第三系半成岩地层隧道结构设计及施工研究

第三系半成岩时间短、暴露易风化、遇水易软化,此类地层隧道施工易遇到掌子面突水涌泥、拱脚下沉、初期支护结构变形侵限等问题。文中依托云南省某隧道为研究对象,通过采取补充勘探、现场调研、理论分析,以及衬砌支护结构优化等手段,对隧道结构设计及施工措施进行深入分析研究,总结适合第三系半成岩地层隧道设计及施工的理论及方法。主要结论如下：隧道可通过设置洞内泄水孔、地表深井降水有效降低地下水的水头压力,减小掌子面突水涌泥风险;隧道超前支护采用水平旋喷桩能有效控制掌子面前方加固范围,形成固结强度高、抗渗能力强的预加固体,保证施工安全;设置锁脚钢管桩、扩大拱脚的联合沉降控制方案,可有效控制隧道拱脚下沉;取消系统锚杆加强初期支护可保证结构安全。     

第三系半成岩高边坡病害分析及对前期设计的指导

文章结合闻垣高速古城联络线项目3段第三系半成岩高边坡开挖后产生的坡面裂缝、坡体坍塌、滑坡等病害问题,分析了坡面高度、坡面出露时间、坡面防护或封闭及时性、地层岩性、岩层产状、岩体物理力学指标变化等情况。结果表明:第三系半成岩边坡开挖后裸露时间过长、降雨等因素对其岩土参数降低的重要影响。为减少同类病害产生,提出公路设计过程中尽量减少该类地质高边坡设置,同时做好高边坡稳定性计算参数选取,边坡设计时着重截排水设计及边坡防护设计,施工过程中及时做好坡面防护措施。     

天(水)定(西)高速关子隧道防排水设计

黄土隧道与普通岩质隧道防排水设计有较大差别,关子隧道穿越地层围岩为黄土、泥岩和砂砾岩,通过对不同围岩段防排水分类设计和协调统一,以求达到隧道防排水系统排导通畅、防水效果可靠、结构耐久、不留后患。     

南宁半成岩地层明暗挖地铁车站关键技术及数值分析

为解决半成岩地层明暗挖地铁车站施工中存在的问题,结合南宁地铁3 号线青秀山站,采用数值模拟分析与现场监测相结合的方法,对半成岩地层明暗挖结合地铁车站修建过程中遇到的关键问题进行分析,并提出解决问题的具体方法。研究结果表明:1)在富水半成岩地层中修建隧道可采用群井降水的方法对地层进行加固,降水后围岩黏聚力大幅度增大,有利于隧道开挖; 2)站台层隧道群开挖时应合理安排施工工序,横通道在距离正线隧道开挖面大于1 倍隧道洞径后方可开挖,斜扶梯通道宜在横通道二次衬砌完成后开挖; 3)群洞隧道三岔口部位应根据工程条件予以加强设计,尤其是在隧道纵向上; 4)在一定条件下,明挖站厅层在站台层暗挖隧道群之前施工是可行的。     

铁路隧道疑难工程地质问题分析——以30多座典型隧道工程为例

以30多座在施工中发生与地质因素有关的工程事件为例,归纳为15类疑难工程地质问题： 高压富水岩溶、软弱围岩大变形、太古界硬质变质岩大变形、侵入岩脉蚀变风化破碎岩体塌方和突泥、富水逆掩断层破碎带大规模突泥、层状地层大规模顺层塌方、中更新统老黄土崩塌、新第三系地层突泥涌砂、泥岩页岩可燃气体燃烧和爆炸、白云岩剪涨裂缝突砂涌砂、岩溶地面沉降、含石膏地层围岩变形、断层破碎带与软岩层面组合围岩变形、新第三系粉质黏土岩（土）垂直节理坍塌变形及石英砂岩断层破碎带突水涌砂。分析各类疑难工程地质问题发生的原因,总结其工程地质特征。针对高压富水岩溶的分类、断层破碎带突水涌砂和大变形问题、高压地下水的防治、高位选线、大变形及大变形分级标准、挤压大变形和卸荷大变形、隧道顺层偏压构造的危害、5种围岩变形失稳类型的特征对比、隧道围岩压力现场实测、岩溶地面塌陷、Q2老黄土和N2黏土层垂直节理渗水崩塌、N2弱胶结地层“流变”、石膏地层隧道衬砌开裂以及非煤系地层的可燃气等14类问题进行讨论,并从依法合规性、地质不确定性、专项地质工作、工程劣质岩、修订围岩分级和纳入规范等方面提出6条建议。     

砾岩地层滨海公路隧道选线与规划案例探讨

台湾东部滨海公路改善工程某隧道通过八里湾层与蕃薯寮层,岩性主要为砾岩、砂岩、泥岩及其互层,选线过程考虑地质特性、地形限制与施工维持等因素,并将生态保育、景观美质与工程技术等纳入规划与设计中.惟施工过程遭遇地形变动剧烈、洞口边坡与隧道围岩遇水弱化、依时变形显著等不利因素,历经数度修正设计得以突破.以此案例为背景,提出砾岩的工程特性以及隧道选线与规划相关建议.     

