浅埋偏压隧道施工工法研究与非对称设计优化

为探究偏压隧道的适宜工法并针对偏压特性对支护结构进行非对称优化,基于九绵高速福隆隧道,通过现场监测深浅埋侧非对称周边收敛与地表变形,建立三维山体隧道模型,进行不同工法围岩、支护结构受力变形比选分析以及初期支护厚度、锚杆长度与倾角的非对称优化设计。相关研究表明:1)现场监测发现,地表沉降与周边收敛非对称特性明显,随着离隧道正中距离的增大,深埋侧地表沉降较浅埋侧数值减小较慢。深埋侧上拱腰收敛数值最大且波动较大,浅埋侧下拱腰收敛增速较慢。2)偏压隧道较适宜工法为CD法,能有效控制围岩支护结构变形、锚杆应力、初期支护压应力以及塑性区分布。3)初期支护非对称优化结果为将浅埋侧初期支护厚度减小2cm,深埋侧增大2cm,能将二次衬砌拉应力控制在较小数值。4)锚杆长度非对称优化结果为将浅埋侧锚杆长度减小0.5m,深埋侧增大0.5m,使锚杆受力更为均匀并减小右上拱肩与左下拱脚的塑性区。初期支护应力在右上拱肩与左下拱脚处存在显著偏压,通过将右上拱肩处锚杆朝深埋侧倾斜能一定程度减小初期支护受力不均匀。     

浅埋双侧偏压小净距隧道开挖稳定性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖后围岩变形及支护结构受力分布规律,以某高速公路隧道为依托,采用数值分析方法对小净距隧道左右洞开挖支护完毕后的围岩塑性区分布、竖直和水平位移分布,以及初期支护结构的弯矩、轴力和剪力进行研究和分析。研究结果表明:浅埋偏压小净距隧道开挖后塑性区主要分布在隧道左右洞的两侧拱脚处,拱顶处竖向位移最大,拱腰处水平位移最大;初期支护结构在边墙处的弯矩和剪力均较大,轴力在拱腰处最大。建议该类型隧道设计与施工时需加强对隧道边墙及拱脚处的支护,并加强隧道内空变形监测。     

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。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

浅埋偏压小净距隧道荷载特征试验研究

基于相似理论,构建典型偏压条件下隧道开挖模拟试验系统,对浅埋偏压小净距隧道破坏过程与荷载模式进行具体研究。结果表明:(1)浅埋偏压小净距隧道围岩破坏发展过程包括隧道开挖引起结构与地层变形,在隧道周边围岩中形成微破裂面,并逐步加密和向深层岩体延伸发展,随后深埋侧浅部张拉开裂,深层岩体产生剪切滑移,浅埋侧亦随之快速变形、滑移,直至整体坍塌等阶段。其关键阶段为隧道周边位置微破裂面的产生与发展以及深埋侧浅部地层张拉开裂;(2)竖向荷载总值随偏压角度增大而增大,与既有方法相比,实测偏压效应更为显著,实际应用过程中应在既有方法计算结果的基础上,对浅埋偏压小净距隧道的荷载值进行适当修正。     

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...     

复杂偏压大跨连拱隧道开挖围岩稳定性研究

连拱隧道作为一种特殊的隧道形式广泛应用于公路隧道建设中,文中以南京乌龙山隧道为背景,通过分析现场检测数据和数值模拟结果,研究不同偏压程度下,浅埋偏压大跨连拱隧道开挖力学响应特征。结果表明,地表坡度对偏压隧道开挖引起的拱顶沉降和拱腰侧向位移有显著影响,且浅埋侧拱腰侧向位移大于深埋侧;中隔墙对连拱隧洞开挖过程中限制围岩变形和边坡稳定性影响显著,这是因为初支和中隔墙形成的整体结构限制了围岩变形并增强了坡体的稳定性。     

高边坡节理发育岩体条件下小净距隧道施工的数值模拟

以在建石家庄市曹家庄小净距公路隧道为依托,建立离散元UDEC数值力学模型,研究高边坡小净距隧道失稳过程和锚杆支护效果。研究表明在高边坡地形偏压和节理岩体条件下,深埋侧隧道拱肩节理剪切、滑移和张开是整个隧道失稳的主要原因,施工过程中应重点监测。小净距隧道失稳过程为:先从深埋侧隧道拱肩节理剪切滑移开始,然后中夹岩柱发生破坏,最后浅埋侧隧道拱肩失稳,以及整个小净距隧道坍塌。中夹岩柱呈现不均匀变形,最大值在浅埋侧,变形最小值在深埋侧。锚杆能有效控制围岩节理面剪切变形,提高节理抗剪切刚度,从而改善小净距隧道整体稳定性。     

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。     

大跨度偏压连拱隧道洞口段施工力学性能研究

以江西安源隧道(双向六车道连拱式隧道)为研究背景,采用管棚注浆的预支护手段,通过现场监测和数值模拟软件研究连拱隧道在施工过程中围岩位移、应力和管棚支护的动态变化规律,并结合拱顶沉降、地表沉降以及周边收敛的现场监测数据进行数值模拟验证。研究表明：连拱隧道左侧主洞施工对围岩的扰动范围主要在左侧,对右侧主洞影响较小;左右主洞与中隔墙拱脚处存在拉应力集中,施工时需要注意拱脚位置的施工质量;由于隧道存在偏压效应,隧道浅埋侧管棚弯矩最大值大于深埋侧;靠近洞口处的管棚始终承受较大弯矩,施工时,要控制洞口处的管棚施工质量。     

