大断面隧道小净距上跨既有隧道施工方案优化北大核心

成都市轨道交通17号线二期工程阳公桥站—龙爪堰站区间隧道上跨既有7号线盾构隧道采用交叉中隔壁法施工。通过数值仿真结合现场监测,分析大断面隧道以小净距上跨施工时既有隧道拱顶隆起与地表沉降的变化规律,并通过分析新建隧道初期支护厚度、钢拱架间距、单次拆撑长度对既有隧道拱顶隆起和地表沉降的影响,对原施工方案进行了优化。结果表明:先行开挖的两个导洞施工对既有隧道拱顶隆起与地表沉降影响明显;既有隧道拱顶隆起与地表沉降随钢拱架间距和单次拆撑长度增大而增大,随初期支护厚度增加而减小。建议新建隧道上跨施工时采用初期支护+二次衬砌+三次衬砌的复合衬砌结构,钢拱架间距取0.4 m,单次拆撑长度取6 m。     

大跨隧道拱盖法施工地层沉降分析

针对"上软下硬"地层中大跨隧道拱盖法施工的地层沉降问题,选取某地铁车站的典型剖面,建立二维分步开挖模型,通过分步开挖全过程的数值分析,得到拱盖法不同施工步序下的沉降值,推断控制重要环节为中导洞开挖、拆撑和拱盖施作、侧导洞开挖。对重要工序下地表沉降监测值进行对比分析,进一步对各阶段沉降比重进行验证,并分析两者发生偏差的原因并提出相应对策。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

喀斯特地貌区超浅埋拱盖法暗挖车站主体与附属结构接口优化设计

为降低喀斯特地貌区上软下硬地层超浅埋拱盖法车站主体与附属结构接口处的开挖风险,依托贵阳2号线油榨街暗挖车站,基于土力学及结构设计基本原理,应用有限元法建立地层-结构静力计算模型,分析了接口优化前后红黏土地表沉降规律以及接口处变形和受力,并结合现场监测数据验证优化方案的可行性。结果表明:红黏土地层暗挖接口的地表沉降规律符合Peck公式;采用弧形拱顶+直墙+仰拱+拱盖接口时,初期支护阶段接口变形及地面沉降相较传统接口减少56%～64%,增加拱盖环框梁后最终变形量减小61%～83%,二次衬砌厚度减少50%～54%,配筋减少6%～25%。     

土岩复合地层拱盖法施工三维有限元数值模拟

针对土岩复合地层沿深度其刚度差异明显的地质特点,以采用拱盖法施工的青岛地铁3号线某车站为分析对象,采用三维有限元建模对施工过程,以及施工过程中地表和拱顶沉降、支护结构的受力与围岩应力随开挖工况的变化进行了分析。结果表明:在土岩复合地层中,拱盖法能确保施工安全;上部断面中洞开挖为整个施工过程关键工况;及时施作初衬有助于洞室的稳定和地层变形的控制。     

浅埋超大断面隧道施工阶段围岩稳定性分析

重庆轨道交通5号线3标段浅埋扁平超大断面隧道采用双侧壁导坑法开挖。对施工过程进行了数值模拟,并结合现场监测结果对各施工阶段围岩的稳定性进行分析。结果表明:扁平超大断面隧道拱顶受力面积大,受力部位下移,拱脚应力集中;拆除中隔墙时拱顶沉降幅度大,拱脚水平收敛对开挖过程较敏感;开挖完成时隧道仰拱隆起,应当及时封闭成环。     

处于上软下硬地层的青岛某地铁车站初支拱盖法施工变形规律及控制

以处于上软下硬地层的青岛地铁某车站修建为背景,采用数值模拟及现场监测相结合的方法,对初支拱盖法施工变形规律及控制进行了研究.结果 表明:拱盖中间导洞的开挖、拱盖施作和临时支撑的拆除,是车站修建中的几个关键工序;拱盖施工阶段,拱脚与拱肩部位受力转换频繁,沉降变形较明显,临时支撑拆除造成拱部围岩二次应力释放,需采用一定支护手段控制沉降;沉降槽最大值随开挖推进不断发生移动,直到中间导洞开挖时沉降最大值逐渐向隧道中心线上移动;适当缩小施工进尺距离与增加支护系统的刚度,对控制车站结构变形速率与变形量具有积极作用.     

