上加山深埋软岩隧道开挖大变形控制技术研究

针对深埋软岩隧道在施工期间易发生拱顶失稳进而引发围岩大变形问题，以上加山隧道为依托工程，采用FLAC 3D数值模拟技术，主要对比分析了环形开挖留核心土法、上下台阶挖掘法和全截面挖掘法等3种施工方式下的隧道拱顶沉降变形规律、拱底隆起变形规律、地表沉降变形规律、应力场分布规律，阐明了3种开挖方式对深埋软岩隧道围岩稳定性影响。研究结果表明：洞顶沉降主要发生在距离隧道左右两侧大约0.5倍洞径处，地表沉降主要发生在距隧道轴线0～35 m范围内。3种不同开挖方式主要影响了隧道拱顶沉降与拱底隆起变形程度，其中环形开挖留核心土法>上下台阶挖掘法>全截面挖掘法。结合地质雷达检测与现场监测结果表明，采用环形开挖留核心土法施工相对比其他两种开挖方式可有效控制深埋软岩隧道拱顶下沉变形与拱底隆起变形。     

小净距公路隧道开挖围岩变形的数值模拟

以V级围岩条件下石家庄某浅埋小净距公路隧道为工程背景,采用有限元软件ANSYS,对采用不同施工方案的隧道进行数值模拟。对比分析了单侧壁导坑法、CRD法、上下台阶法和CD法4种施工方案的隧道拱顶沉降、拱底隆起和地表沉降的变化规律。结果表明:在控制围岩竖向变形和地表沉降方面,CRD法最有效,上下台阶法最差;随着隧道埋深的增加,地表沉降槽由2个变成1个。研究结果对类似工程的设计和施工具有参考价值。     

我国公路隧道改扩建技术发展现状及研究展望

通过分析近20年来国内隧道改扩建的发展历程，梳理增建隧道、原位扩建隧道、组合扩建隧道及改建隧道等不同型式的案例，归纳隧道改扩建型式、施工工法、施工力学响应、支护参数设计与优化、安全控制等研究热点的进展，并指出存在的不足。具体如下： 1）在改扩建型式研究上，不同工程的选型指标差异大，缺乏指导性标准； 2）在施工工法研究上，设计多偏于保守，如何利用既有隧道衬砌并实现高效施工，亟待系统研究； 3）在施工力学响应及支护参数的研究上，不同工程的现场监测、解析求解、数值模拟结果存在较大差异，且缺乏对复杂动态加卸载条件下围岩变形、应力及塑性区演变规律的研究，需结合更多的工程实践总结出特点及规律，并建立支护参数优化分析体系； 4）在施工安全控制研究上，主要从减轻爆破振动、优化支护布置、软弱围岩局部加固及施工辅助措施方面考虑，并制定风险源评价的定量指标体系。最后，展望隧道改扩建工程标准化设计、信息化管理、绿色施工及快速建造的发展方向。     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制，在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上，依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例，采用数值模拟方法，建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型，分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明，当掌子面接近断层时，应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大，增幅接近1倍，高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳； 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大； 3）渗流速度急剧增大，地下水更容易向洞内渗透，地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大； 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加； 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害，施工中应积极采取有效的防控措施。     

土岩起伏地层地铁隧道受上部卸荷影响的变形响应研究

为研究土岩起伏地层中基坑开挖对下卧地铁隧道变形的影响，基于Boussinesq解与Mindlin解，考虑土与结构的共同作用，提出土岩起伏地层中基坑开挖引起下卧地铁隧道变形的半解析预测方法。通过系统参数研究，提出考虑土岩分界面埋深影响的隧道最大隆起变形经验预测公式，并预测厦门地铁1号线区间隧道的变形。为确保施工过程中隧道的安全，采用人工与自动化监测相结合的方案，开展基坑施工全过程中隧道竖向变形现场测试。通过对比分析理论预测值和实测数据，验证所提出的经验预测公式的准确性，并结合实测数据进一步探讨岩面起伏对开挖引起的隧道变形的影响规律。研究表明： 1）所提出的经验预测公式可以较为准确地预测不同土岩分界面埋深条件下隧道的最大隆起变形； 2）位于残积土及全风化岩中的右线隧道最大隆起变形比位于强、中风化岩中的左线隧道最大隆起变形大约40％； 3）风化岩地区隧道隆起变形为软土地区隧道隆起变形的1/5~1/4。     

阳城隧道土砂分界地层隧道围岩变形特征及控制工法研究

为解决采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制难题，以浩吉铁路阳城隧道为依托，采用室内试验、数值模拟和理论分析等方法对不同隧道埋深及土砂分界位置（土砂比，即土层厚度与砂层厚度之比）下的隧道围岩变形规律进行研究，并提出围岩变形控制工法的选取原则。研究结果表明： 1）不同隧道埋深及土砂比情况下的围岩变形曲线可分为变形预发展阶段、变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形稳定阶段4个阶段，且均可采用Boltzmann函数进行良好拟合； 2）当土砂比由0∶1增至1∶0时，隧道拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱隆起对土砂分界面的位置变化具有不同的响应规律； 3）提出适用于采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制工法选取原则，并通过计算证明，该原则可有效指导围岩变形的控制。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

