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。     

浅埋暗挖地铁隧道开挖工法对比分析

针对我国在建或规划建设的浅埋地铁隧道(埋深一般为10～20 m),采用数值计算方法,在典型断面和支护形式、埋深15 m条件下,对Ⅴ级围岩地铁区间隧道5种常用工法的围岩应力及位移、初期支护应力以及隧道施工诱发的地表沉降进行计算分析。结果表明,单侧壁导坑法的净空收敛最小,三台阶加临时仰拱法的水平收敛最小,分别为上下台阶法的0. 7倍和0. 6倍;三台阶加临时仰拱法、单侧壁导坑法的地表最大沉降为上下台阶法的0. 7倍;上下台阶加临时仰拱法的净空收敛、地表沉降为上下台阶留核心法的0. 9倍;就控制地表沉降、围岩应力及变形而言,单侧壁导坑和三台阶加临时仰拱法没有明显差异,明显优于上下台阶、上下台阶留核心土或加临时仰拱法,上下台阶加临时仰拱优于上下台阶留核心法。     

不同施工工法对浅埋小净距隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究

我国部分高速公路建设在山地丘陵地区,地质条件极其复杂,会遇到大量隧道工程,而有些隧道受到地形、线形规划等条件的限制,往往需要修建小净距隧道,而固岩稳定性对于施工尤为重要.本文以某浅埋小净距隧道为例,采用数值模拟的分析方法,研究隧道出口段分别采用交叉中隔壁法(CRD工法)和双侧壁导坑法施工对围岩变形和力学特性的稳定性影响,将不同施工方法开挖引起的隧道围岩变形和塑性区情况进行了对比分析.研究结果表明,CRD工法引起的围岩扰动相对较小,这将为比较选择更为安全可靠和经济合理的设计和施工方法提供较好的科学依据.     

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。     

不同施工方法下小净距隧道施工数值模拟及影响分析

在建的沈阳地铁十号线塔湾街站—淮河街站区间折返线暗挖段与单线盾构区间净距仅5.45 m,暗挖大断面结构采用双侧壁导坑法施工,二者为小净距隧道。为研究小净距隧道施工之间的相互影响,本文针对先开挖折返线暗挖段与先施工单线盾构区间两种工况,选取了一典型断面作为计算模型,运用FLAC2D数值软件进行了数值模拟,对比两种施工顺序下结构受力、管线及盾构管片位移变化。结果表明,先行开挖暗挖段再施工单线盾构区间可最大限度减少二者之间的不利影响,保证地铁区间施工安全。     

特大跨度隧道双侧壁导坑法施工步距优化分析

大型机械在特大跨度隧道施工中易产生导坑施工步距加大等问题。以厦门机场高速公路巷东隧道工程为例,采用数值分析结合现场实测的方法,针对双侧壁导坑法施工中存在的导坑尺寸偏小、无法满足机械化施工操作空间、工效低等问题,通过扩大各导坑上下台阶的步距,增加掌子面与二衬的间距,提高了洞内机械化作业水平。数值分析表明,优化方案中初支轴力只有个别点的压应力增加较多,大部分的轴力及剪力变化幅度在4%以内,初支弯矩极值降低6%;围岩位移及初支结构内力极值变化都不大,处于合理范围内。地表沉降监测表明,最大沉降值为9.1 mm,最大变化速率为0.5 mm/d,均未超过允许范围,且沉降总体上趋于稳定。     

浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析

地形偏压、地质偏压和施工偏压是造成隧道偏压的三种主要原因.在隧道结构地形偏压及地质偏压已经确定的情况下,尽可能地采用合理的施工方法和施工顺序,通过施工来减小地形偏压及地质偏压在施工中以及施工结束后对结构内力的影响,具有相当的工程意义和现实意义.以某浅埋偏压小净距隧道为工程背景,利用有限差分软件,对浅埋偏压小净距隧道的施工方法和施工顺序进行数值仿真模拟,分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化.各工法数值结果对比分析表明,从围岩塑性区、洞周位移、地表位移及围岩应力因素考虑,双侧壁导坑法更适于浅埋偏压小净距隧道施工.     

