-
>
公路車寶典(ZINN的公路車維修與保養秘籍)
-
>
晶體管電路設計(下)
-
>
基于個性化設計策略的智能交通系統關鍵技術
-
>
花樣百出:貴州少數民族圖案填色
-
>
山東教育出版社有限公司技術轉移與技術創新歷史叢書中國高等技術教育的蘇化(1949—1961)以北京地區為中心
-
>
鐵路機車概要.交流傳動內燃.電力機車
-
>
利維坦的道德困境:早期現代政治哲學的問題與脈絡
軟巖隧道變形主動支護控制 版權信息
- ISBN:9787030718228
- 條形碼:9787030718228 ; 978-7-03-071822-8
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊數:暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>>
軟巖隧道變形主動支護控制 內容簡介
依托我國西部艱險山區正在建設的木寨嶺公路隧道,以充分"提高"和"調動"圍巖自承能力的"主動支護"理念為指導思想,開展以新型預應力錨固系統為核心載體的主動支護變形控制理論及其技術實踐的研究,內容包含主動支護新理念、新方法、新產品、新工藝及新技術等內容的系列開發研究與實踐,*終提出軟巖隧道工程中以預應力錨固體系為核心的"主動支護"體系設計理論與方法,進而實現預應力"主動支護"作用下隧道穩定、襯砌結構安全與節約工程造價等多重并舉的目的。系列研究成果有望改變我國隧道工程中長期以來廣泛采用的"全被動"支護型式,開啟我國長期服役的地下工程中全新支護模式,具有極高的理論意義與工程應用價值。
軟巖隧道變形主動支護控制 目錄
第1章 緒論 1
1.1 問題的緣起 1
1.2 軟巖隧道支護理論現狀及其存在的問題 4
1.2.1 強力被動支護理論及其存在的問題 5
1.2.2 讓壓支護理論及其存在的問題 6
1.2.3 主動支護理論及其存在的問題 9
1.2.4 軟巖隧道中常用支護理論的適用性 10
1.3 木寨嶺特長公路隧道簡況 15
1.3.1 工程概況 15
1.3.2 工程地質特征 15
1.3.3 結構參數設計及支護特性分析 17
1.3.4 木寨嶺公路隧道大變形狀況簡述 19
第2章 軟巖隧道快速主動支護基本原理及其技術實現 21
2.1 軟巖隧道快速主動支護的基本原理 21
2.1.1 軟巖隧道快速主動支護內涵 21
2.1.2 軟巖隧道主動支護作用機理 21
2.2 軟巖隧道中快速主動支護的必要性與有效性分析 24
2.2.1 計算模型、參數及工況 24
2.2.2 主動支護的有效性 25
2.2.3 快速(主動)支護的必要性 31
2.3 軟巖隧道快速主動支護技術的實現形式及其體系組成 33
2.3.1 現行常用預應力錨固體系概述 33
2.3.2 常用預應力錨固方式在軟巖隧道中的適應性研究 35
2.3.3 軟巖隧道中適宜的快速主動支護技術的提出 41
2.3.4 快速主動支護體系的合理組成 42
2.4 本章小結 42
第3章 基于協同作用效應的新型高強預應力快速錨固系統研發 44
3.1 軟巖隧道錨固系統中墊板受力特性及其適配性研究 44
3.1.1 墊板主要型式及其作用機理 44
3.1.2 軟巖環境下墊板受力特性的現場試驗研究 46
3.1.3 基于數值仿真的軟巖隧道錨固體系中墊板力學特性研究 53
3.1.4 軟巖隧道中預應力錨固系統適宜墊板參數分析 64
3.2 預應力錨固系統中球形墊圈作用機理及效用性研究 65
3.2.1 球形墊圈作用機理 65
3.2.2 球形墊圈效用性試驗 66
