全强风化花岗岩大断面隧道施工技术研究

某富水软岩大断面隧道屡次发生地表塌陷。对其变形原因进行分析,结合初始施工方案,对此隧道施工过程中控制围岩变形的施工技术进行研究。研究结果表明:根据地质条件转换CD法、CRD法、三台阶七步法等开挖工法,采取中管棚辅以双排小导管进行超前支护,利用地表径向注浆加固等措施,可提高大断面隧道施工过程中的结构稳定性,有效控制围岩变形。     

大断面黄土隧道洞口段施工数值模拟分析

依托平阳高速某黄土公路隧道,采用三维数值模型对隧道洞口段不同施工工法施工过程中围岩变形和支护结构的受力规律进行研究。研究结果表明:(1)各工法下施工阶段最不利状态:台阶法为上台阶施工,CRD法为先行洞上导坑施工,双侧壁导坑法为中上导坑施工,当进行到上述工序时应加强监控量测,开挖后及时施作初期支护。(2)黄土隧道洞口段优先采用双侧壁导坑工法以防止围岩产生过大变形。     

小净距隧道开挖工法合理性研究

研究目的:复杂山区受各种控制因素的影响,小净距隧道邻近施工的情况时有发生,一般多采用保守的CRD等多部开挖工法,但多部开挖存在进度慢、工序繁琐、工程造价高等弊端。针对小净距隧道,为选择适宜的开挖工法,本文以郑家塔隧道与瓦塘2号隧道邻近施工为研究对象,论证小净距隧道采用三台阶临时仰拱法的合理性,以期为类似工程的设计与施工提供参考或借鉴。研究结论:(1)通过有限元分析软件模拟了粗圆砾土地层条件下大断面的郑家塔隧道采用三台阶临时仰拱法施工的全过程,研究分析了围岩的稳定性、新建隧道初期支护结构的安全性以及小断面的瓦塘2号隧道衬砌结构的安全性;(2)目前,兴保铁路已开通运营,从当时施工的实际效果来看,采用三台阶临时仰拱法施工和设计支护措施,确保了施工的安全、顺利进行,小净距隧道根据围岩和间距采用三台阶临时仰拱法也是合理的;(3)该研究成果可应用于小净距隧道的开挖工法设计与施工。     

大断面软弱围岩隧道合理开挖方法研究

贵广铁路天平山隧道开挖面积远远超出了常规普速铁路双线隧道,且需穿越高地应力软弱围岩地层,施工中遇到了掌子面不稳定,易坍塌,初期支护变形侵限严重,隧道施工进度极慢等突出问题。本文基于大断面软弱围岩隧道施工常用工法(包括台阶法、双侧壁法、CD法和CRD法)基本特征的系统总结和分析,评价了各种工法的优缺点,并利用数值程序再现了大断面软弱围岩隧道的施工过程,开展了工法比选的数值模拟分析,提出了以三台阶七步开挖为核心,通过一系列加强掌子面稳定性和洞周围岩稳定性控制的技术措施。     

软弱围岩隧道CRD法施工围岩稳定性评价指标研究

通过对新建铁路巴准线上十几座软弱围岩隧道CRD法施工过程中的现场监控量测,获取隧道围岩拱顶沉降和周边收敛数据,运用Matlab对监测数据进行统计分析,发现隧道施工过程中围岩变形特性,得到围岩变形稳定时拱顶沉降值和周边收敛值,以此确定软弱围岩隧道CRD法施工阶段围岩稳定性评价指标,可为同类隧道施工围岩稳定性评价提供参考。     

软弱围岩隧道中管棚锁脚台阶法施工技术

当前,软弱围岩隧道施工工法,一般设计施工方案为CD或CRD法施工,施工程序复杂,施工过程中围岩多次受到扰动,变形和沉降量均较大,施工安全风险大。为此,很多工程建设者都在尝试通过物理、化学手段来改良隧道围岩性质,提高围岩等级,达到优化施工工法、加快施工进度的目的。本文也是基于这种施工理念的一种尝试和创新,针对软弱围岩隧道采用的中管棚锁脚台阶法,通过注浆、锁脚锚杆等措施的组合使用,将复杂施工工法简化为上下台阶或三台阶法施工,进而提升工效。该工法目前已在多个隧道施工项目得到了成功应用,均取得了较好的应用效果。     