富水土砂分界地层隧道施工工法研究

在砂质黄土与全风化红砂岩形成的富水土砂分界地层中开挖隧道易出现涌水溜砂、围岩滑塌等现象.为保证隧道安全快速施工,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,采用室内试验、数值模拟、现场监测等研究方法,探究土砂分界地层隧道施工工法适用性.研究结果表明:按照围岩变形从大到小排序,依次为两台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土法、CD法、双侧壁导坑法.3种台阶法墙脚处均存在较大应力集中,CD法、双侧壁导坑法施工成本高、进度慢;三台阶预留核心土法较三台阶法能有效减小掌子面挤出.三台阶预留核心土法辅以降水、旋喷桩加固等组合措施,可保证富水土砂分界地层隧道安全快速施工.     

小净距隧道围岩变形特征及施工方法优化

结合湖南省张家界市吴家边隧道工程实例,对隧道净距分别为隧道断面跨度的0.5,0.75,1.0,1.25,1.5倍的双线隧道施工过程进行三维数值分析。结果表明:台阶法和全断面法围岩位移变化曲线均近似呈M形,且随着隧道净距的减小,曲线愈显平滑;若采用台阶法施工,小净距隧道合理净距应取隧道断面跨度的1倍,如对中夹岩及时进行适当支护,间距取隧道断面跨度的0.75倍亦可行;若采用全断面法施工,合理净距应取隧道断面跨度的1.25倍;后行隧道竖向位移值略大于先行隧道,且随净距的增大,后行隧道对先行隧道的影响程度逐渐减弱。     

短台阶弧形导坑法在浅埋大断面黄土隧道Ⅴ级围岩段中的应用

浅埋大断面黄土隧道Ⅴ级围岩段以往均采用双侧壁导坑法或CRD法进行施工,而这两种方法的施工进度都较慢,造价也较高。结合郑西客运专线高桥大断面黄土隧道在浅埋段采用弧形导坑法施工的成功实例,详细介绍该方法的施工工艺、变形特征、施工控制要点、变形控制基准值和施工体会。     

小净距隧道下穿既有建筑物稳定性研究

近接施工引起的结构稳定性一直是城市地下工程关注的热点问题。以合肥小净距隧道穿越利海大厦办公楼工程实践为依托,建立三维数值力学模型,研究建筑物桩基变形特性、小净距隧道围岩塑性区分布和衬砌力学响应。研究结果表明:上台阶开挖引起桩基沉降占整个断面通过后总沉降量较大比例,上台阶施工过程控制尤为重要;接近隧道入口的桩基沉降量最大,从外向内逐渐减小;隧道通过20 m后,桩基沉降基本稳定。小净距隧道围岩塑性区主要集中在边墙、中隔墙和拱脚,建议设置中隔墙对拉锚杆和拱脚锁脚锚杆;先行洞洞周变形大于后行洞,先行洞隧道拱肩、中夹岩柱侧边墙二次衬砌安全系数最小,应作为施工阶段重点监测部位。研究成果对复杂环境城市地下工程设计、施工提供参考和借鉴。     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

双层采空区隧道开挖围岩稳定性数值模拟

隧道下穿煤层采空区开挖不可避免地会对周围地层产生扰动,"活化"既有采空区,影响隧道及采空区周围地层的稳定性。由于双层采空区的特殊性,采空区与采空区之间也会产生一定的影响。利用FLAC3D软件,通过控制变量法建立双层采空区隧道模型进行计算,考虑采空区高度及采空区之间间距的影响,对隧道开挖过程中围岩形变及位移、围岩应力及围岩塑性区的开展情况进行分析。得出双层采空区存在时,当采空区之间间距大于20倍煤层采高时,双层采空区可按单层采空区进行处理。     