3.3 純水泥注漿體適宜水灰比及其力學特性研究 73
3.3.1 純水泥注漿體的適宜水灰比 73
3.3.2 0.4水灰比純水泥漿的注漿飽滿度室內試驗研究 75
3.3.3 0.4水灰比純水泥漿在軟巖隧道中的錨固性能測試 78
3.4 軟巖隧道錨固系統中鋼帶受力特性及結構效應研究 81
3.4.1 鋼帶的類型及其特點 81
3.4.2 鋼帶的協同支護機理 82
3.4.3 鋼帶參數對圍巖支護效果的影響 83
3.5 軟巖隧道中快速預應力錨固系統的研發 95
3.5.1 礦業領域小孔徑預應力錨索系統技術特點淺析 95
3.5.2 軟巖隧道中快速預應力錨固系統的建立 96
3.5.3 軟巖條件下新型鳥籠錨索快速錨固性能試驗研究 99
3.6 本章小結 104
第4章 快速主動支護效應下本構模型的開發及其應用 105
4.1 圍壓效應下的軟巖力學特性演化規律研究 105
4.1.1 圍壓對軟巖力學特性的影響分析 105
4.1.2 不同圍壓下炭質板巖的力學特性試驗 109
4.2 基于Fish的主動支護效應本構模型開發 114
4.2.1 FLAC3D常用內置本構模型簡介 114
4.2.2 新型本構模型開發關鍵要點 117
4.2.3 軟巖隧道中基于主動支護效應本構模型的合理性檢驗 118
4.3 軟巖隧道中主動支護的作用機制研究 121
4.3.1 計算模型、參數與工況 121
4.3.2 計算結果與分析 122
4.4 本章小結 126
第5章 基于位移差的預應力錨固體系設計方法 127
5.1 基于位移差的預應力錨固體系設計原理與分析流程 127
5.1.1 預應力錨固系統中位移差概念的提出 127
5.1.2 基于位移差的預應力錨固系統設計方法/流程 132
5.2 基于數值仿真進行錨固參數設計時關鍵問題的處理 133
5.2.1 主動支護體系的適應性淺析 133
5.2.2 計算模型及關鍵問題處理 134
5.3 軟巖隧道中基于位移差的預應力錨固系統參數設計 135
5.3.1 變形管理等級制定 135
5.3.2 預應力值設計 136
5.3.3 預應力錨索長度設計 140
5.3.4 預應力錨索間距設計 145
5.3.5 預應力錨索短、長組合設計 149
5.3.6 主動支護關鍵參數建議 153
5.4 本章小結 153
第6章 軟巖隧道中快速主動支護體系變形控制效應 154
6.1 木寨嶺公路隧道主動支護試驗段概況 154
6.2 軟巖試驗段主動支護體系方案設計 155
6.2.1 主動支護體系關鍵設計參數 155
6.2.2 主動支護體系組成構件 156
6.2.3 主動支護體系的構件組成與性能要求 157
6.2.4 與分部開挖相配套的主動支護技術施工設計 158
6.3 軟巖隧道中主動支護體系變形控制效果分析 161
6.3.1 試驗段主動支護體系監控方案的制定 161
6.3.2 圍巖穩定性分析 166
6.3.3 支護結構受力特性與安全性分析 171
6.4 軟巖隧道中主、被動支護體系的變形控制效應對比 174
6.4.1 “強力被動支護”段概況 174
6.4.2 主動與強力被動支護模式下圍巖穩定性對比分析 179
6.5 本章小結 182
第7章 軟巖隧道中快速主動支護體系配套工藝技術 183
7.1 軟巖隧道中鳥籠錨索系統快速施工工藝 183
7.1.1 軟巖隧道中可快速成孔的錨桿鉆機選型與鉆具改進 183
7.1.2 鳥籠錨索現場工藝試驗 200
7.1.3 鳥籠錨索施工工藝流程與要點 202
7.2 軟巖隧道主動支護體系關鍵施工工藝技術 204
