围岩施工技术论文范文第1篇

横山隧道位于陕西省境内, 隧道起迄里程为DK333+265~DK344+713, 全长11448m, 设计为双线隧道, 最大埋深为283.68m。进口DK333+265至DK334+966.83段位于半径3500m的右曲线上, DK334+966.83至出口DK344+713段为直线。隧道内纵坡为单面坡, 进口至DK335+070段为5‰的上坡, DK335+070至出口为11‰的上坡。总工期26个月。

二、地质、水文概况

隧道通过陕北黄土高原梁峁区, 沟壑纵横, 地形起伏, 冲沟发育。隧道进出口沟底见基岩裸露, 其它经过的大部分沟底可见中更新统风积老黄土、第三系上新统粉质粘土出露, 少部分冲沟中基岩出露。隧道所在范围地层岩性为第四系全新统冲洪积层细圆砾土, 上更新统风积新黄土, 中更新统风积老黄土, 第三系上新统粉质粘土和侏罗系中统砂岩夹泥岩含煤线层;隧道通过基岩主要为泥岩夹砂岩, 产状平缓, 基本为水平层理, 泥岩、砂岩互层, 层厚不一, 薄层~厚层不等, 节理发育, 易产生掉块、坍塌现象。洞身岩性主要为砂岩夹泥岩:砂岩, 砂状结构, 薄层~厚层状, 节理裂隙发育, 泥质胶结, 呈碎块状, 压碎结构;泥岩, 泥质结构, 薄层~厚层状, 泥质胶结, 节理裂隙发育, 呈碎块状, 镶嵌结构。隧址区沟壑下切剧烈, 山高谷深, 受地形地貌及地层岩性控制, 水文地质条件较为简单。地下水以第四系孔隙潜水和基岩裂隙水为主, 地表水径流量很小。孔隙水主要在第四系新老黄土及第三系粉质黏土中, 局部地段形成暂时性的上层滞水, 受季节性降雨影响较大;基岩裂隙水主要赋存于侏罗系中统砂岩中, 与泥岩的接触部位是其集中分布地带。地下水埋深沟中5.6m~9.4m, 主要靠大气降水补给, 水位变幅2~4m。地下水多为基岩裂隙水, 部分地段地下水较丰富, K=0.02m/d, 多数地段呈干燥、湿润、滴渗水状态。

三、砂、泥岩互层水平层理围岩岩性特征及变形规律

泥岩、泥质砂岩、砂岩干燥时围岩自身强度较好, 遇水浸泡后, 软化手捏即碎, 泥质胶结遇水则失去粘结力。隧道开挖后, 边墙部位围岩基本稳定, 起拱线以上呈现为上薄下厚层理, 薄层状泥质砂岩、泥岩多出现在隧道拱部90o~120o范围内, 在起拱线部位出现5~10cm厚煤层或煤线, 岩层产状平缓、倾角3o~5°, 层理十分发育。泥质砂岩与泥岩以互层状同时出现, 以薄层为主, 泥质胶结, 层间结合力差, 新暴露出的砂质泥岩、泥岩在1~3小时后, 则会因应力释放和风化而逐渐出现岩体分解、剥落、掉块现象, 致使拱顶围岩断裂失稳。通过及时采取锚喷初期支护措施封闭、支护围岩后, 围岩风化情况得到遏制, 但围岩自身的应力重新分布工作则一直在持续, 岩层的挤压变形则一直沿洞径方向在延伸, 大约持续14~16天时间, 就会表现为初期支护开裂、剥落、掉皮现象, 在开挖完成初期支护后20~25天, 则个别地段就会出现岩层掉块现象, 随即拱部围岩就会发展为大面积的失稳, 产生坍塌。

四、砂泥岩水平层围岩变形失稳原因分析

泥岩和泥质砂岩均属于弹塑性软质岩, 岩体中含有大量的粘土矿物。隧道洞室开挖后, 改变了岩体的应力条件, 在应力释放过程中产生卸荷膨胀, 使围岩变形破坏, 主要表现为软质围岩的膨胀。此外, 洞壁应力降低区的形成促使少量水分从高应力区向洞壁转移, 洞壁岩体中的粘土等亲水矿物吸水也是围岩膨胀的主要原因, 造成洞室顶部软质围岩的软化以及夹层的泥化, 在重力作用下易发生坍塌现象。在隧道开挖后的应力调整过程中, 由于软弱结构面和夹层的抗剪强度较低, 在自重作用下使围岩发生结构面控制型的变形破坏, 主要表现为拱部不稳定块体沿软弱结构面或夹层的剪切错位、拉裂坠落。正是由于软质砂泥岩的以上物理特性, 再加上该地区砂泥岩成岩结构属于典型的水平层理, 两种岩层呈不等厚状相互交错;且又属于新建双线大跨度隧道, 选线受穿越高程因素限制, 使隧道恰好处于拱部围岩层理发育, 对隧道施工极为不利的薄~厚层处, 因在施工中极易产生掉块、坍塌现象。对此, 则应采取分部施工, 重点增强拱部围岩支护, 减少拱部围岩的扰动, 快速封闭。

五、采取的主要施工措施

遵循软岩隧道施工“短进尺、弱爆破、勤量测、强支护、早封闭”的原则, 结合横山隧道双线大断面的结构形式及围岩结构层理组成、变形等特点, 在施工过程中, 不断摸索、研究, 认为三台阶是适合双线大断面砂、泥岩水平层理围岩的好方法。

