195 ★★开槽管道施工技术P200 ★★★不开槽管道施工方法选择P203 ★★★非开挖管道施工质量检查与验收P405 ★★非开挖管道施工质量检查与验收P405 ★★城市非开挖管道施工安全措施P445 ★★给排水管道功能性试验P206 ★★★柔性管道回填施工质量检查与验收P396 ★★★供热管道施工与安装要求P214 ★★供热管道施工与安装要求P214 ★★供热管网附件及供热站设施安装P222 ★★供热管道功能性试验的规定P229 ★★燃气管道的分类P231 ★★燃气管道施工与安装要求★★★P211燃气管道施工与安装要求P236 ★★★燃气管道施工与安装要求P236 ★★★燃气管道功能性试验的规定P241 ★★★城市燃气、供热管道施工质量检查与验收P391 ★★综合管廊工程★★P244城市管廊施工质量检查与验收P398 ★★填埋区防渗层施工技术P249 ★★HDPE膜防渗层施工技术P251 ★★监控量测P273 ★★★市政公用工程招标投标管理P279 ★★★市政公用工程招标投标管理P279 ★★★3.招标人不得以不合理的条件限制、排斥（潜在）投标人：（1）向（潜在）投标人提供有差别的项目信息；（2）要求特定行政区域或特定行业的业绩、奖项作为加分条件或中标条件；（3）对不同投标人采取不同的资格审查或评定标准；（4）限定特定的专利、商标、品牌、原产地或供应商；（5）限定投标人所有制形式或组织形式。
隧道施工中的岩爆及时预测
隧道施工中的岩爆及时预测金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【摘要】岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害.本文研究了岩爆形成机制和岩爆的主要影响因素,指出岩爆的发生主要与岩石性质、地质条件和应力状况有关.为了避免或减少岩爆造成的损失,需要正确预测岩爆,其中重要工作是及时测量地应力的大小和岩石抗压强度.针对高地应力条件下隧道及地下洞室施工过程中,经常发生岩爆的地质灾害,需要进行及时的预测预报,预报要求快捷、简便、实用.其中岩石抗压强度采用点荷载强度仪容易进行确定,主要困难是如何及时进行地应力测量.本文改进了门塞式应力恢复法,推导了切向应力的计算公式,确定了公式中的等效应力系数.将该方法应用于大广南高速公路鄂赣隧道施工过程中的岩爆预测预报,预测结果与实际情况符合较好,有效地指导了岩爆的防治,并减少了相应的损失.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】5页(P39-43)【关键词】岩爆;预报;隧道施工;门塞式应力恢复法;地应力;抗压强度【作者】金志仁;徐文胜;范海波;王元汉【作者单位】湖南城市学院土木工程学院,湖南益阳 413000;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】O38;O241;TU45岩爆是高地应力条件下隧道及地下洞室开挖中围岩因卸荷而发生的岩片爆裂松脱、剥落、弹射的地质灾害。
在国内外许多地下矿山工程、地下水电工程、铁路、公路隧道中均有报道［1，2］。
岩爆的发生直接威胁到施工过程，需要进行及时预测预报。
岩爆研究在理论分析、实验研究、数值计算和现场测试等方面进行了许多工作，从强度理论、刚度理论、能量理论、岩爆倾向理论等提出了多种岩爆判据和分级方法［3～8］。