秦岭天台山大断面高速公路隧道降尘除尘方案研究

为解决由于隧道施工断面大、在开挖过程中产生的粉尘难以通过施工通风排除的问题，对秦岭天台山隧道（双向6车道）施工过程中钻孔、爆破、出渣、喷浆等不同工况下的隧道粉尘质量浓度进行现场实测，并根据现场实测结果，对隧道内各工况施工粉尘分布特性进行数值模拟研究，提出适合于大断面隧道施工的粉尘控制措施。现场测试结果表明，出渣和喷浆工况下，粉尘质量浓度超过规范要求数倍。通过数值模拟得到： 1）靠近掌子面40 m区域内粉尘质量浓度不稳定，下降趋势不明显； 2）在布置风管时，风管末段至掌子面距离建议取为60~80 m，以保证新鲜风以较大的喷射面抵达掌子面； 3）建议采用附壁风筒降尘+车载除尘方案，除尘效率达95%，能有效处理隧道各区域粉尘，且对施工造成的影响小。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

隧道穿越断层破碎带施工过程围岩位移特征研究

以试刀山隧道改扩建工程为依托,选取软弱破碎带围岩段,通过三维数值模拟对隧道动态施工全过程进行弹塑性计算分析,选取该区域内某一特定横断面,主要围绕断面各监测点围岩位移随动态施工的变化特征和数值大小进行初步研究和分析。通过对计算结果分析归纳得出:从纵断面上看,对其拱顶沉降及拱底回弹影响最大的是前后6 m范围内的掌子面施工,约占总位移量的60%;对指定断面拱腰水平位移影响较大的是指定断面前后3 m范围内的掌子面施工,约占总位移量的60%~70%;从横断面上看,上台阶开挖所引起的指定断面拱顶沉降大于下部台阶开挖的影响,隧道施工对围岩塑性区的影响主要集中在洞壁外3~4m范围。此外,该数值模拟的分析结果对于该段隧道的施工监测具有一定的指导意义。     

偏压隧道施工方案选型及地质灾害评价

针对偏压隧道施工方案会引发地质灾害的问题,结合某公路扩建项目偏压隧道区段,基于偏压隧道施工引发地质灾害的评价结果,采用FLAC软件模拟偏压隧道2种典型断面初衬施工工况,计算分析各断面隧道的竖向位移、水平位移、混凝土衬砌层弯矩与锚杆轴力。结果表明,偏压隧道进出口拱顶、侧脚部位和拱底受力较大,拱顶和拱底部位竖向位移最大,拱左下脚水平位移最大,施工时应加强这些部位的支护措施。     

倒虹吸隧道智能排污结构构想与数值分析

为减少甚至解决倒虹吸隧道中污物沉积和堵塞问题，提出一种新型倒虹吸隧道工作井智能排污结构。利用SolidWorks软件对隧道及工作井进行建模和数值模拟优化，并进行物理模型试验验证。研究结果表明： 1）外加辅助块体有助于降低湍流位置，而在一定范围内改变入口处水流流速对引水结构的影响不大； 2）在工作井内加入矩形三角块和在入口区加阶梯双三角块、出口区加矩形三角块是倒虹吸隧道较优的智能排污结构方案； 3）雨水方沟断面尺寸大小会对水流湍流位置和流速分布有所影响，但添加适当的辅助块仍具有较好的智能排污效果。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

软土盾构近距离下穿地铁双圆隧道变形实测分析

为研究盾构下穿对地铁双圆隧道变形的影响，以上海地铁14号线盾构下穿地铁6号线双圆隧道为工程背景，对双圆隧道在前后2次盾构下穿过程中的变形进行实测分析。结果发现： 1）盾构穿越导致双圆隧道发生竖向隆起变形和双线差异变形产生的断面扭转变形，断面扭转变形引起的轨道变形难于控制； 2）双圆隧道竖向变形为隆起变形，其变形分布形态随切口位置变化而变化，穿越后交叉点附近呈现特有的“驼峰状”隆起分布； 3）2次穿越扰动与叠加效应显著，表现为隧道隆起变形时间延长，累计量增大，2次穿越引起的最大变形位置发生改变； 4）双圆隧道的扭转变形随切口位置呈波浪形动态变化，出现多个拐弯点，对其环缝受力与变形十分不利，第2次穿越时的扭转变形较第1次穿越有所减小； 5）双圆隧道断面最不利扭转出现时刻不同于隧道最大变形出现时刻，且扭转最不利位置与最大隆沉发生位置产生了错位； 6）盾尾注浆对双圆隧道变形的控制效果明显，但将导致双圆隧道的扭转变形增大。     