(一) 三台阶法施工。

横山隧道其断面结构形式如图1所示。整个断面结构为三心圆, 轨面以上为单心圆;以Ⅲ级围岩为例:开挖总高度为11.48m, 宽度13.04m, 开挖面积120.53m2。隧道开挖采用三台阶法施工:上台阶高度3.5~4.5m左右, 下台阶4~5m左右, 隧底部开挖高度保持在2.0m左右。上台阶长度保持在5.0m范围, 上台阶距离二次衬砌工序30m左右, 缩短各工序的步长关系, 便于及时初期支护和二次衬砌工序紧跟。施做时, 上下台阶同时钻眼起爆, 而后挖掘机扒上部石碴至下台阶处, 上台阶随之进行初期支护, 下台阶出碴, 待下台阶出碴完毕, 上下台阶同时喷射混凝土封闭围岩面, 完成初期支护后, 则进入下一个循环, 上下两个台阶的掌子面又可以同时钻眼开挖。三台阶法在水平岩层施工中的优点:1、重点突出, 有的放矢。减少上部开挖高度, 缩小上部开挖断面, 减少上部开挖、出碴工作量, 达到及时封闭、支护拱部围岩的目的, 同时也利于拱部初期支护能够保质保量的施做到位;成功抑制了拱部围岩变形、掉块现象。2、多工序平行作业能力强, 节约循环时间。上下台阶响炮后, 利用挖掘机将上部剩余虚碴扒到下台阶, 上部就能较快地创造出新的工作面, 在下部出碴的同时就可以进行上部拱部围岩的支护工作, 拱部支护工序和出碴工序形成平行作业场面, 缩短了整个循环的工作时间, 工作效率高。3、工序步长更加紧凑, 有利于支护结构及时封闭成环。短台阶法开挖, 上台阶的长度一般均保持在5.0m左右, 中台阶长度维持在保证出碴车辆运转长度20m左右, 仰拱就可以紧随下台阶, 达到初期支护及时封闭, 下部结构及早成型, 有利于围岩整体稳定。4、应急情况处理灵活便利, 有助于及时采取强支护措施。由于上下台阶同时掘进, 仰拱紧随下台阶, 二次衬砌也就可以及时跟进, 一旦前方围岩出现变形较大或者初期支护发生开裂、剥落、掉块等危及生产安全的异常情况发生时, 则可以及时采取二次衬砌等强支护手段, 确保围岩不出现坍塌现象。

(二) 拱部增设格栅钢架, 加强拱部围岩支护强度。

对于围岩整体性好, 自稳能力较强的水平围岩地段, 其初期支护采用锚喷工艺, 即拱部打设长2.5mφ25CD反循环中空注浆锚杆, 锚杆间距1.2m (环向) 1.2m (纵向) , 边墙打设长度为2.5m的普通砂浆锚杆, 锚杆间距1.2m (环向) 1.2m (纵向) ;拱墙均挂设φ8钢筋网, 网格间距25cm25cm, 喷射C25混凝土12cm厚。对于拱部围岩整体性差, 薄层易风化、掉块地段则针对性的采取仅在拱部145o范围架设大拱脚格栅钢架的措施, 加强拱部支护, 增强围岩自稳能力。其具体的支护参数如下:格栅拱架规格16cm厚, 20cm宽, 架设间距1榀/1.2m, 拱部用长L=3.5m的φ25CD反循环中空注浆锚杆, 间距1.2m (环向) 1.0m (纵向) , 边墙打设长L=3.0m的普通砂浆锚杆, 锚杆间距1.2m (环向) 1.0m (纵向) , 每边3根;拱墙均挂设φ8钢筋网, 网格间距20cm20cm, 喷射C25混凝土拱部23cm厚, 边墙10cm。

(三) 根据围岩变形的时间效应, 制定严格的步长控制制度。

根据监控量测数据、现场实际观测及前期施工中总结的水平岩层变形特点和规律, 围岩在初期支护完成后15天左右, 会出现初期支护开裂、剥落、甚至掉块现象, 初期支护完成20天左右后, 变形较大地段就会出现严重掉块, 甚至突然发生大面积的围岩失稳坍塌现象;为此, 在施工过程中, 结合实际的施工进度, 制定仰拱工序距离上部掌子面不得超过50m, 二次衬砌工序距离掌子面不得超过90m的内控标准, 缩短了围岩暴露时间, 及时封闭、支护, 确保隧道施工安全。

(四) 施工要点。

1、钻爆采取弱爆破, 尽可能减少对拱部围岩的扰动。在施工过程中, 应根据围岩情况不断地优化钻爆方案, 拱部周边眼间距严格控制在45cm以内, 且尽可能少装药, 采用φ25的小直径药卷;二圈眼与周边眼的距离保持在60~80cm以内, 掏槽眼易布置在开挖断面中下部, 且掏槽眼到周边眼采取微差分段起爆, 减少一次起爆震波大, 对周边围岩尤其是拱部围岩扰动、破坏大的作用。2、锚杆要严格按设计施做到位。拱部锚杆打设角度应为大角度, 至少保持60o以上。锚杆打设角度过小, 会直接减弱锚杆悬挂长度范围;同时锚杆安装时, 砂浆应饱满, 否则将严重影响锚固质量。3、初期支护应及时, 且喷射密实, 不得在支护与围岩间留有空隙。砂质泥岩、泥岩开挖暴露后遇到空气极易风化、剥落、掉块, 因此, 对这种围岩则要及时的采取喷射混凝土进行封闭, 尤其为拱部围岩。在采取挂设钢筋网或者拱部架设格栅钢架支护部位, 喷射混凝土时, 一定要先将钢筋网与围岩面之间或者格栅拱架与围岩之间的空隙喷射密实, 不得留有空隙。4、锁脚锚管必须按要求施做到位。锁脚锚杆的作用主要是为了防止拱部格栅钢架下沉, 其作用至关重要。锁脚锚杆格栅拱架拱脚上30cm高度处左右两侧打设, 锚管打设角度与水平面的夹角不得大于30o, 锚管端头采用φ22螺纹钢加工制成U型筋与钢拱架焊接牢固。5、仰拱一次施做长度不宜过长。隧道施工的一个重要环节则是仰拱施做, 要求短开挖、快成环, 及时浇注混凝土封闭隧道底部。对于水平岩层虽然边墙围岩相对稳定, 但仰拱的开挖势必造成边墙围岩的松弛变形, 进而影响到拱部支护结构的安全, 故仰拱开挖一次施做的长度不宜过长, 应保持在6~9m为宜。6、监控量测工作常抓不懈。从现场的量测情况反馈, 拱部沉降明显大于水平收敛值, 通过现场的监控量测数据以及日常的初期支护状态观察, 发现异常现象后, 及时采取相应的加固措施, 同时也为支护参数调整提供了有力的技术参数。7、加强地质超前预报工作。水平岩层的特点掌子面前方地质情况一般没有较大的突变现象, 但其地质分布的特点为:岩层层理分布不均匀, 薄厚不一, 变化较大;岩层岩性变化较大, 砂岩、泥质砂岩、泥岩交替出现, 尤其在拱部位置, 很难完全掌握其分布规律;拱部开挖线以上部位, 岩层分布情况复杂, 在砂、泥岩层中含有夹土层, 且土层的分布长度和高度都不易掌握。现场施工中沿隧道纵向采取TSP-203等地质探测仪器进行预报, 对于隧道拱部围岩岩层层理分布则要求, 在开挖的同时, 在隧道拱部采用钻机打设3~5个径向钻孔, 探知岩层层理分布及厚度, 据此预测前方拱部围岩分布情况, 发现岩石覆盖层厚度减小等异常则可及时调整施工方案及支护措施, 确保施工安全。

