分离式隧道扩建成小净距隧道群模型试验研究

随着交通量的日益增长,双向4车道乃至双向6车道隧道很难满足通行要求,在原有基础上改建或扩建成为双向8车道隧道的情形将越来越多。福建某双向4车道隧道在现有基础上扩建成双向8车道隧道,采用在原隧道基础上增加两个2车道隧道的形式进行扩建,最终形成了四洞小净距隧道群。通过室内模型试验,分析了不同开挖顺序情况下围岩及既有隧道结构的位移、应力变化情况,为开挖方案的制定提供了参考。     

非对称既有建筑荷载对大跨度公路隧道影响的有限元分析

针对城市非对称既有建筑,采用交叉中隔壁法开挖方案,对荷载作用下大跨度小净距的隧道影响进行了有限元分析。结果表明:采用先开挖路面建筑大的洞(右洞),再开挖路面建筑小的洞(左洞)的方案比较合适。右洞周边竖向变形要比左洞周边竖向变形大。在隧道的左洞室与右洞室,均出现拱底隆起、拱顶下沉现象。在不同监测点,右洞和左洞的监测点量值变化曲线非常相似。在埋深还有围岩的情况相同的情况下,隧道的净距增大的同时右侧洞的拱顶位移会相对减小,当隧道的净距逐渐增大到一定程度时,左右洞的相互影响会逐渐的减小。位移场分析表明,在净距为3~12 m时,隧道左洞和右洞之间的影响相对比较严重,在净距为12~24 m时,隧道左洞和右洞之间几乎不存在影响。应力场分析表明:非对称既有建筑荷载的大跨度小净距隧道净距越少,围岩的稳定性越差。在施工过程中,要对这些部位重点关注,进行重点监控。     

双洞双向8车道公路隧道的方案比选

结合双洞双向8车道大跨度公路隧道的设计和施工,从技术可行性、经济效益和社会效益方面对3个备选方案进行了比较,并采用综合评分法进行了定量化评价,推荐采用暗挖分离式小净距隧道方案,可以在确保隧道交通功能的前提下,实现经济效益和社会效益的双赢。     

双向8车道超大断面小净距公路隧道群设计

双向8车道超大断面小净距公路隧道变形机理、初期支护体系、开挖工法等方面与常规隧道有所不同,且国内外相关研究相对较少,设计上无相关规范可依,可参考借鉴实体工程也较为缺乏。为更好地指导同类工程设计,以京沪高速济南连接线工程为例,介绍了国内乃至世界上最大规模双向8车道公路隧道群的工程概况及设计要点,对小净距隧道合理净距、支护方案和开挖工法等进行了研究,确定其分离双洞间合理净距为10 m~15 m,建议衬砌支护采用二次支护方案并给出了具体参数,规定了隧道开挖工法、前后洞掌子面距离和施工步距离要求。该工程现已按时完工通车,实践表明实施效果良好,成果对类似工程的实施具有一定的参考和借鉴意义,可为后续规范的修编提供基础资料。     

大断面小净距隧道中间岩柱加固方案研究

探讨了在质量较差的Ⅴ级围岩中大断面小净距隧道中间岩柱加固方案,得出当左右洞之间的距离小于最小净距时,对中间岩柱进行注浆加固能很好地改善隧道洞周位移及衬砌内力,而对中间岩柱进行对拉预应力锚杆加固并不能起到很好的效果。对大断面小净距隧道中间岩柱的加固有一定的借鉴意义。     

单跨5车道公路隧道过渡“3+2”小净距隧道施工力学研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道及匝道2车道的"3+2"小净距段,采取直接过渡的方式不设置连拱段,最大开挖跨度达到30.46m,最大开挖面积达450.41m~2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段决定了施工过程中非常复杂的工序转化,施工力学机制难以把控,分岔隧道围岩应力受隧道净距和断面形式的影响,分岔隧道的施工与支护结构设计面临诸多难题。通过三轴试验结合数值分析的方法对大跨段与小净距段交界处以及小净距隧道的施工力学进行研究,得出如下结论:1)现场取得的花岗岩试样属于弹脆性岩石,岩石处于三向受力状态时岩石强度和稳定性远大于双向受力状态,花岗岩试样弹性模量与围压呈正相关,结合Hoek-Brown强度准则以及Mohr-Coulomb强度准则对三轴试验结果进行修正得到现场岩体的物理力学参数。2)分岔隧道大跨段过渡至小净距段施工时,应及时对大跨段与小净距段交界面处围岩进行封闭,建议采用高性能喷射混凝土和工字钢支护,保证围岩尽快处于三向受力状态。3)小净距段隧道开挖对大跨段末端断面位移的影响主要是竖直方向,同时也会引起大跨段隧道末端初期支护不同程度的内力变化,其中左右拱脚处内力变化最为剧烈。主洞隧道施工对大跨段隧道内力和位移影响范围为掌子面后16m,匝道则为掌子面后12m。4)小净距段施工时,主洞和匝道隧道最佳纵向开挖间距为16m;当主匝隧道净距大于6m时,可作为独立单洞进行设计和施工。     