石林隧道突水突泥形成机理探讨

对石林隧道开挖所揭露各类地层进行分析,探讨了沙泥岩互层隧道突水突泥的一般规律。将其隔、透水交替规律运用到该隧道相似岩性交替界面的地质预报中,取得了良好效果。为软岩隧道预报突泥突水提供了一个新思路。     

桃树坪隧道穿越富水粉细砂地层双导洞超前法施工技术

在建兰渝铁路桃树坪隧道为Ⅰ级铁路双线隧道,施工穿越上第三系富水粉细砂地层。为了解决由于出水量大,岩性软,成岩作用及稳定性差,在隧道开挖过程中,含水粉细砂层软化现象明显,常呈流塑状,无自稳性,造成大断面隧道施工极其困难的问题,结合桃树坪隧道3#斜井正洞围岩特点研究采用了双导洞超前法施工,通过导洞超前降水、先行稳固拱脚,解决了富水粉细砂层大断面隧道开挖困难、初期支护变形严重难以控制的问题。     

粉砂质泥岩隧道初期支护沉陷开裂分析研究与处治方法

云南蒙文砚高速铳卡隧道地质情况复杂,隧道围岩稳定性差,其工程地质特性随着岩层的变化有很大差异,该隧道穿越粉砂质泥岩地层,施工中出现初期支护结构变形下沉及开裂的问题。对铳卡隧道的地层条件以及初期支护结构变形过程进行了系统分析,通过对隧道初期支护变形的原因分析、处理措施及施工过程的监控,探讨了初期支护结构下沉开裂的原因及处理措施,并在此基础上提出了径向管棚注浆、初期支护加强、上挑换拱的综合处治对策。实践表明,该处治对策是合理有效的,对该类粉砂质泥岩隧道的设计和施工具有一定的意义。     

兰渝铁路胡麻岭隧道第三系含水粉细砂岩地表降水试验研究

兰渝铁路胡麻岭隧道7号竖井工区通过的第三系含水弱胶结粉细砂岩具有异常复杂的水稳性特征,掌子面自稳性差,施工进度极其缓慢,采用洞内降水措施,效果很难保证,施工风险大。根据地形地质条件,对胡麻岭隧道7号竖井工区开展地表降水试验研究,对试验成果进行计算分析,了解和掌握该第三系含水砂岩的水文地质特性,确定地表降水井的设计参数。通过对降水前后围岩、施工进度的比较,验证了降水井的设计合理。     

兰新客专第四系上更新统胶结层成因分析及处理措施

兰新客专DK855+900~DK870+933段位于河西走廊中西端，在第四系上更新统洪积层中夹有胶结层，根据勘探及开挖揭示情况，查明了胶结层的分布及埋藏特征，胶结物主要为钙质，近地表还有硫酸盐胶结，根据岩性可分为黏性土（粉土）胶结层、砂土胶结层、圆砾土胶结层三种类型，其成因主要为胶结矿物的淋滤、聚集、凝结、结晶及胶结。通过调查及取样试验，胶结层具有岩石或半成岩性质，具较高的抗压强度、较强的抗崩解、抗软化及抗风化等工程特性，与周围土层性质有显著差异，岩土施工工程分级Ⅳ~Ⅴ级，地基应采取针对性的处理措施。     

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升; 2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定; 3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。     

单线铁路富水软岩隧道基底处理技术

中条山隧道长距离穿越第三系地层高压富水区域,为满足结构稳定性与运营安全需要,针对基底泥化问题提出了碎石换填+注浆加固的处理方案,采用级配碎石对泥化后的软弱基底进行置换,并通过注浆进行基底整体加固与堵水,提高了重载铁路隧道软弱基底承载力;研究仰拱底部排水泄压技术工艺,在仰拱初期支护表面铺设排水盲管,有效引排仰拱底部积水,降低了线路运营期隧底地下动水压力引发的道床结构损坏风险。     

含水弱胶结粉细砂岩地层公路隧道开挖方案比选及二次支护施作时机研究

含水弱胶结砂岩具有黏结力低、水稳性差和流塑变形大等特点,导致隧道支护体系变形在时间及空间维度上表现出不均匀性、非线性及非对称性,继而产生围岩坍塌、支护失效等工程问题。结合某公路隧道建设背景,采用"先让后治"的原则,补强初期支护强度并提供二次衬砌施作条件,提出双层初期支护设计方案,并通过数值技术仿真分析三台阶七步、CRD和双侧壁导坑3种工法下拱顶沉降、水平收敛及塑性区的分布特征。结果表明:1)在成岩差、易流砂地层下,CRD工法为此类地层120 m2断面软弱围岩的最优开挖方法;2)二次支护施作的最佳时机应在上台阶右半幅断面开挖前;3)在有条件的前提下宜将四部交叉中隔壁法演化为六部中隔壁法施工。     