7.2.1 主動支護技術的工藝流程與要點 204
7.2.2 主動支護體系“先錨后支”工藝流程與要點 205
7.3 本章小結 206
參考文獻 209
彩版 211
軟巖隧道變形主動支護控制 節選
第1章 緒論 1.1 問題的緣起 隨著我國基礎設施建設的飛速發展,隧道與地下工程大規模建設,“深”“長”“險”“大”已成為當前隧道工程的主要特點。特別在我國西南、西北部廣大山區,高地應力環境以及復雜多變的地質條件,使隧道修建過程中軟巖的大變形問題日益嚴重和突出。如南昆鐵路家竹箐隧道、蘭新鐵路烏鞘嶺隧道、蘭渝鐵路木寨嶺隧道、成蘭鐵路楊家坪隧道、松潘隧道、317線鷓鴣山隧道等,都先后出現了不同程度的軟巖大變形問題(圖1.1-1),*大變形量達到1000~2000mm或以上,給工程修建帶來了嚴重困難和極大安全風險[1]。而按照我國“一帶一路”倡議和“八縱八橫”戰略,目前西部山區包括渝(重慶)昆(昆明)高鐵、川藏鐵路等在建及擬建的隧道工程總計長度將超過1000km,高地應力環境下的軟巖隧道大變形災害成為制約重大(點)工程順利推進和建成的瓶頸和難題,研究軟巖大變形隧道快速高效修建技術極為迫切。 高地應力軟巖隧道開挖過程中因圍巖自承載能力弱,自穩時間短,圍巖常常出現變形速度快、變形量大、持續時間長等特點,開挖后若支護不及時或支護強度不足,極易出現過大的圍巖變形而導致結構破壞甚至坍塌等風險。故為有效抑制軟巖隧道開挖后快速發展的變形,保持巖體自承載能力,將圍巖塑性區及松動圈保持在合理范圍內,“及時強支護”體系在高地應力軟巖隧道大變形處治過程中被廣泛采用。所謂“及時強支護”包含兩層涵義:一是隧道開挖后及早地施作支護結構;二是加大支護結構剛度,如采用加厚、二次甚至多次復噴的噴射網筋混凝土、間距更密的高強度鋼拱架及施作更加厚實、配筋率更高的剛性二次襯砌(二襯)結構等[2]。在上述思想支配下,錨、噴、網和鋼架、二襯等支護諸參數的設計標準都大大突破了各行業規范中的推薦值,典型如蘭渝線上的木寨嶺鐵路隧道[3],為應對施工中出現的大變形災害,在嶺脊段采用了含H175型鋼鋼架在內的4層初支+1層二襯共1.9m厚的復合式“強力支護”系統(圖1.1-2)。 近年來,隨著對軟巖大變形隧道發生破壞機理與支護控制技術研究的深入,對襯砌結構與圍巖間相互作用機制的認知亦逐步加深,以汪波教授為代表的國內外學者提出了“被動支護”的概念[4]:所謂“被動支護”是指依賴圍巖產生向洞內的變形或破壞來“誘發”支護結構受力以抵御可能發生的各類災害的襯砌。從上述認知出發,結合我國隧道中目前采用的初支+二襯支護模式,及由此模式衍生出的由噴射混凝土、鋼拱架、系統錨桿與模筑混凝土組成的支護體系可以看出,上述支護構件若要發揮作用,均首先需要圍巖產生相對的位移,否則各構件難以發揮支護效應。因此,現行軟巖大變形隧道中“強力支護”是由“全被動”常規支護構件組成的全被動支護模式。 在軟巖隧道中,上述“強力被動支護”雖在一定條件下能抑制圍巖產生的變形,并控制圍巖松動圈的發展,暫時抑制了隧道洞室局部范圍因變形失穩而塌方,但隨著軟巖隧洞開挖過程中圍巖應力的過度松弛而大范圍地釋放,巖體因持續大變形而呈非線性流變的特征,以及遇水后表現出體脹和失水則崩解離析等軟巖不良地質缺陷特性,其圍巖形變荷載將會隨歷時而持續加劇增長,支護體系的受力和變形亦會隨之急劇發展增大。