辉绿岩侵入花岗岩地层条件下大跨度地铁车站暗挖施工方法比选

目的：青岛地铁6号线华山一路站处于辉绿岩侵入花岗岩地层而形成的复杂异质地层中，不同施工方法下车站开挖力学响应、围岩变形与地面沉降差异较大，需要从中优选出最优的施工方法。方法：依托青岛地铁6号线华山一路站(该站为辉绿岩侵入花岗岩地层复杂异质地层)工程，对CD(中隔壁)法、CRD(交叉中隔壁)法、双侧壁导坑法和初支拱盖法4种施工方法进行了三维数值模拟分析，对比了各施工方法下地面沉降、隧道洞周围岩变形和车站塑性区的分布规律，进而优选出合理的施工方法。结果及结论：车站开挖后围岩产生非对称变形，辉绿岩一侧的地面沉降及围岩变形均大于花岗岩一侧，辉绿岩一侧的塑性区也大于花岗岩一侧；双侧壁导坑法和初支拱盖法在地面沉降及围岩变形上的控制效果较好；在变形程度和破坏区域发展方面，双侧壁导坑法和初支拱盖法优于CRD法，CRD法优于CD法，所以双侧壁导坑法和初支拱盖法控制变形的效果较好，数值分析后认为这2种施工方法均可行。初支拱盖法是最优施工方法。监测结果表明，初支拱盖法在控制围岩变形和地面沉降上效果良好。     

雁门关隧道变形控制技术

研究目的:雁门关隧道处于恒山山脉,太古界变质岩地层,受多期构造运动影响,围岩稳定性差、大变形造成初期支护环纵向开裂,拱顶、拱脚喷混凝土剥落,钢架扭曲、折断,支护侵限甚至是二衬开裂等现象,给隧道建设带来极大的困难。通过隧道DK 121+203~DK 121+175段典型大变形处理案例,分析其大变形的原因,提出合理的控制变形技术。研究结论:(1)雁门关隧道变质岩地层虽属硬质岩,但复杂多变的地质条件加大了围岩变形破坏可能性;(2)根据现场施工及围岩量测情况采取信息化设计,对隧道各段采取针对性的措施,做到"岩变我变",确保施工安全,有效的控制了工程成本;(3)采用快封闭、快支护、设置临时横撑、长锚杆、大管棚、分层加强初期支护以及早施工并适当加强二次衬砌等措施可以有效的控制并稳定隧道大变形;(4)本研究成果在构造复杂变质岩地层隧道设计、施工中有较广泛的应用价值。     

深埋大断面隧道土石复合地层塌方机制及处置措施评价

针对黄陵—韩城—侯马铁路如意隧道施工通过土石复合地层时隧道围岩塌方事故,分析塌方的影响因素及机制,提出"管棚+小导管注浆"加固围岩以及增大初期支护和二衬的施工参数等处置措施;通过现场监测和三维数值模拟方法评价处置措施的效果。结果表明:复杂地层、围岩软弱、地下水是引发塌方的主要因素;由于土石复合地层和地下水的影响,使隧道拱部产生了较大的附加荷载,导致拱顶岩体鼓起破坏,进一步发展为掌子面拱部大范围的失稳破坏;对塌方地段隧道处置后,实测的拱顶沉降和水平收敛位移分别为26和30mm,拱顶初期支护与围岩之间的压力为128kPa,数值模拟的拱顶沉降从662mm下降到47mm,洞周的塑性区减小到原设计方案的63%,表明采用该处置措施有效地控制了围岩的压力和变形,降低了施工风险;在隧道施工中应注重掌子面的超前加固。     