(作者单位:中铁二十二局集团第一工程有限公司)

摘要：本文主要是通过对陕北地区特长隧道砂、泥岩水平岩层特性进行不断地摸索、总结、分析、掌握水平层理岩性的特点及变形规律, 并据此提出了适合水平层理围岩施工的方法, 着重阐述了水平岩层的施工要点, 旨在为类似工程提供施工经验。

围岩施工技术论文范文第2篇

1.1 工程介绍

某高级公路工程项目主要是由我国大型建筑集团承建, 其隧道部分与当地的村庄距离非常近, 且穿越整个山体结构部分。施工所处的地理环境是低山地区, 海拔高度为340.1m。隧道位置则高为257.7m, 隧道地面标高为255.6m, 入口位置的设计标高为92.08m。整条线路的设计与山体基本垂直。

1.2 工程特点

因为地质条件的影响, 隧道的间隔距离要小于18m且左右距离小于22m。所以本次工程中要按照小净隧道施工的方式来进行, 通过深入的研究并且计算之后确定的结果。因为当地的气候条件的影响, 施工中不可能完全避开雨季施工, 所以难度非常高。根据工程的进度要求, 在对该工程进行左右线进洞施工正好处于6-8月间, 此时的该区域内降雨频繁, 施工难度非常高。隧道入口位置的偏压情况比较严重, 通过技术人员测量之后可以确定入口位置的埋深ZK6+910至ZK6+930里程为2.91m至7.56m, 同时也了解到左右不分的偏压情况非常严重, 导致工程无法顺利实施, 严重影响了工程的质量。

2 方案分析

2.1 勘察情况分析

通过技术部门进行数据的勘察之后可以发现, 该隧道工程的入口以及出口位置上的覆层比较浅, 埋深不够, 同时还存在着相对比较严重的裂隙水发育情况, 岩体之间的缝隙比较大, 如果突降暴雨极易造成淋雨情况的出现, 进而导致了整个结构部分的坍塌, 隧道的出口位置上的山体比较陡峭, 围岩等级也不能够达到工程质量的要求, 稍有不慎就会导致施工区域内发生严重的自然灾害, 进而造成重大人员伤亡事故。通过深入的研究之后发现, 整个山体结构部分左侧偏压严重, 且右侧坡度倾斜严重。

2.2 处理洞口浅埋段

1) 将山体部分的表面植被清理干净, 并且对入口位置上的两侧范围内进行灌浆加固施工, 然后根据梅花型布置的方式设置Φ89钢管实施布眼压浆处理, 并且相邻之间的间隔距离至少为1m。注浆压力需要严格的控制, 通常需要控制在2-2.5mpa范围内, 在将钢管插入的初期阶段内, 需要使用焊接技术将所有部分连接起来。为了充分的保证洞口位置的安全性, 应该严格按照施工工艺以及规范的要求来进行。

2) 全面提升洞内辅助设施的安全性, 根据设计方案的要求选择使用双层超前小导管, 在设置的过程中要间隔0.4m进行布置, 并且纵向距离设计为1m, 通常选择使用20b的工字钢进行设置, 然后将距离修改为0.5m。

2.2.3 偏压影响

整个隧道结构部分的承载能力相差比较大, 特别是左侧洞身, 因为该位置所处的围岩等级比较低, 并且受到了整个山体的重量影响, 也就是整个山体的重量都作用在该部分结构上, 因此就出现了严重的偏压情况, 如果不能更好的处理该方面的问题就难以保证工程的质量, 甚至还会出现严重的安全事故。

2.3 防水措施

在本次隧道施工中的地表水的汇水面积非常大, 并且由于雨季降水量比较大, 大量的雨水会逐渐的在低洼处聚集, 所以防水措施就是保证工程可以顺利进行的关键措施。

2.3.1 拦截地表水

截水沟最为主要的作用就是拦截地表水, 其对于整个工程的影响都非常大, 根据工程的需要, 在洞口外部的5-10m的范围内设置一条截水沟, 此时可以更好的拦截地表水, 避免其在低洼处聚集, 保证工程的安全性, 并且施工结束之后也可以更好的提升隧道工程的安全性, 在对工程的仰坡以及边坡的施工中可以更好的进行防护, 并且积极的采取措施喷射混凝土并且使用防水布, 从而可以有效的防止雨水的冲刷, 提升工程的质量。