超浅埋超高断面暗挖隧道地层变形控制技术

研究目的:通过建立ANSYS仿真模型,研究隧道开挖引起的地层扰动对地表沉降和拱顶下沉2个重要安全控制指标的影响规律,从而控制地层应力重分布对施工安全和结构稳定带来的不利影响;实施地层变形仿真结果与实测结果的对比分析和反馈设计,优化隧道开挖步序,从而实现复杂环境、软弱富水围岩条件下超浅埋超高断面暗挖隧道的成功修建.研究结论:通过仿真计算与实测变形绝对值对比,实测和仿真计算预测的地层竖向变形值在各级控制范围之内.故针对软弱富水围岩下的超浅埋超高断面隧道施工,建立以100%应力释放的平面应变模式的ANSYS仿真模型,适合现场施工过程控制和优化的需要;针对超浅埋超高断面暗挖隧道施工采用的CRD工法,仿真结果显示在软弱富水围岩条件下2、4、5和7部开挖引起的沉降量占总量的85%～90%,以此进行优化,即所述各部采用台阶式预留核心土法开挖,隧道断面以2、4和5、7部的分界面控制台阶高度,采用先贯通上部断面后贯通下部断面的分台阶CRD法施工,该方法安全可靠.     

大断面小净距隧道施工力学响应研究

通过对软弱围岩条件下的大断面小净距隧道采用不同施工方案及步骤时的力学响应研究,针对双侧壁导坑法、CD法、上下台阶法等几种施工方法对围岩变形、地表沉降、围岩应力、围岩稳定性等进行对比分析,确定了适合软弱围岩条件下大断面小净距公路隧道的合理施工方法。对双侧壁导坑法采用不同的施工过程,分析比较确定出合理的施工程序。研究结果可为类似工程的设计和施工提供借鉴。     

209m~2扩大断面石质围岩隧道CRD工法施工技术

哈大客运专线台山隧道最大开挖断面为209 m2,是目前国内客运专线施工中最大的扩大断面隧道,设计Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用CRD工法施工,但由于该隧道为石质围岩,爆破对中隔壁影响很大,因此,在保证安全质量前提下,对原设计工法进行了局部优化,具体介绍优化后的CRD工法施工工艺及施工注意事项。     

暗挖地铁隧道下穿既有建筑物沉降变化规律研究

依托西安地铁4号线某浅埋暗挖地铁区间隧道下穿既有建筑物工程,采用数值模拟与现场监测相结合的方法进行研究。研究结果表明:在下穿既有建筑物时,CRD(交叉中隔)工法产生的地表及建筑物沉降最小,上下台阶预留核心土法诱发的变形最大,CD(中隔墙)工法位于两者之间,区间隧道下穿既有建筑物宜采用CRD工法进行施工;隧道正穿既有建筑物施工对建筑物竖向沉降影响较大,对差异沉降影响较小,而旁穿时引起的差异沉降较大;采取保护措施后,利用CRD工法进行施工引起的地表以及建筑物沉降均在可控范围内,保证了建筑物的安全。     

厦门翔安海底隧道CRD法和双侧壁法穿越砂层对比分析

针对厦门翔安海底隧道采用交叉中隔壁法(CRD)和双侧壁法穿越砂层的适应性,运用摩尔-库仑准则和FLAC3D软件进行弹塑性数值计算,分析采用CRD法和双侧壁法2种工法时的塑性区发展及分布情况,并将计算结果与实测结果进行比对.结果表明,采用这2种工法时引起的隧道变形相差不是很大,都能较好地控制地层的变形;采用CRD法时产生的塑性区较双侧壁法大,且向隧道侧上方发展较为明显;采用双侧壁法时产生的塑性区在隧道侧向发展较为明显,超前影响的距离也大于CRD法;采用CRD法时的塑性区在超前3～6m的范围内发展速度较快;采用双侧壁法时的塑性区在超前0～3 m的范围内发展速度较快;对于隧道穿越砂层而言,2种工法各有优势.采用CRD法时,应注重隧道的快速封闭,以减小塑性区的发展;采用双侧壁法时,应注重增加隧道水平支撑刚度,减小隧道水平变形.     

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。     

不同工法下双孔隧道施工引起地表沉降的随机预测研究

由于城市双孔隧道施工的复杂性,隧道开挖对地表沉降的预测及控制成为一个亟待解决的问题。本文基于传统随机介质理论,利用极坐标转换,得到双孔隧道施工地表沉降规律公式。以广州某双孔隧道施工为例,对采用CRD法、CD法和双侧壁法施工的双孔隧道,分别建立PLAXIS 3D模型,并将其理论预测值与数值模拟值进行对比分析。研究结果：不同工法下地表沉降预测结果整体趋势与数值结果基本吻合;采用CD工法和CRD工法引起的最大地表沉降理论值与数值模拟值较为吻合,双侧壁导坑工法下的双孔隧道施工引起的地表沉降的随机预测解与数值模拟解相差最大。     

改进CRD方案施工过程围岩安全稳定性分析

将有限元强度折减法应用于隧道工程围岩稳定性的分析,对改进的CRD法施工阶段围岩的安全、稳定性进行深入研究。结合哈大客运专线笔架山浅埋隧道改进CRD法施工方案,考虑围岩–结构的相互作用,应用有限元软件ANSYS动态分析施工过程中围岩的安全系数,通过等效塑性应变参数研究隧道的失稳形式。研究结果表明:有限元强度折减法可有效应用于隧道开挖阶段的安全定量评估。     