大跨扁平隧道施工技术

大水沟隧道是西昌至锦屏水电站辅助洞上线公路的最后一座隧道,最大开挖跨度达16.41m,开挖高度9.28m,高跨比仅有0.57,属典型的大跨扁平隧道。针对大跨扁平隧道的受力和变形特点,采用先超前支护,再分部开挖并及时进行支护,在施工过程中进行拱顶沉降监测等技术措施,确保了隧道施工安全。     

层厚比对互层地层隧道围岩稳定性的影响探究

研究目的:互层围岩开挖易出现台阶溜垮、涌水涌砂等现象,为安全施工,本文以蒙华铁路阳城隧道第四系土砂互层地层隧道围岩为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,探究层厚比对围岩稳定性的影响规律。研究结论:(1)土砂互层地层隧道围岩,黏聚力和内摩擦角随层厚比变化趋势相反;(2)两层土砂互层地层围岩随着土层所占比例的增加,隧道拱顶沉降呈现先减小后增大的规律,两层、三层土砂互层地层围岩土砂比为1∶1或1∶1∶1均匀分布时,拱顶沉降和周边收敛最小,初期支护结构主应力差最小,围岩稳定性最好;(3)不同层厚比土砂互层地层隧道,拱脚水平位移比拱肩水平位移更大,波动范围更广,隧道施工中应尤其加强对拱脚位置处的支护;(4)本研究结果可为土砂互层地层隧道围岩稳定性的进一步研究提供参考,为互层地层隧道的设计和施工提供借鉴。     

挤压性围岩大跨隧道施工工法优化

以兰渝铁路新城子隧道为例,通过现场测试和FLAC 3D数值模拟,对挤压性围岩大跨隧道采用双侧壁导坑法2种不同开挖顺序时的隧道变形和衬砌受力进行对比分析。结果表明:采用双侧壁导坑法按常规顺序开挖导洞1～9比依次分层开挖上、中、下各导洞更有利于控制隧道变形,且二次衬砌受力明显较小;挤压性围岩隧道施工中相邻导洞贯通形成扁平洞室会导致大变形,施工中应尽量避免;2种开挖顺序隧道水平收敛均大于拱顶沉降,必要时可加强临时支护。     

新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制措施

以贵阳立体交通枢纽工程龙洞堡机场隧道工程为背景,综合运用现场测试、模型试验及数值计算方法,对超厚新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制对策进行研究。基于实测的隧道拱顶沉降,根据既有的计算方法计算拱顶全部沉降;通过室内模型试验和三维数值模拟得到因地层损失引起的地表沉降占拱顶全部沉降的比率;根据拱顶全部沉降和比率计算得到隧道施工导致的地表沉降;再根据实测的地表总沉降,确定隧道施工和土体自身固结分别导致的地表沉降占地表总沉降的比例。结果表明:隧道施工导致的地表沉降是拱顶沉降的35%~36%,占地表总沉降的20%~34%,土体固结导致的地表沉降占地表总沉降的66%~80%,可见土体固结是导致地表沉降的主要因素。由此提出控制地表沉降的主要对策:通过地表钢管桩注浆加固,对土层进行改良;对拱部进行中管棚超前支护;采用大拱脚弧形导坑预留核心土台阶法开挖隧道;设置H175型钢钢架加强初期支护,二次衬砌尽可能地紧跟初期支护施作。     