2.3.2 对地表水进行疏解

隧道工程在设计的过程中必须要设置更好的地下排水设施, 其采用的是开放设施, 所以不会对整个支护的结构形成较大的作用力, 也不会影响结构部分的强度, 排水主要使用的是Φ108mm的长导管以及Φ42mm的钢管, 导管的长度设计为40m, 在制作的过程中与管棚相同, 可以不采用注浆的方式来进行, 同时可以将水分排出;小导管长度为5m, 与注浆管相同;还要出充分的考虑到裂隙的纵向布置, 进行全面的监测来选择使用最佳的施工方式。

2.4 对地表进行加固

隧道进洞之后的施工偏压现象的存在如果不能选择合适的施工技术就会导致二次衬砌开裂或者是山体滑坡的情况存在, 因此, 应该在充分的保证安全性的前提下进行施工, 首先要做的就是要提升地表的稳定性, 一般需要对浅埋施工部分进行加固处理, 利用Φ42的注浆管进行施工, 全面提升结构的稳定性。注浆导管长度为6m, 在管子的尾部的1m距离之外钻出直径为6mm的压浆孔。施工的过程中将小导管下入到地下结构中, 并且以梅花型布置。注浆小导管的长度应该控制在3-6m范围内, 长度可以根据埋深以及加固部分来确定, 注浆直到达到长管顶部, 位置以及距离的控制应该根据工程的实际情况来确定, 以保证工程质量为基础。

2.5 其他环节质量控制

本次隧道工程中进行的浅埋、偏压以及软围岩的施工都要在超前支护中来进行。软围岩的物理性质能够直接影响整个结构部分的承载能力以及稳定性, 并且容易造成工程的塌方事故, 再加上工程中的浅埋、偏压施工的部分, 因此在工程中进行预加固以及偏压消除是非常重要的施工环节。在应用新奥法施工的过程中, 在施工的各个部分都要进行准确的数据测量, 这些数据要能够准确的反应出工程的实际情况, 同时为了避免工程中存在裂缝等质量问题。

3 结语

总而言之, 我国的公路建设项目数量持续增加, 并且逐渐的重视公路建设项目的安全性与质量, 所以在进行公路隧道部分工程的建设过程中应该采取措施降低对于周边环境的影响, 切实提高隧道工程的质量, 这就需要加强施工关键环节的监督和管理, 充分的做好支护和防水工程, 切实提高开挖施工的质量。

摘要：以浅埋偏压软弱围岩技术为探究对象, 结合工程案例从该技术施工方案开始分析, 探讨浅埋偏压软弱围岩工程施工各个环节重点, 重点讨论洞口浅埋段施工、防水措施、地表进行加固等方面内容, 同时在此基础上对公路隧道项目建设浅埋偏压软弱围岩中需要把控的重点开展讨论。

关键词：公路隧道,浅埋偏压,软弱围岩,施工技术

参考文献

[1] 潘胜林.浅埋偏压软弱围岩情况下公路隧道的设计与施工[J].贵州大学学报 (自然科学版) , 2012, 29 (01) :114-116+130.

围岩施工技术论文范文第3篇

平煤集团天力公司吴寨矿西翼己一采区11200机巷, 平均煤层厚度为1.5m、倾角为8°、埋深700m~750m。锚杆为左旋无纵筋锚杆。规格￠20mm2000mm, 锚固方式为端锚。锚索为￠15.24mm6200mm钢绞体, 由于11200机巷地预应力复杂, 煤层顶板节理缝隙发育松软破碎易离层, 不稳定岩层厚2m~6m左右, 顶板管理难度大, 11200机巷施工中常出现的问题如下。

(1) 巷道施工过后出现离层现象严重。

(2) 局部顶板发现明显“网兜”现象, 造成严重的安全隐患。

(3) 时常出现螺帽脱落或托板变形现象, 使锚杆失效, 严重影响安全生产。

为确保巷道掘进安全顺利进行, 巷道支护质量良好, 急需研究改进针对11200机巷地质生产条件的锚杆支护, 根据巷道所处顶板不稳定的厚度和巷道支护强度不足。提出改变一次支护的的厚度+预应力支护+W钢带护顶。

将原￠20mm2000mm左旋无纵筋锚杆更换为￠20mm2400高强让压锚杆。锚索￠15.24mm6200mm钢绞线改为锚索￠17.28mm8500mm钢绞线, 并使用W钢带、联合支护、给锚杆、锚索很高的张拉力可改变围岩应力状态。增加围岩的强度, 提高围岩的承载力, 以减少并控制围岩破碎。塑性化的范围和巷道的表面位移, 有利用围岩的稳定。

2 锚网索支护技术

2.1 锚网支护

(1) 巷道断面。

断面为矩形:长宽 (4.22.8m) 的巷道沿煤层顶板掘进。

(2) 锚杆规格及其布置。

巷道顶板选用6根￠20mm2400mm的高强让压锚杆, 顶板锚杆间距为700mm, 两带锚杆距帮100mm, 安设角度向外与垂直方向成20°角, 其余与顶板垂直布置。两帮各选用4根￠20mm2400mm的高强让压锚杆中间2根锚杆垂直煤帮布置, 上角锚杆布置角度为20°, 距离顶板300mm, 下角锚杆距底板200mm, 角度为20°。

(3) 锚固方式。

锚杆采用加长锚固方式, 其中顶锚杆用3支规格为K2335快速树脂药卷, 两帮使用规格K2335快速树脂药卷, 以保证锚杆的锚固质量。

(4) 锚杆间排距。

间排距为700mm700mm。

(5) 金属网及钢带的使用。

金属网, 顶帮采用单层8#冷拔丝经纬金属网, 网规格4 2 0 0 m m9 0 0 m m, 网格40mm40mm, 网搭接长度为100mm。巷道顶板采用M型钢带长4 m。