黄土地层地铁隧道CRD(交叉中隔墙)工法施工引起的围岩变形及地表沉降规律

以西安地铁4号线大唐芙蓉园-大雁塔区间为工程背景,采用有限差分软件FLAC 3D建立土体三维计算模型,对暗挖区间进行数值模拟,并结合实测数据分析黄土地层隧道交叉中隔墙(CRD)工法施工引起的围岩及地表变形规律。研究结果为:CRD工法施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最终形成的沉降槽宽度约为2倍的隧道洞径;掌子面开挖至监测断面时,纵向地表沉降的速率迅速增大,掌子面远离监测断面时,沉降速率逐渐减缓,当掌子面离开监测断面约2倍隧道洞径后,沉降值趋于稳定;拱顶沉降与纵向地表变形规律基本一致;围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

大断面黄土隧道开挖工法对比分析与选择

研究目的:通过对优化后的大断面黄土隧道开挖工法进行基于有限元理论的实际施工过程仿真计算,分析开挖过程中的围岩应力场、位移场、支护结构强度变化等规律,并结合工法的资源配置、施工进度和监控量测结果来综合确定各种工法的适用范围,从而选择合理的超大断面黄土隧道开挖工法。研究结论:结合超大断面黄土隧道的围岩地质条件,研究了隧道开挖工法CRD法、短台阶七步法和双侧壁导坑法在进度指标、下沉量、施工工序、资源配置、施工风险、施工成本等方面的定性和定量指标,对传统的开挖方法进行了工序和支护方法的优化,提出了优化后各工法的适应范围和优缺点,可为类似工程提供借鉴。     

客运专线大断面黄土隧道施工监控技术

研究目的:客运专线大断面黄土隧道,一般采用双侧壁、CRD、CD和留核心土台阶法施工。而对于特殊的黄土围岩、大断面及多种工法的施工环境,常规监测方法及现行规范的适用范围受到限制,需通过研究提出大断面黄土隧道施工监测的项目、监测手段和方法,提出相应的解决办法。研究结论:以郑西客运专线大断面黄土隧道施工监测为背景,通过现场试验及对10座大断面黄土隧道测试资料的统计分析,将常规方法与非接触方法进行对比,将规范极限值与实测资料进行对比后,针对多种工法施工环境提出了客运专线大断面黄土隧道施工监测项目、监测手段和方法,以及控制基准值。     

CRD工法在客运专线隧道建设中的应用与思考

CRD工法是把整个断面划分成多个小断面进行分部施工的方法,每个小断面单独依次开挖支护,并独立封闭成环,最后形成隧道整个断面的开挖支护。具有开挖断面小,封闭及时,利于围岩稳定。相对比较安全的优点,适用于软弱破碎围岩、浅埋段施工和有严格控制沉降变形要求的隧道施工。由于独立断面小,短距离施工可以使用部分机械,但效率较低;长距离施工则完全依赖人工作业,工序转换复杂,施工进度异常缓慢。后续临时支撑拆除必须满足的条件和施工步骤都值得认真思考和探讨。对CRD工法在武广客运专线隧道中的施工情况加以介绍,为今后相同工程施工提供参考。     

浅埋暗挖隧道下穿既有铁路和涵洞施工技术方案研究

二十里堡隧道下穿既有铁路和涵洞工程,针对该隧道埋深浅、围岩差的条件,设计采用了双层大管棚和CRD工法相结合的施工方案。本文对管棚受力进行了分析,并应用大型有限元软件,采用数值方法,就施工方案对既有铁路和涵洞的影响进行了仿真分析。结果表明,双层大管棚及CRD工法施工技术方案可以满足浅埋暗挖穿越既有铁路的运营安全和沉降要求。     

三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究

研究目的:新建贵(阳)广(州)铁路客运专线三都～五通间属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山区,沿线地质构造复杂多变,隧道洞身地质中Ⅳ、Ⅴ级围岩等级所占比重大,施工安全风险高。针对开挖断面为138 m2～146 m2的特大开挖断面的软弱地质围岩铁路隧道,必须采取可靠的施工工法,才能确保隧道施工安全。研究结论:以贵广铁路大断面Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地质隧道施工为背景,在总结了传统三台阶施工工法的经验基础上,施工采用三台阶六部短距开挖工法,将隧道整个开挖断面分为三个台阶六个作业面,上、中、下各台阶施工同步推进,弥补了CRD法或双侧壁导坑法等方法工序多、工期长、对围岩扰动次数多的不足,便于现场施工组织管理,且机械化程度高,缩短了工期。根据现场工程实践,该工法既保障了隧道施工安全,又提高了施工进度。