地铁隧道穿越厚碎裂岩层的支护优化分析

青岛地铁3号线汇泉广场站—中山公园站区间穿越厚碎裂岩层地质,其岩体节理裂隙较为发育,导致围岩自稳能力较差,以及施工风险较大。结合现场地质条件和施工环境,提出了4种隧道支护结构加固方案;通过数值模拟分析了各加固方案的地表沉降、初期支护结构主应力及围岩塑性区发展情况;基于灰色关联定量分析了各加固方案对5项评价指标的综合支护效果。结果表明:全断面WSS超前帷幕注浆对地层沉降和围岩塑性区发展控制效果最好,超前小导管支护对抑制围岩塑性区发展较明显;碎裂岩层隧道的综合加固效果为:全断面WSS超前帷幕注浆>超前小导管支护>增大拱顶锚杆长度、增设拱肩及拱脚锚杆>提高初期支护刚度。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

旷山法在地铁盾构区间隧道上软下硬地层中的应用

介绍矿山法隧道施工结构、竖井结构设计和施工工艺,以及超前管棚、超前小导管注浆、台阶法隧道开挖、端头墙、导向平台的施工方法。隧道上方地面沉降监测点对既有线位移、地面沉降进行监测;隧道内监测点对围岩与支护状态进行监控,对水平收敛、拱顶下沉及钢格栅应力等进行量测,并提出监测频率,根据监控量测结果指导施工作业和管理。在盾构区间隧道硬岩侵入段采用矿山法施工安全、经济、快速,对隧道在上软下硬地层中下穿既有线或其他建筑物的施工具有一定参考价值。     

谈高速铁路黄土隧道CRD法施工中的几个问题

为了研究长段落大断面黄土隧道CRD法开挖安全问题,依托郑州至西安高速铁路工程实例,开展地表及初期支护沉降量测,临时支护内力及拆除临时支护过程的沉降、内力变化测试分析。研究结果表明:CRD法能保证大断面黄土隧道的开挖安全;砂质黄土浅埋段地表沉降值多在20cm以上;临时竖撑横向摆幅达9.8cm;逐榀拆除临时支护时拱部下沉2mm,拆除范围大于1倍隧道开挖宽度时,拱部下沉增长显著,达到拆除前下沉量的40%。研究结论:设计中应加强临时横竖撑刚度;相比三台阶法,CRD法不利于仰拱尽快封闭而控制最终沉降,地表沉降控制效果不明显;控制拆撑长度。     

硬岩地层浅埋暗挖隧道成拱效应分析

研究目的:随城市化进程步伐的加速,浅埋暗挖法地铁隧道修建作为发展地下交通的重要手段。为研究浅埋暗挖隧道成拱效应,本文以青岛地铁工程的修建为研究对象,通过复变函数法弹性解析解及围岩应力和位移解析解计算围岩压力反推拱顶可承载厚度;通过拱盖变形量反推隧道拱盖承受的上覆荷载,进而说明在浅埋隧道也存在"成拱效应"。本文采用理论推导和数值模拟方法对浅埋暗挖隧道成拱效应进行模拟分析,并结合某车站现场实测数据进行说明。研究结论:(1)浅埋暗挖隧道围岩自身能承担上覆地层80%多的荷载,证明硬岩地层浅埋暗挖大跨车站也存在显著的自成拱效应,在设计与施工中需重点考虑;(2)硬岩浅埋隧道在一定覆岩厚度条件下存在成拱效应,围岩承受了大部分载荷,初支承受的荷载很少,印证浅埋大跨车站成拱效应存在;(3)本文研究结果可为今后硬岩地区浅埋暗挖隧道施工提供理论参考依据,并为类似隧道工程的施工与设计提供参考。     

大断面软弱围岩隧道开挖支护模拟分析

结合广深港客运专线ZH-2标百足地隧道的施工实例,采用数值模拟分析的研究方法,对大断面软弱围岩隧道开挖支护情况进行了施工过程的研究。主要对三台阶典型开挖步骤的变化情况进行了数值模拟,研究了开挖对洞周围岩压力、初期支护的内力、洞内水平收敛及拱顶下沉的影响。通过对隧道开挖和支护施工过程的数值模拟来分析施工中初支内力、拱顶沉降以及隧道收敛在各施工阶段的变化情况,以便在施工中结合监控量测数值来指导施工。