小净距隧道洞周变形特征数值分析

采用二维弹塑性数值计算方法,对小净距隧道拱顶位移、水平收敛进行数值模拟计算,研究围岩级别、净距、开挖方法对隧道变形的影响,揭示小净距隧道洞周变形特征。研究结论可为小净距隧道的设计、施工提供一定的指导。     

卵石层小净距隧道关键参数研究

针对卵石地层小净距隧道围岩整体性与稳定性差、施工中易坍塌、围岩相互扰动大的问题，通过FLAC 3D数值模拟和现场监测，对卵石层小净距隧道左右洞合理净距和先后行洞掌子面安全纵向间距进行了研究。得到如下结论： 1）当净距不大于6 m时，隧道地表沉降槽呈“V形”，沉降最大点位于中夹岩顶部；随着净距大于6 m，隧道拱顶部位地表沉降逐渐超过中夹岩顶部，地表沉降槽呈 “W形”。2）当2洞间净距不大于6 m（约1倍洞跨）时，2洞开挖后围岩压力叠加效应明显，极易发生失稳；当隧道净距大于18 m时，可按分离式隧道进行设计； 3）随着先后行洞间掌子面纵向距离的增加，后行洞施工对先行洞的影响逐渐减少，当纵向间距达到30 m（4.6倍洞跨）时，这种影响基本可以不予考虑。     

新奥法监控量测在黄土小净距隧道施工中的应用

由于黄土小净距隧道的围岩条件较差,且左右洞间距小,主洞开挖和左右洞施工均会对隧道的变形产生较大的影响。此外由于黄土隧道埋深浅,降雨等外部环境也会对隧道变形产生影响。为了确保黄土隧道安全施工,及时预测大变形等施工灾害,制定恰当的监控量测方案显得尤为重要。本文以高速公路某黄土小净距隧道为工程背景,探讨了黄土小净距隧道的新奥法监控量测方案,及其在大变形预报中的应用,为今后的相关工程提供参考。     

双洞八车道小净距隧道施工力学模型试验

基于室内模型试验,对深圳市南坪快速II期双洞8车道小净距隧道施工中隧道变形分布规律、二衬开裂破坏规律、裂缝集中部位及不同净距条件下二衬的极限承载力变化规律进行了研究。研究结果表明:在不同净距条件下,洞周各部位变形大小的分布情况基本相同,拱顶>右拱肩>左拱肩>仰拱>拱脚;起拱线以上各部位,包括拱顶、左拱肩、右拱肩的变形量,位移随双洞净距的增大而减小;可将12 m(约0.5B)作为IV级围岩下的最小合理净距,净距对起拱线以下各部位变形的影响不明显;最终裂缝集中出现在两洞仰拱和拱脚处,仰拱处裂缝全部贯通,拱脚处裂缝较小,一般不继续发展;远离中柱侧的拱肩也有可能出现贯通裂缝。     

三车道连拱隧道施工围岩受力特性数值模拟研究

双洞6车道连拱隧道由于跨度大,断面扁平率小,施工工序复杂,隧道围岩在施工期间经历多次扰动,故使其受力条件极为复杂,施工过程中围岩与结构的受力特征与双洞4车道连拱隧道或分离式隧道存在较大差异。通过对双洞6车道连拱隧道洞口软弱围岩段施工过程进行数值模拟分析,得到其施工过程中围岩与结构的应力、位移、屈服接近度等发展规律,为类似工程提供参考。     

原位扩建隧道围岩变形及力学特性研究

隧道原位扩建需要将原有结构拆除后再进行隧道扩挖,形成大断面隧道.从原隧道的开挖形成小断面隧道到拆除原有结构再扩挖成大断面隧道,围岩经过多次扰动后,经受的应力状态错综复杂.以大帽山隧道原位扩建为例,介绍采用数值模拟手段建立新建4车道和原位扩建4车道隧道的力学计算模型,得出原位扩建隧道的围岩变形及力学特性,为该隧道的支护结...     