无中导洞城市连拱隧道施工工法分析研究

为确定无中导洞城市连拱隧道施工工法的适宜性,基于工程地质条件,采用数值模拟手段,研究了无中导洞连拱隧道开挖过程围岩竖向位移及隧道水平位移情况,对无中导洞连拱隧道围岩、衬砌结构等在不同开挖步时的力学特征以及隧道加强区受力机理进行分析,并模拟了加强区底部锚杆注浆及拱腰拱脚处搭设锁脚锚杆并注浆等加固措施。结果表明:隧道开挖后中部加强区隆起明显,这对于隧道中部加强区混凝土的稳定相当不利,应该采取控制隆起的措施;上台阶开挖时,拱脚处衬砌受力较大,宜将直角改为圆角以减小弯矩。开挖完成后,中部加强区底部的衬砌几乎处于纯弯状态,有必要提高该区域初衬厚度;对加强区底部岩体进行锚杆注浆加固的效果较好,能有效减少拱底隆起和初衬受力,同时对保持中部加强区混凝土的稳定也有较好的效果;在拱底和加强区底部搭设锁脚锚杆,特别是在加强区底部的锁脚锚杆对维持混凝土加强区的稳定有较大作用。     

盾构隧道下穿地道桥施工扰动效应及控制对策研究

地铁盾构隧道下穿地道桥施工过程中,对地道桥、地面、隧道沉降控制是确保施工安全的关键。该文依托长沙市地铁1号线黄兴广场站~南门口站区间盾构隧道下穿人民路地道桥工程,采用FLAC3D构建三维数值模型,探讨了盾构下穿地道桥施工过程中地表、地道桥及隧道的变形规律。结果表明:地道桥呈整体向下沉降趋势,隧道双洞贯通后,最大沉降值达到5.26 mm;隧道拱顶和拱底出现一定程度的沉降和隆起,最大变形量分别为6.24、8.65mm。最后结合工程实践提出了盾构下穿地道桥的施工控制对策。     

公路隧道洞口进洞方案研究

隧道工程中,洞口施工方案的选择对于整个项目的工期及投资都非常关键,也是隧道工程中的一个重要环节。根据火凤山隧道右线出口段浅埋偏压地质条件,运用大型有限元软件MIDAS GTS对该隧道右线进洞明、暗挖2种施工方案进行数值模拟,针对不同方案建立围岩的位移场、应力场,并从风险控制、建设投资、施工工期以及环境影响4个方面对2种方案进行比较分析,得出暗挖方案优于明挖方案的结论。     

不同结构形式下公路隧道的稳定性数值分析

主要对平底隧道和仰拱隧道二者的围岩受力和隧道周围位移进行对比分析,得到以下结论:开挖过程中两种隧道模型最大压应力值存在差别,且上台阶开挖要比下台阶开挖时最大压应力值要大;开挖过程中仰拱隧道的最大拉应力一直略小于平底隧道,说明施加仰拱对围岩整体受力较好;随着隧道开挖步的进行,两种隧道模型均呈现出拱顶沉降和拱底隆起位移增长的趋势,且仰拱隧道拱顶沉降值一直略大于平底隧道,而仰拱隧道拱底隆起值一直略小于平底隧道;两种隧道模型上拱墙竖向沉降基本一致,而仰拱隧道底部隆起位移均小于平底隧道,且仰拱隧道隆起位移最大值要比平底隧道小6. 78%,这与仰拱隧道底部围岩和衬砌的"拱作用"有关。实际工程中应综合考虑各方面进行方案选取。     

基于VOSviewer的隧道工程领域研究进展知识图谱分析

随着基础设施建设力度的不断加大，隧道工程建设得到了空前发展。利用文献可视化软件VOSviewer对CNKI中收录的2001—2020年学术期刊进行统计，分析了近些年该领域文献发表数量、热点关键词等信息，并构建了关键词及作者机构结构图谱。结果表明： 1）从发文数量来看，近20年，隧道工程领域发文数量持续增长，大致经历了缓慢增长、增长和快速增长3个阶段； 2）隧道工程领域的研究大多以团队的形式参与研究，研究团队中通常有部分研究者发文数量占到了绝对领先，这些研究者一般也是研究团队核心； 3）可视化聚类分析结果得出目前隧道工程领域的研究热点主要集中在施工技术、特殊岩土和不良地质、稳定性分析、隧道类型、风险控制及动力分析等研究方向； 4）今后高精度勘探、机械化施工、隧道防排水体系、衬砌结构开裂、不良地质灾害预测、智能化建造等将成为新的关注方向。     

运营地铁几种土建相关改扩建工程研究

为解决已建成运营的地铁与外部环境不协调和不能满足新的运营功能需求的问题，必要时需对运营地铁工程进行改扩建。以西安地铁已实施的几种土建相关改扩建工程（包括车站主体、车站出入口、车站风亭、车站小型附属构筑物）为例，对改扩建工程的背景、实施方案、实施效果、风险源及技术措施、运营保障措施、实施管理机制、投资及综合效益等方面进行分析和梳理。认为： 1）对地铁进行改扩建的方式是灵活多样的，应通过多角度比选出最佳改扩建方案； 2）实施前应充分论证和验算，将不利影响、实施风险、工程投资降到最低； 3）在乘客密集的公共区域施工作业，需加强运营管理，制定专项紧急保障方案，避免发生运营事故； 4）现缺少针对改扩建工程的施工及设计规范、标准，缺乏系统化的管理程序及机制，建议尽早形成地铁改扩建完善的建设程序、合理的管理机制。