2.2 锚索支护

锚索呈“五花”布置, 锚索长均为8.5m, 外露200mm, 锚索用300mm长的槽钢做为托板。布置锚索的距离为2.8m, 锚索排与单根锚索的距离为1.4 m, 各锚索均采用6支K23350快速树脂药卷锚固, 锚索的预应力均为100kN (附支护断面图) 。

3 围岩控制效果实测分析

11120工作面每隔50m安装一组顶板离层指示仪, 同时每隔20m设置一组十字位移观测点, 掘进过程中每旬进行一次监测结果分析, 巷道顶板离层总量为10mm, 从观测点距迎头100m巷道基本稳定, 确保了煤层锚杆支护的效果。

4 结语

从实测效果分析新支护方案采取后, 高强锚杆和锚索、钢带配合效果明显优于原方案。能及时支护顶板, 有效防止顶板离层, 加强了支护强度, 巷道成形好可有效控制防止顶板围岩变形, 提高围岩稳定性, 围岩控制效果良好。

摘要：介绍了中深部井田围岩破碎带中采用锚杆、锚索、W钢带联合支护技术的应用, 探索合理的巷道支护参数方案, 并对实施效果进行了检测和分析, 证实联合支护在中深部井田围岩破碎带中成功应用。

围岩施工技术论文范文第4篇

1 塌方破坏分析

对围岩塌方机理的认识是防治塌方的前提, 关键块体理论[2]比较适合对碎裂岩体的塌方进行评价, 对于软岩类及层状介质以致于散体结构, 还有各类的数值分析方法[3,4]。

受岩体结构面空间分布及软弱夹层和地形造成的偏压影响, 都有可能发生塌方[5]。引起隧道塌方的原因归纳起来有以下几个方面:地质条件不良、设计定位不合理、施工方法不当等, 对隧道塌方的统计结果表明, 由断层破碎带、降水、隧道偏压、勘察设计、施工进度不合理及爆破振动等所造成的塌方所占比例为27%～5%。勘察设计及施工方法的不当导致的塌方占较大比例[6]。

2 塌方影响因素

各类不同结构围岩, 都有可能发生塌方破坏, 围岩塌方的影响因素包括如下几个方面。

(1) 岩体破碎程度。

根据隧道走向, 则开挖掌子面围岩被节理分割成的块体模型如图1 (a) 所示。从节理切割围岩后与隧道的空间相对关系发现, 隧道拱顶及拱墙部位的碎块岩体为不稳定块体, 如果超强支护控制不利, 或施工时各道工序衔接不好, 极有可能发生块体掉落, 导致碎裂结构岩体块体掉落的连锁反应, 产生塌方, 埋深浅时塌腔延续到地表。水平层状泥岩夹砂岩是成岩作用差的岩体, 其强度与硬塑的粘性土相当, 当有地下水活动时, 结构强度会大幅度降低, 水平层状泥岩在隧道开挖后, 拱顶岩层容易产生弯折破坏, 破坏区向上发展。

(2) 地下水影响。

由于围岩破碎, 结构面强度对岩体稳定性起控制作用。充填物的成分含有大量粘土矿物, 或者说结构面是泥质胶结的, 泥质胶结的强度受水影响强度会大幅降低。结构面的粘结强度降低, 岩体沿结构面发抗滑力下降。泥岩夹砂岩地段岩体强度受水的影响更明显, 泥岩遇水软化作用导致岩体强度降低。

(3) 设计方案。

目前设计支护参数的确定是按照围岩分级进行的。由于节理发育, 岩体破碎, 节理间充填松散物, 如果有地下水的作用, 在结构面强度降低的条件下, 隧道不同部位块体会产生不同失稳模式, 如侧边墙的块体滑移、拱顶及拱腰的碎块掉落等。对于泥岩拱顶产生弯折掉落及掌子面挤出塌方等。

(4) 施工方法。

施工方法的确定在很大程度上受设计方案及围岩级别的影响。当施工围岩级别与设计阶段有明显不同时, 会因为初支及二衬没有及时跟进, 导致无支护隧道围岩暴露时间过长超过其自稳时间而失稳。

3 结语

(1) 影响隧道围岩塌方失稳的因素主要是岩体破碎程度、胶结面强度及地下水的影响。因施工揭露围岩级别与设计围岩级别有差异, 导致超前支护强度偏弱, 客观上增加了塌方的频率和规模。

(2) 根据上述影响因素, 增加围岩结构强度, 改善泥岩力学性质是控制围岩稳定的关键措施。通过超前加固围岩, 加长、加密超前支护锚杆, 增加超前支护锚索可以有效改善围岩开挖后的自稳能力, 控制变形塌方的发生。

摘要：碎裂结构围岩在隧道施工中经常发生塌方及掌子面涌出、坍塌事故。通过对现场隧道围岩塌方特征进行分析, 提出了碎裂结构隧道塌方的控制因素是围岩的结构强度, 指出改善围岩的物理力学特性, 增加围岩的自承能力及其整体性是控制碎裂结构隧道塌方的主要因素。

关键词：碎裂结构,隧道,塌方,结构强度

参考文献

[1] 孙志峰, 谭世友, 押鹏举, 等.隧道塌方的影响因素与治理方法[J].建材技术与应用, 2006, 3:67～68.

[2] 任海军.隧道开挖过程中层状围岩稳定性分析[J].探矿工程, 2007, 4:54～59.

[3] Jun Liu, Zhongkui Li, Zhuoyuan Zhang.Stability analysis of block in the sur-rounding rock mass of a large under-ground excavation[J].Tunnelling andUnderground Space Technology, 19 (2004) :35～44.

[4] 王士民, 刘丰军, 叶飞, 等.隧道坍方研究中的数值技术发展现状[J].现代隧道技术, 2006 (增刊) :86～91.