基于精细爆破的隧道微台阶开挖工法与工程应用

研究目的:通过精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架应用,开发出一种适用于Ⅳ、Ⅴ级石质围岩隧道施工的开挖新工法,以解决软弱围岩隧道开挖掌子面与仰拱等后继工序安全步距保持、进度保障等施工问题.研究结论:基于精细爆破技术和悬臂拼装式多功能台架的隧道微台阶开挖工法,有效地提高了软弱围岩隧道开挖施工效率,为后继工序施工提供了更大的作业空间,缩小了掌子面与仰拱、二衬之间的距离,有利于保障隧道施工安全和进度.     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

小净距隧道全断面扩挖爆破振动影响分析

既有郁山隧道进口平导为有轨运输小断面,考虑增建二线后用于防灾救援及排水,需扩挖以增大断面。通过理论分析、现场验证和最优化等方法,并结合工程地质特征进行测试和分析,提出新郁山隧道平导扩挖控制爆破方案。运用已有爆破临空面优势条件,利用高段位毫秒雷管点火延时分散性、减少单响爆破炸药用量,以充分发挥精确延时错峰减振技术。实践表明,按所制定的隧道扩挖控制爆破方案进行施工,在净距仅5.69 m的条件下Ⅲ级围岩实现了全断面扩挖,爆破振动对围岩和隧道结构产生的影响可控,既有铁路运营安全。     

软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法台阶高度优化研究

为进一步提高软弱围岩条件下隧道开挖的安全性及稳定性,本文依靠玉磨铁路新平隧道工程,利用有限差分数值模拟软件flac3D,对软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法的台阶高度进行优化研究,主要对比了5种不同台阶高度开挖方案的初期支护位移及内力。结果表明:(1)采用工况4(上台阶高度4 m、中台阶高度3.2 m、下台阶高度5 m)的拱顶沉降值、拱肩收敛值、边墙收敛值均最小,分别为22.3 mm、3.17 mm、11.9 mm;(2)工况4的结构安全性最高,最小安全系数最大,为2.83;(3)综合结构位移及内力,新平隧道软弱围岩段建议采用工况4的台阶高度进行施工。研究成果可为类似工程施工提供参考。     

隧道围岩挤压变形预测方法研究

研究目的:围岩挤压变形预测是高地应力地区软弱围岩隧道勘察和设计阶段的一项重要工作。目前常用的临界埋深法和临界应力比值法均有局限性,迫切需要提出更加符合实际的隧道围岩挤压变形预测方法。研究结论:围岩挤压变形预测可采用强度应力比进行,建议采用Hoek-Brown经验强度公式和GSI法对岩体强度进行估算,F中地应力应取垂直于隧道走向的最大地应力。挤压变形破坏大都发生在F≤1的情况下,而剧烈挤压变形一般发生在F≤0.5时,可将0.5和1分别作为不同级别挤压变形的临界预测值。实践表明,采用F值法对围岩挤压变形进行预测是可靠的。     

深埋3孔小净距隧道围岩压力计算方法及其工程应用

基于普氏理论,考虑开挖顺序以及中岩柱主要具有的承载松散岩土体和抑制围岩变形作用,提出3孔小净距隧道围岩压力的计算方法,并分析净距和开挖跨度对围岩压力分布规律的影响。通过与八达岭长城站3孔小净距隧道围岩压力实测值对比,验证计算方法的合理性和有效性。结果表明:中洞受力状态最为不利,边洞内侧围岩压力显著大于外侧;净距一定时,中洞或边洞跨度增大不仅导致各自洞室围岩压力增大,且会导致相邻洞室围岩压力增大;随净距增大,围岩压力逐渐降低并接近规范计算单洞值;Ⅴ级围岩段实测围岩压力约是Ⅲ级围岩段实测值的3倍,净距相同时,Ⅴ级围岩比Ⅲ级围岩更易形成极限承载拱;围岩压力理论计算值的偏差率在10%~25%。根据围岩压力的理论值和前期监测值,主动对隧道采取超前加固与加大锚杆长度,使实测围岩压力减小30%,可保障隧道施工安全。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。