双洞八车道公路隧道施工方案研究

双洞八车道公路隧道最大跨度在23m左右,扁平率小于0．5,为超大断面隧道。通过对某双洞八车道公路隧道在几种围岩条件下多种施工开挖方案的有限元计算分析,得出双洞八车道公路隧道宜采用三心圆拱型断面和复合式支护衬砌,软弱围岩段宜采用双侧壁导坑法开挖,并通过相似模型实验研究,得到隧道围岩在施工中的位移发展,遵循台阶式发展过程并符合Hill函数变化规律,可对类似工程设计施工提供类比和指导。     

小净距隧道施工空间效应的三维有限元数值分析

通过结合小净距隧道三维开挖的模拟计算,研究两隧道掌子面间距离的变化对小净距隧道结构特别是中夹层稳定性的影响,得出了小净距隧道空间相互影响效应以及小净距隧道相邻两隧道掌子面间的合理距离.     

基于声波测试原理的爆破荷载对地铁隧道围岩扰动研究

基于声波测试原理,利用RSM-SY5（T）非金属声波检测仪对广州地铁隧道围岩在爆破荷载作用下产生的扰动进行现场试验。研究结果表明:非光面爆破方案爆破后,隧道围岩的松动圈范围约0.6～0.7 m,光面爆破方案爆破后,围岩的松动圈范围约0.3～0.5 m;岩体声波速度随着深度的增加而增加,达到某一深度后趋于平稳;岩体波速在平稳深度存在小范围的波动现象,说明岩体本身存在着不良地质结构,对波速产生了影响;炮孔装药结构和装药量对围岩的扰动程度具有一定的影响,空气间隔装药能明显降低扰动程度,装药量越大对围岩扰动程度越大。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。     

多溶洞隧道围岩应力解析解研究

基于复变函数,推导了双溶洞隧道之间相互影响的应力解析解。研究表明：当溶洞距隧道位置不变的情况下,溶洞洞径越大,隧道围岩应力越大;当溶洞洞径以及溶洞距离隧道位置不变的情况下,溶洞离隧道越远,隧道围岩应力越小;当溶洞洞径以及溶洞与隧道距离不变的情况下,溶洞的位置分布不同,隧道围岩应力的分布会改变。     

流固耦合作用下浅埋偏压隧道扩建方式研究

为研究渗流条件下或流固耦合作用下的偏压隧道扩建方式,以成渝高速中梁山宋家沟1 号隧道为工程背景,针对渗流作用下既有浅埋偏压隧道的左侧小净距扩建、右侧小净距扩建、左侧原位扩建、右侧原位扩建4 种扩建方式进行数值分析研究,分析各种扩建方式下的拱顶沉降、围岩收敛、围岩应力、初期支护内力、围岩孔隙水压力折减量等,通过与隧道扩建施工监测资料进行对比, 发现数值模拟结果与施工监测极其吻合,验证了计算结果的可靠性。通过对4 种扩建方式进行对比分析认为: 1)采用小净距扩建时的围岩收敛变形、围岩竖向应力等均小于原位扩建; 2)从针对地下水资源保护的角度出发,采用左侧小净距扩建时对地下水资源的保护效果明显优于其他3 种扩挖方式; 3)扩建隧道围岩孔隙水压力的折减在各个方向均呈现出明显的梯度变化,隧道施工过程中的涌水量大部分来自扩建隧道上部围岩。     

基于微震监测的深埋隧道岩爆预警研究

北武夷山高铁隧道是一座单洞双向隧道,隧道最大埋深达1 100 m,属于高地应力区。经岩爆倾向性研究,可能出现弱岩爆。为了预防岩爆造成人员伤亡和设备损坏,研究人员采用微震监测技术,在开挖同时配合微震监测,根据监测到的事件数和能量变化情况,对岩爆和片帮发生进行预警。当微震系统监测到的事件率和和能量率同时急剧增加时,说明岩体内部变化剧烈,发生岩爆等地质灾害的可能性大大增加。根据这一准则,研究人员成功预测了隧道开挖过程中的一次小型岩爆。研究成果如下： 1）总结了隧道施工中常见微震波形的特征; 2）佐证了事件率和相对能量释放率可以客观反映岩体内部剧烈变化的事实,对今后隧道等地下工程利用微震监测方法防治岩爆灾害具有重要意义。