[5] 张敏, 黄润秋, 巨能攀.浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析[J].工程地质学报, 2008, 16 (4) :482～488.

围岩施工技术论文范文第5篇

在计算隧道重要地段和部位的变形数值以及进行稳定性分析和支护设计时, 需要已知围岩的力学参数, 如弹性模量、泊松比、围岩侧压力系数等, 这些力学参数的确定直接影响着数值分析的结果。对于重要工程, 可以通过室内试验和原位试验等方法取得较为符合实际的岩体力学参数。但是, 原位试验受时间和资金限制, 不可能大量进行;由于天然岩体中普遍存在裂隙、层理、节理等不连续结构面, 室内试验得出的结果与实际情况有较大的出入。因此, 结合围岩变形实测数据, 反演围岩的力学参数为解决这一问题提供了十分有前途的手段[1~4]。

岩体力学参数反演是将外荷载作为输入, 结构的弹性位移计算值作为输出, 然后通过弹性位移观测值与数学模型输出值的差异最小化过程来反演岩体力学参数。但是, 反问题常常是不适定的。不适定性一般可由被反演参数的不存在、不唯一和不稳定来表征。因此, 如何保证反演参数的唯一性和稳定性成为围岩力学参数反演最重要的问题[5~8]。研究表明, 将人工神经网络和模糊逻辑推理相结合, 所构成的自适应神经模糊推理系统ANFIS具有收敛快、稳定性好、网络训练具有唯一性等特征。这些正是研究和建立收敛速度快、解的稳定性好、优化性能好的位移反分析方法所需要的。

2 工程概况

中兴隧道位于重庆至长沙高速公路彭水至武隆段C21合同段。中兴2号隧道里程为K11+267~K11+730, 长463m, 隧道围岩主要为Ⅲ、Ⅳ类围岩, 埋深30~50m, Ⅲ类围岩最大开挖宽度15m, 最大开挖高度9m。隧道采用锚喷联合支护作为初期支护, 锚杆长度3m, 纵、环向按1m1m梅花形布置, Ⅱ级螺纹钢筋, 喷射C20混凝土, 厚度为25cm, 复合式衬砌。隧道施工监控量测周边位移和拱顶下沉均采用SWJ-Ⅲ型收敛计。根据设计资料及地质勘查资料, 隧道里程为K11+438处设计断面如图1, 断面测线布置如图2, 现场监测位移及实测的力学参数如表1。

3 围岩力学参数的反演

3.1 反演参数及其取值范围的确定

围岩待反演的力学参数主要有弹性模量E、泊松比μ、内聚力C、内摩擦角φ、侧压力系数λ等。由于篇幅所限, 本文只论述C、φ、λ的反演过程。综合考虑地质勘察资料及目前国际上流行的经验方法[9~12], 反演参数的取值范围及取值水平如表2。

3.2 围岩力学参数的反演

3.2.1 围岩力学参数与围岩位移之间映射关系的建立

通过正交试验确定模拟计算方案, 把模拟计算方案输入隧道FLAC3D模型进行计算, 输出的计算结果如表3所示。表3中的uy、ux即为拱顶下沉、周边位移。

3.2.2 反演内聚力C的ANFIS模型的建立

以拱顶下沉uy、周边位移ux为输入, 内聚力C为输出, 构建数据对。采用25个数据对, 对ANFIS进行训练, 得到预测内聚力C的ANFIS模型, 如图3所示。

ANFIS模型训练误差的变化过程如图4所示, 经25步训练误差基本收敛。采用所建立的ANFIS模型, 输入表1中实际测得的拱顶位移及周边位移, 得到内聚力C=0.5587Mpa, 与实测值0.603Mpa的相对误差为7.35%。

3.2.3 反演内摩擦角φ的ANFIS模型的建立

以拱顶下沉uy、周边位移ux为输入, 内摩擦角φ为输出, 构建数据对。采用25个数据对, 对ANFIS进行训练, 得到预测内摩擦角φ的ANFIS模型, 如图5所示。

ANFIS模型训练误差的变化过程如图6所示, 经30步训练误差基本收敛。采用所建立的ANFIS模型, 输入表1中实际测得的拱顶位移及周边位移, 得到内摩擦角φ=39.822°, 与实测值44°的相对误差为9.50%。

3.2.4 反演侧压力系数λ的ANFIS模型的建立

以拱顶下沉uy、周边位移ux为输入, 侧压力系数λ为输出, 构建数据对。采用25个数据对, 对ANFIS进行训练, 得到预测侧压力系数λ的ANFIS模型, 如图7所示。

ANFIS模型训练误差的变化过程如图8所示, 经150步训练误差基本收敛。采用所建立的ANFIS模型, 输入表1中实际测得的拱顶位移及周边位移, 得到侧压力系数λ=0.7325, 与实测值0.68的相对误差为7.72%。

4 结论

本文采用自适应神经模糊推理系统对中兴隧道围岩力学参数进行了反演, 并结合隧道里程为K11+438处的现场监测位移及实测的力学参数, 检验了反演结果。经检验表明, 围岩内聚力相对误差为7.35%, 内摩擦角相对误差为9.50%, 侧压力系数相对误差为7.72%, 满足工程需要, 且ANFIS收敛速度快, 解的稳定性好, 为隧道围岩力学参数的确定提供了一种高效的途径。

摘要：本文采用自适应神经模糊推理系统 (ANFIS) 对公路隧道施工过程中围岩的内聚力、内摩擦角、围岩侧压力系数等力学参数的反演进行了研究;通过数据正交试验以及FLAC3D正演计算得到数据样本, 建立围岩力学参数的ANFIS结构, 同时, 对现场围岩位移进行监测, 最后将模拟计算结果与检测结果进行比较, 结果表明, 模拟计算结果与实测数据吻合良好, 说明该反演分析方法具有良好的工程适用性, 可在工程实践中推广应用。