由于“實時強力被動”支護體系無法及時主動加固圍巖、快速提高或調動巖體尤其是深部巖體承載能力,故以其為理念的強支護措施在處理較大的隧道變形時,因抑制了巖體形變能的釋放反而誘發了更大的圍巖壓力,導致支護結構處于極高的不利受力狀態,經常出現普通剛性錨桿因不能適應圍巖的擠壓變形而被拉斷失效,鋼拱支架因受壓荷過大而產生受壓折彎、扭曲或剪斷,噴射網筋混凝土開裂掉塊、保護層剝落露筋,以及二襯嚴重開裂等工程事故(圖1.1-3),而圍巖因過度變形而大范圍地“侵限”更十分常見。傳統的“全被動”強力支護模式及其設計理論在高地應力軟巖隧道建設中受到了極大的挑戰,基于新型理論下的全新支護體系亟待提出。 根據隧道力學可知,洞室開挖打破了原有的圍巖地應力平衡關系,導致洞壁切向應力急劇增大,徑向應力急劇降低(基本為零)[圖1.1-4(a)],此時,洞壁圍巖由原始的三維應力狀態轉變為二維應力狀態,也即徑向約束得到了解除。而對于強度低、性狀差的軟弱巖體而言,隨著隧道開挖過程中巖體徑向圍壓的減小或解除,巖體物理力學性能將逐步降低,巖體狀況將逐步惡化,從而導致圍巖自承能力迅速減弱,洞周巖體很快進入塑性狀態,*終形成過大的松動圈而誘發大變形及坍塌等風險[圖1.1-4(b)][4]。 因此,處于高地應力狀態下的軟巖隧道洞室開挖后,為消除因洞壁周邊約束解除而造成的高應力差及帶來的巖體力學性狀惡化問題,需主動快速地對洞壁施加徑向支護力p(圖1.1-5),以部分恢復洞壁徑向應力,同時使洞周圍巖的受力環境盡早恢復到三維應力狀態,進而達到快速主動地減小高地應力隧道中洞周應力差、抑制裂隙的擴展貫通及宏觀破裂面的形成、提高圍巖物理力學性狀及其自承能力的目的。圖1.1-6為主動支護下的圍巖應力變化。 基于上述認知,國內外相關學者提出了高地應力隧道中關于“主動支護”的明確定義與內涵[4-6]:所謂“主動支護”,是指在隧道開挖后,對洞室周邊及時施加一預應力支護,以改善洞周應力狀態及一定深度范圍內圍巖的自承能力,進而實現抑制或防止軟巖隧道大變形發生的目的。故此,在當前我國軟巖隧道中,不能一味地采用剛度大、支護強、造價高的“被動支護”手段以達到抑制大變形發生的目的,包含以砂漿錨桿為主體的全長黏結型錨桿在內的“全被動”支護模式應加以改變。 鑒于此,以國內典型高地應力軟巖隧道為工程依托或示范,以快速改善圍巖受力狀態和“調動”圍巖自承能力的“主動支護”理念為指導思想,開展以新型預應力錨固系統為核心載體的軟巖隧道主動支護變形控制理論研究及其技術實踐,以期揭示主動支護體系作用機制與承載機理,實現預應力“主動支護”作用下軟巖隧道洞室穩定、災變可控、結構安全與造價節約等多重并舉的目的。 自20世紀初首例嚴重的交通隧道(辛普倫I線隧道)軟巖大變形發生以來,國內外隧道工程發生圍巖大變形災害的事例屢見不鮮。國外如日本的惠那山隧道、奧地利的陶恩隧道和阿爾貝格隧道等都是典型的軟巖大變形災害工程案例。國內如青藏線上的關角隧道、寶中線上的大寨嶺隧道和堡子梁隧道、南昆線上的家竹箐鐵路隧道、蘭渝線上的木寨嶺鐵路隧道等工程均出現了不同形式和程度的圍巖大變形情況,給工程建設造成極大的困難,也給隧道設計、施工帶來了一系列問題。為此,國內外眾多學者針對軟巖隧道支護技術方面開展了眾多系列研究,并從軟巖巖體特性及隧道變形機理等方面入手,先后提出了軟巖隧道中“強力被動支護”、“讓壓支護”及“(預應力)主動支護”等三種主要支護理論[7]。 1.2.1 強力被動支護理論及其存在的問題 所謂“強力被動支護”包含3個方面內容: 其一,采用的支護理念為硬(支)抗,即力求以“高強支護力”抵抗圍巖形變壓力,實現對斷面變形的成功控制。 其二,采用的支護技術措施為被動型式,即常規噴射混凝土、型鋼拱架、砂漿錨桿和模筑二襯(鋼筋)混凝土等,并形成了全被動式的支護體系。 其三,在施工上要求“快挖快支”,盡快閉合支護體系,二襯常緊跟圍巖掌子面。 