软岩偏压隧道中夹岩施工扰动效应及控制技术研究

依托某实际工程,采用Abaqus建立三维数值分析模型,研究不同净距和坡度对软弱围岩偏压小净距隧道中夹岩围岩塑性区发展规律的影响,并研究中空注浆锚杆长度变化对中夹岩及隧道稳定性的影响,得到合理加固参数。结果表明:随着坡度和净距的变化,中夹岩柱塑性区的表现形式可分为塑性区中心贯通、塑性区边缘贯通和塑性区分离3种类型;塑性区中心贯通产生的围岩塑性变形要比塑性区边缘贯通和塑性区分离的围岩塑性变形严重得多;当净距小于10 m时,中夹岩柱处于塑性区贯通破坏状态,需要对中夹岩柱进行加固;基于锚杆长度变化对锚杆轴力及隧道位移的影响,锚杆长度取4 m较为合理,对于偏压小净距隧道,浅埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较小值,深埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较大值。     

浅埋偏压连拱隧道施工方案数值模拟

以湖南炎汝(炎陵-汝城)高速公路熊猫洞隧道为背景,采用MIDAS/GTS有限元软件对该隧道进口浅埋偏压段施工过程进行二维施工模拟,比较了先开挖深埋侧主洞和先开挖浅埋侧主洞两种施工顺序,获得了浅埋偏压连拱隧道在采用不同施工顺序施工时隧道变形、中隔墙及初期支护结构的应力和位移等变化情况.计算结果表明对于浅埋偏压连拱隧道洞口段,应采用先开挖埋深较浅一侧隧道,再开挖埋深较深一侧隧道的施工顺序.     

软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及受力特征研究

为研究软弱地质小净距隧道围岩压力计算方法及不同隧道净距和埋深对围岩压力的影响规律,引用三塌落拱理论,确立深浅埋隧道分界深度,基于公路隧道设计规范,建立隧道荷载计算模型,推导出围岩压力理论计算公式,并讨论不同的隧道净距和埋深对隧道内外侧围岩压力的影响规律。最后,结合工程实例,针对受力薄弱的中夹岩柱部位提出有效的加固措施。结论如下:1)极浅埋和浅埋小净距隧道围岩压力采用规范法中的全土柱和谢家烋理论公式,深埋隧道采用修正后的比尔鲍曼计算方法更为安全合理;2)小净距隧道施工过程偏压特性显著,围岩压力与埋深近似呈线性关系;3)左右洞室施工相互影响随净距增大而呈现减弱趋势,当净距大于1倍洞跨时,围岩压力可按单洞计算;4)中夹岩柱是软弱地质小净距隧道受力的关键、薄弱部位,采用中空注浆锚杆并合理确定锚杆长度,能有效抑制中夹岩柱塑性应变发展,提高围岩抗拉及抗剪强度。     

浅埋大跨偏压隧道的破坏模式分析

为研究浅埋大跨偏压隧道破坏模式,利用有限元强度折减法对三心圆曲墙式断面隧道和马蹄形断面隧道在不同埋深、坡比工况下的塑性应变和安全系数进行研究,得到隧道的破坏模式及发展规律:无偏压条件下,随着埋深增加,三心圆曲墙式断面隧道最大塑性应变由拱肩向下转移到边墙附近,而对于马蹄形断面隧道,当埋深较浅时,在拱肩和边墙出现破裂面,随着埋深的增加拱肩的破裂面逐渐向边墙脚转移;当存在偏压时,三心圆曲墙式断面隧道浅埋侧先破坏,随着埋深的增加,最大塑性应变由浅埋侧拱肩移到浅埋侧边墙位置,对于马蹄形隧道,破裂面从浅埋侧拱肩和深埋侧边墙转移到墙角;在同一埋深条件下,三心曲墙式断面隧道安全系数高于马蹄形隧道安全系数。     

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。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

山岭隧道地震反应的几个特性

通过对山岭隧道的有限元动力计算,总结山岭隧道地震反应的一些特性。深埋隧道比浅埋隧道的动力响应小;洞口偏压明显的隧道,其偏压侧的动力响应明显比非偏压侧大,并且最大动力响应出现于隧道拱腰;而洞口偏压不太明显的隧道,其偏压侧的动力响应比非偏压侧稍微大一点,最大动力响应出现于隧道拱顶;另外隧道围岩的弹性模量对隧道的动力影响非常明显。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

浅埋、偏压条件下某超大跨隧道受力分析研究

通过对某超大跨隧道在浅埋、偏压条件下进行了模拟分析,得出了以下结论:(1)优先采用先开挖浅埋侧导洞的双侧壁导坑法施工工序;(2)中导洞的开挖支护阶段是双侧壁导坑法施工过程中的核心阶段;(3)对于隧道拱顶的位移监测,除了进行沉降监测外,尚应增加水平向位移监测工作;(4)深埋侧导洞临时支护相对于浅埋侧而言,其受力性能更为不利,因此应加强其结构设计;(5)对于偏压状态下的隧道,应按照偏转后的受力模式有针对性的进行设计、施工。有关经验可供相关专业人员参考。     

小半径曲线上浅埋偏压连拱隧道变形监测与控制分析

结合工程实例,介绍了小半径曲线上浅埋偏压连拱隧道的变形监测与控制措施。根据现场监测数据,对浅埋偏压连拱隧道主体扣拱的拱顶沉降与洞周收敛变形规律进行了分析研究。结果表明,对于位于小半径曲线上的浅埋偏压连拱隧道,采用"假拟洞门"的进洞方式可以实现对原始地面最小扰动下安全进洞;在偏压地段连拱隧道左右洞施工顺序不同对围岩内力及偏压产生明显的影响,隧道在开挖初期由于左右围压差别较大,地表沉陷出现较为明显的波动,而随着掌子面与监测断面的距离加大,地表沉降逐渐趋于稳定;实践证明,在施工中做好初期支护和二衬,可有效地控制变形的发展。