关键词：隧道工程,围岩,ANFIS,反演分析

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围岩施工技术论文范文第6篇

武广客运专线岭牌隧道全长531m, 进口明洞5m。, 进出口洞门各18m。, 暗洞490m, 全部为V级围岩。隧道开挖断面大、埋深浅、偏压严重。其设计断面为154m2, 考虑预留沉降等因素, 实际开挖断面最大达164m2;最大埋深48m。, 且中部约60m地段埋深仅4m~6m。隧道沿山体坡脚方向掘进, 上部岩质为全风化花岗岩、粉质豁土, 下部为强风化花岗岩。地下水丰富, 以裂隙水为主, 且中部6Om浅埋偏压段距隧道中心线约25m处有一面积为10亩左右的水塘, 其水面标高与隧道拱顶高程一致。

二、三台阶七步流水法的实施

针对本隧道地质情况及特点, 根据全风化花岗岩遇水易分解崩塌的特点, 为防止隧道坍塌及沉降, 施工中须保证开挖部分尽快封闭成环, 在此情况下, 经研究决定采用三台阶七步流水作业法进行施工。

(一) 开挖

1、第一、二步。

(l) 在拱部超前小导管的支护下, 人工风镐配合机械沿开挖轮廓线, 由上而下开挖上弧形导坑并预留核心土, 遇硬岩时采取弱爆破, 铸循环开挖0.6m。核心土保证其长度和宽度 (长度一般为3m以上, 宽度一般为两边预留工作空间即可) , 上弧导开挖5m~6m时方开挖核心土。 (2) 开挖后及时初喷4cm。厚混凝土封闭作业面, 在含水量较大易掉块处, 先铺挂一层钢筋网, 再进行初喷, 确保开挖面圆顺且无大的超挖现象。 (3) 按要求施作喷射混凝土、钢架、锚杆、钢筋网, 钢架架立完成后即开始施作锚杆, 再进行挂网施工, 然后进行喷射混凝土施工, 第一层喷射厚度:拱部为8cm~10cm、边墙10cm~15cm。分层喷射时, 第二层或第三层必须在第一层或第二层终凝后进行, 该配合比终凝时间为8min~10min。但喷射作业需一次性完成, 不能留给下个循环补喷。喷射棍凝土顺序为自下而上, 先拱脚后拱部, 或开挖到中、下导坑时, 先边墙脚后边墙。一般情况下, 上弧导施作3m~4m有足够作业空间后方可施工系统锚杆, 以确保系统锚杆角度准确, 受力良好。

2、第三、四步。

在上导承载拱作用下, 中台阶左右分开平行进行, 左侧超前右侧约1m~2m (2榀~3榀钢架间距) , 人工风镐、弱爆破配合开挖中导坑。左、右侧以一定的时间差按与第一步相同的工艺进行初期支护。

3、第五、六步。

在已完成上、中导坑支护后, 分段左右开挖下台阶, 开挖方式、开挖步距以及初期支护方式与中导坑一样。

4、第七步。

下台阶距仰拱最大距离不超过30m为宜, 设计要求采用分段整体灌注, 严禁半幅施工, 开挖长度以3m~5m最为安全, 以防止边墙拱脚处收敛, 造成喷射混凝土面开裂等病害。仰拱开挖后, 为保证其承载力, 立即将地下渗水抽出, 并喷射混凝土及时封闭, 厚度5cm。

(二) 初期支护

1、喷射混凝土。

开挖完成后为确保后续施作工序安全, 先对开挖轮廓线进行整修、排除危石, 再用喷射混凝土进行初喷, 待安装完钢筋网片、系统锚杆、钢架、系统锚杆、超前锚管后再进行复喷。第一层喷射厚度:拱部为8cm~10cm, 边墙10cm~15cm;分层喷射时, 第二层或第三层混凝土必须在第一层或第二层终凝后进行, 该配合比终凝时间为8 min~10min, 但喷射作业需一次性完成, 不能留给下个循环补喷。喷射混凝土顺序为自下而上, 先拱脚后拱部, 或开挖到中、下导坑时, 先边墙脚后边墙。因喷射砼厚度较厚, 严禁喷射时一次性喷完;否则, 在喷射过程中将不可避免地产生堆喷现象或者喷射混凝土未完全凝固而发生掉块现象, 造成喷射混凝土不密实而影响强度, 削弱喷射混凝土作用。

2、钢筋网片。

初喷完成后进行钢筋网片的安设, 网片采用φ8钢筋网片, 利用u型卡扣紧贴初喷面进行铺设, 网格间距为200 x 200mm。根据现场实际情况, 可对网格大小、钢筋规格、网格层数进行调整。

3、系统锚杆。

由于系统锚杆在富水粘土地段因粘结力不强对隧道作用不大, 但对石质或砂性土质地段效果较为明显, 所以, 施工过程中, 我们在保持总量不变的情况下, 将系统锚杆位置改至钢架上并与之焊接牢固, 兼起到锁脚锚杆的作用, 使之与其他初支形成一个扩大的稳固基础。

4、钢架。

钢架制作必须在平整的场地上按照1:l大样图严格制作, 并在节点位置按照角度控制好连接板的倾角。各节点可根据实际情况进行调整, 但在圆环的薄弱地段尽量不要开设节点。钢架安装过程中要严格按照测量放样进行, 严格控制钢架倾斜度及高程, 如钢架底部超挖, 严禁采用虚土回填, 必须采用槽钢或者工字钢垫底铺设, 对于富水的软弱土质地段则需加设扩大钢板或者托梁以增大受力面积及充分利用相邻钢架共同承力。

5、锁脚锚杆。

一般来说, 锁脚锚杆在每榀底部以上约50㎝处设置2根, 左右各一根, 采用φ22钢筋与钢架及对称锁脚锚杆进行有效焊接, 确保共同受力。在软弱围岩地段, 可根据实际情况将锁脚锚杆改成φ42或更大的注浆锁脚锚管, 以增强抗剪能力, 确保沉降不超出拟定范围。