強力被動支護的核心思想正如王夢恕院士指出的那樣:“隧道開挖后應及時施做錨噴支護,及早給圍巖施加一定量的圍壓,以期盡早提供較強的支護阻力,決不允許過多的釋放,在軟巖大變形隧道中尋找*佳支護點是錯誤的”?傮w而言,強力被動型支護措施仍是目前軟巖隧道大變形處治過程中的首選。如日本惠那山隧道Ⅰ線采用了厚度高達1.2m的初支及二襯+兩層型鋼拱架的強支護體系;Ⅱ線海夾石斷層帶也同樣采用了極強的支護措施。國內蘭渝鐵路線上兩水隧道為遏制大變形的產生和發展,亦采用了雙層初支(噴射混凝土30cm+20cm,型鋼拱架型鋼鋼架)+二襯(拱墻60cm、仰拱70cm)和初支(噴射混凝土30cm,型鋼鋼架)+雙層二襯(50cm+30cm,C45鋼筋混凝土)的強支護手段。 但是,正如前述分析那樣,“強力被動支護”體系由于約束了圍巖的變形發展,巖體形變能得不到有效釋放,在大尺度變形的軟巖隧道中反而誘發了過大的圍巖壓力,使得支護結構處于極為不利的高應力狀態,以“硬扛”模式形成的強力剛性結構在形變量較大的軟巖隧道中出現不同程度的各類工程災害問題幾成常態!現今的軟巖隧道在強力被動支護下呈現如下突出特征: (1)軟巖變形段基本都采用極強的被動承壓支護手段進行控制,該類支護剛度大、延展性差、抗震性能低,若遇超出承載能力的壓力或偶然荷載(如地震、爆破荷載等)發生時極易產生前述的如噴射混凝土開裂、剝落,錨桿拉斷,以及鋼拱架扭曲等破壞,如惠那山Ⅰ線隧道、杜家山隧道等。 (2)為控制變形發展及預防塌方風險,大變形段二襯及時跟進。我國隧道二襯施作普遍采用現澆模筑混凝土工藝,受其限制,二襯澆筑后需經一定時間的養護才能滿足設計中提出的強度要求,進而實現較好的承載目的。但軟巖隧道中過早地施作二襯,導致其早期強度未達設計標準時,圍巖形變壓力就已作用上來,從而誘發新建隧道二襯開裂進而影響后期承載的現象,如杜家山隧道[8]、同寨隧道[9]等(圖1.2-1)。 1.2.2 讓壓支護理論及其存在的問題 近年來隨著軟巖隧道建設過程中各類災害問題的大量出現,傳統“強支硬頂”治理思維模式受到了越來越多的質疑;凇跋瓤购笞尅薄斑吙惯呑尅薄翱棺屄摵稀碧攸c的讓壓支護理念被業內學者提出,該理念汲取了及時強支護及雙層支護的核心思想,即在原有的“及時支護”“強支護”的基礎上增加了“讓壓支護”的功能(圖1.2-2)。 所謂讓壓,是要求在保持支護結構恒定承載力的條件下,允許其產生一定的位移量[圖1.2-2(a)中的讓壓段]以釋放部分圍巖壓力及動荷載作用時積聚的能量,待讓壓量釋放完畢后,結構隨變形的進一步加大而持續承載直至破壞,以達到充分發揮圍巖的自承載能力、優化支護受力、保障隧道穩定安全的目的。讓壓支護理念正如孫鈞院士在《地下工程設計理論與實踐》一書中指出的那樣,對于軟巖大變形地下洞室,支護結構應具備強柔性、高可縮性、邊支邊讓、支護結構后期的增阻性及經濟性和施工的便利性等特點。 關于讓壓支護技術在地下工程中的研究,主要集中在噴射混凝土、鋼拱架和錨桿上,其中隧道工程中以噴射混凝土和鋼拱架的讓壓為主,主要存在兩類方式: (1)其一為在環向支護構件中融入高壓縮性元件,如FFu元件、Meypo元件、Wabe元件、屈服應力控制器和限阻器等,典型工程如:①都靈(意大利)至里昂(法國)Base隧道Saint Martin La Porte段[11],隧
- >
新文學天穹兩巨星--魯迅與胡適/紅燭學術叢書(紅燭學術叢書)
- >
月亮與六便士
- >
龍榆生:詞曲概論/大家小書
- >
史學評論
- >
朝聞道
- >
上帝之肋:男人的真實旅程
- >
隨園食單
- >
推拿