昔格达组地层承载力综合试验研究

昔格达组地层是西南地区覆盖在早第三系之上,成韵律互层的一套静水河湖相沉积地层。选定三个典型昔格达分布地区开展对比试验研究,进行了一系列原位土工试验,即平板载荷试验、标准贯入试验,以及室内单轴抗压试验和常规土工试验,分析研究不同方法确定西南地区半成岩的昔格达组地层地基承载力特征值之间的关系,结合试验结果提出确定昔格达组地层承载力特征值的范围值,为今后工程建设提供设计依据。     

青海川大公路岘子隧道顺利贯通

<正>2015年7月25日上午8点,青海省S307川口至大河家(省界)公路岘子隧道顺利贯通,成为川大公路全线第一座贯通的长大隧道,预示着川大公路上的一个控制性工程被攻克。岘子隧道为一座2车道分离式隧道,左线长1 666 m,右线长1 772 m,采用双向4车道1级公路标准,设计时速80 km/h。工程所在地海拔2 400 m,属于高寒地区,自然环境恶劣。隧道穿越黄土覆盖区、砾岩、卵石土及弱风化泥岩地层,全隧穿越Ⅴ级围岩,埋深最浅处仅20 m。施工过程中常出现涌水突泥,全断面滴水     

兰渝铁路广南段浅层天然气对隧道影响研究

在收集整理了兰渝铁路广元-南充段沿线油气田及含油气构造平面分布和油气储层资料的基础上,结合各隧道所处的构造位置和地层岩性条件,探讨了浅层天然气对各主要隧道的危险程度,指出浅层天然气对熊洞湾隧道危害大,对轩盘岭隧道和梅岭关隧道危害中等,其余隧道受浅层天然气危害小。     

泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道力学特征研究

当大跨度隧道穿越泥岩夹砂岩地层时,易产生由偏压问题导致的病害。为研究泥岩夹砂岩顺层隧道的偏压特征及影响因素,以郑万高铁重庆段小三峡隧道工程为依托,采用现场量测与数值模拟相结合的方法,对砂岩顺层倾角、间距及地下水等因素对大跨度顺层隧道力学特征的影响开展了研究。结果表明:1)相较于均质泥岩地层,泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道开挖后,隧道周边围岩位移及塑性区均呈现非对称性,顺层法线方向围岩位移大于顺层方向;2)顺层隧道的最不利倾角为45°,当砂岩顺层间距超过3m时,顺层对隧道力学特征的影响逐渐减小;3)含有地下水的泥岩夹砂岩地层,隧道围岩位移、泥岩塑性区及砂岩顺层塑性区范围均有所增大,围岩稳定性降低,且会加剧顺层隧道的偏压程度。     

软弱围岩大跨隧道合理预留变形量分析及初期支护刚度优化

针对正在建设的成贵铁路四川段大部分隧道位于红层砂泥岩软弱地层的情况,根据现场实测数据,对10座隧道共407个断面1 213个拱顶沉降及边墙收敛监测数据进行统计分析,研究分析红层砂泥岩软弱地层隧道的变形特性及变形量。同时,结合现场实测统计数据,对目前红层砂泥岩软弱地层隧道V级围岩隧道采用的初期支护刚度体系进行多工况数值模拟分析,针对不同的初期支护结构进行变形及应力分析。研究结果表明： 现行TB 10003-2016《铁路隧道设计规范》给出的预留变形量参考值偏大,建议红层砂泥岩软弱地层浅埋大跨隧道（V级围岩地段）预留变形量按50~60 mm设置。     

盾构隧道下穿川陕立交施工技术研究

基于成都地铁3号线一期工程土建5标熊猫大道站-动物园站区间隧道穿越川陕立交桥工程为研究对象,针对盾构隧道纵断面为泥岩地层,且地面立交桥对沉降要求高,主要采取以下措施： 1)在施工过程中使用特殊化学改良剂来控制掘进参数; 2)对沉降要求高的区段,首先于盾构经过前在地面进行预加固,盾构经过后在隧道内再加固的双加固方法。施工证明： 在泥岩地层中通过在盾构掘进过程中采用化学改良和地面、隧道双加固措施,可以有效控制地面沉降,保证隧道施工顺利进行和地面立交桥功能的正常发挥,为其他盾构工程在泥岩层,尤其是黏土地层中下穿既有桥梁施工提供了参考和借鉴。