6、超前锚管。

在软弱围岩地段超前锚杆对控制掌子面稳定起着相当重要的作用, 对于特别软弱的地段每1~2循环施作一环, 环向净间距根据管径大小调整, 一般以管径的6~8倍为宜, 每环的搭接长度在沿隧道线路方向以不少于lm为宜, 在局部地段可适当加密。

三、围岩盘测与预留沉降控制

(一) “新奥法”理念中, 光面爆破、锚喷支护、围岩量测是

隧道施工三大核心, 其中围岩量测对于隧道施工有着及其重要的指导性作用。施工中, 我们可根据类似条件下围岩量测得出的沉降量来调整下步施工的预留沉降量, 避免预留沉降量过大造成二次衬砌混凝土增加而增加额外的成本;或预留沉降量过小导致二次衬砌厚度不够、减少受力储备, 形成安全隐患。

(二) 隧道预留沉降量一般为隧道净空扩大和整体抬升, 隧道围岩量测包括收敛量测和拱部沉降观测。

一般情况下, 根据收敛量测情况调整隧道净空扩大量, 根据拱部沉降量调整整体抬升预留量。但是, 由于衬砌台车通常比设计半径大5cm左右, 且隧道轮廓为圆弧形、整体抬升后下部180°以下将造成局部侵限, 一般也相应会产生一定量的净空扩大量;所以, 预留量的具体数据可根据前期施工时, 开始沉降到沉降稳定的总量来进行控制。假设断面设计半径为R (所有单位均为cm) , 拱部沉降总量为A, 周边收敛量为B, 那么我们在下步类似情况下, 可按净空量为 (A–B) 、整体扩大量为 (B+5) 来预留。

四、特殊情况处理方法

(一) 沉降速率过大。

对施工中出现沉降速率过大的情况, 要分析原因, 沉降速率过大一般是由于钢架底部虚碴过厚、围岩本身极其软弱、围岩本身软弱外加裂隙水浸泡等原因造成。因此, 我们应该针对不同的情况进行处理:

1、对于底部虚碴过厚的情况, 首先清空下部虚碴, 采用木板、钢板等敲击填塞人底部。

该种情况的沉降一般只是前期沉降大, 时间较短。

2、对于围岩本身极其软弱或者围岩本身软弱外加裂隙水浸

泡而造成的沉降, 由于该种沉降一般速率大且延续时间长, 应该引起重视。对于每天沉降速率超过5mm的, 须增加观测频率。如果沉降速率随着时间的推移而增大或者将要超过预留沉降量, 则需立即采取相应的应急措施。一般可增设锁脚锚管 (杆) 并与钢架进行有效焊接;必要时增设临时仰拱, 临时仰拱与仰拱采用同样的弧度并与钢架有效连接。同时, 对于有裂隙水渗出的地段, 须设置排水盲管集中引排, 并相应调整下段施工的预留沉降量。

(二) 掌子面拱部坍塌。

坍塌发生时, 拱部的围岩是否能在喷射混凝土茬盖后形成一定时间的自然承载拱。对可以形成自然承载拱的, 在确保人员、机械安全的情况下进行有效抢险。但须特别注意的是:一般自然承载拱平衡都只是一个微妙的平衡, 须尽量减少外力对围岩的扰动, 如停止其他工作面的爆破或大型机械作业, 严禁对掌子面进行通风排尘处理等, 以便将扰动减至最少。对于不可形成自然承载拱的, 须立即撤出人员及机械, 待其基本稳定后再进行处理。一般情况下, 坍塌土体已将上导埋没, 我们可以在已施作好的钢架上再加密加设注浆超前小导管。小导管长度要超过掌子面坍塌长度lm以上, 确保小导管起到挑梁作用;小导管间距以3~5倍管径为宜, 注浆分次进行。为使浆液提前凝固, 一般在1:1的水泥浆液中按照试验室提供的配合比添加35波美度的水玻璃。在下段施工中, 适当将钢架间距缩小, 挂设多层钢筋网片。待坍塌段全环施作完成后再对拱部塌空区域进行注浆回填, 对于坍塌高度超过2m的, 回填注浆到2m高度即可。

(三) 初支环向、纵向裂缝、山体裂缝、地表沉陷。

施工隧道开挖改变原土体应力状态, 造成隧道环向、纵向裂缝、山体开裂, 处于不稳定状态, 隧道变形主要为地下水作用使围岩轴向应力、剪应力、塑性区范围增大, 土体抗剪强度降低, 导致围岩稳定变差, 诱发隧道轴向开裂、环向开裂、山体开裂、地表沉陷等现象。在此种情况下、一般根据成因, 在隧道纵、环向裂缝处两端各5m处增设系统、锁脚锚 (管) 杆、加设钢筋网片、复喷混凝土以增加初支自身刚度, 增强围岩本身与初支间的作用。对于山体开裂及地表沉降, 可在地表采用地表注浆、铺设钢筋网片、增设锚索 (杆、管) 等加强山体的稳定性。

五、结语

做好隧道施工, 首先必须有正确的施工方案, 而且必须从隧道施霖的每道工序做起, 有效开挖、超前小导管、钢架安装等每道施工工序的施工质量都对隧道施工有着重大影响, 施工中的一点不当, 就可能造成施工安全质量隐患。因此, 每道工序的施工质量都要达到预期的效果, 才能使隧施工安全、质量得到有效保证。

摘要：结合武广客运专线岭牌隧道施工实例, 重点介绍了三台价七步流水作业法在浅埋偏压软弱围岩隧道中的具体做法, 并对隧遗施工中可能出现的一些特殊情况的处理方法进行总结, 为浅埋偏压软弱围岩隧道三台阶七步流水作业法施工提供参考与借鉴。