漫谈矿山法隧道技术第十三讲——隧道施工精细化管理

为确保隧道安全,高质量、快速地施工,必须提高现行的施工管理水平,进行精细化的管理。精细化管理包括隧道设计、施工、运营全过程的管理,但重点是施工管理。隧道施工管理的内容基本上可归纳为安全（风险）管理、技术（作业、质量）管理及环境管理3类。本讲着重分析目前我国精细化隧道施工管理中安全（风险）、技术（作业、质量）管理存在的问题,并提出解决途径。1）指出安全管理实质是风险管理,我国在风险管理方面,制定和颁布了有关风险管理的指南、规定等,但在执行和落实中还存在一些问题。风险管理的目的是要把不可接受的风险变成可接受的风险,认为能否实现这一点,决定于精细化管理和技术水平。指出风险预测是风险管理的前提,强调风险管理的主要手段是进行掌子面前方地质预测、掌子面观察和洞内外变形量测,收集可靠情报,有效管理。2）指出技术管理的重点是对开挖、支护、衬砌的技术管理。目前我国的隧道施工技术管理普遍不到位,管理粗放。其中开挖管理重点应放在对掌子面前方、掌子面、掌子面后方拱脚部位等围岩的管理;支护管理的最终目的是把可能发生的位移值控制在容许范围内;衬砌施工管理的重点是衬砌及仰拱的连接,衬砌的施作时机,潜在的初期缺陷的控制。3)以混凝土衬砌初期缺陷控制为例,列出日本管理的细目表以及衬砌施工核查卡,说明只要管理到位,技术才能到位,质量也才会得到保证。4）最后强调“精细化管理”的目的就是要求“技术精细到位”。不管技术多么好,做不到位,一切免谈。对隧道这样的隐蔽工程,这一点尤为重要。在这方面管理层要下大力气,不可等闲视之。     

全粘结型锚杆加固隧道掌子面强化机理研究

针对目前我国城市隧道和客运隧道建设遭遇软弱围岩时塌方事故频繁发生的状况,对全粘结型锚杆插入掌子面前方待挖核心土体注浆后可以有效地提高加固体的黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E,提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度和刚度、抑制地表沉陷,提高掌子面的稳定性的特性进行研究,分析全粘结型锚杆加固掌子面的强化机理,旨在获取全粘结型玻璃纤维锚杆加固掌子面提高待挖核心土体黏聚力C、内摩擦角以及弹性模量E的幅度,避免隧道频繁发生塌方事故。通过在浏阳河隧道的现场试验应用表明:全粘结型锚杆能够有效地提高掌子面前方待挖核心土体的整体强度,保证隧道施工过程掌子面及其周围围岩的稳定性。     

TSP系统在隧道工程施工地质预报中的应用和发展

TSP是瑞士Amberg测量技术公司专门为隧道施工地质超前预报而设计的地震探测仪器。该系统从数据采集、处理和成果解释及评估高度智能化，其特点是：预报距离大（隧道掌子面前方至少150m），无须利用掌子面，对隧道施工妨碍小，易于操作和快速评估。通过TSP的探测，能够提前了解到掌子面前方围岩的地质情况，为施工及确定合理的支护参数提供依据，确保隧道施工安全和质量。介绍了TSP系统在隧道施工地质超前预报中的应用事例及其技术的发展。     

新开岭隧道软弱夹层塌方对策及其效果评定

分析塌方原因并提出合理的工程对策,确保隧道施工及运营阶段安全是隧道工程界普遍关注的问题.以新开岭隧道软弱夹层塌方段为工程背景,详细论述了其塌方原因和采取的工程对策,通过监控量测和有限元数值分析对其效果进行了评定,研究表明:地质因素是引起工程塌方的主要原因,做好掌子面描述工作,及时分析和预测掌子面前方围岩情况,确保围岩级...     

TSP系统在隧道工程施工地质预报中的应用和发展

TSP是瑞士Amberg测量技术公司专门为隧道施工地质超前预报而设计的地震探测仪器.该系统从数据采集、处理和成果解释及评估高度智能化,其特点是:预报距离大(隧道掌子面前方至少150-m),无须利用掌子面,对隧道施工妨碍小,易于操作和快速评估.通过TSP的探测,能够提前了解到掌子面前方围岩的地质情况,为施工及确定合理的支护参数提供依据,确保隧道施工安全和质量.介绍了TSP系统在隧道施工地质超前预报中的应用事例及其技术的发展.     

高速铁路隧道全断面预加固技术的应用研究

总结分析了目前高速铁路大断面软弱围岩或土质隧道施工中存在的问题,认为如何处理好掌子面前方的“待挖核心体”是控制此类隧道整体稳定性的关键,运用沿隧道纵向全断面预加固的易切削玻璃纤维锚杆来提高“待挖核心体”的等效刚度,控制“待挖核心体”的变形,使得隧道周边的拱效应能自然发挥作用,可以保证隧道能够全断面安全、顺利开挖掘进。介绍了隧道全断面预加固技术的一些基本概念,并运用有限元方法对隧道全断面预加固进行了三维数值模拟,同时阐述了设计施工的基本应用原理,为该法在我国的应用、推广提供了一定的理论支持。     

漫谈矿山法隧道技术第十讲——软弱围岩隧道中开挖断面早期闭合的施工技术

阐述开挖断面早期闭合的概念,指出: 1）开挖断面早期闭合是针对不良围岩的对策; 2）围岩越差,要求闭合的时间、距离越短; 3）开挖断面分部越多,闭合距离越长,对控制变形不利; 4）开挖断面的早期闭合是指初期支护的闭合,而不是指二次衬砌的闭合。介绍了日本隧道早期闭合仰拱设置方法分类。认为我们已经知道如何实现早期闭合,但还没有做到,这需要机械化水平的提高、缩短单项作业时间才能做到。日本采用的开挖断面早期闭合工法已经标准化,介绍其标准模式及开挖断面早期闭合模式的内涵。通过对日本采用早期闭合工法隧道的实例统计分析,将隧道围岩早期闭合模式划分为5种,归纳了采用早期闭合工法的理由,统计了哪些围岩条件需采用早期闭合工法,并介绍了开挖断面早期闭合隧道的构造参数,以及开挖断面早期闭合隧道的施工方法。以日本七尾公路隧道为例,详细阐述全断面早期闭合施工的管理方法,包括全断面早期闭合的管理项目,最终位移值的管理基准值和初期位移速度的管理基准值及如何确定,全断面早期闭合模式的基准及如何根据施工实际进行修正。从国内外软弱围岩隧道的施工实例,特别是开挖断面早期闭合的实例中,总结软弱围岩隧道大断面施工技术的基本经验。最后指出把掌子面前方围岩的补强与掌子面后方开挖断面早期闭合结合在一起,在有水的条件下,再把掌子面前方围岩的超前钻孔预测组合在一起,是解决不良围岩隧道施工的基本方法。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

基于监控量测的山岭隧道塌方大变形预警研究

塌方是隧道工程施工过程中的主要地质灾害之一,对人民生命财产安全造成极大危害。在新奥法施工过程中,加强超前地质预报及监控量测工作,能够有效地对隧道塌方进行预警。超前地质预报工作,提前探明掌子面前方围岩地质情况,为施工方采取合理施工方法通过地质条件较复杂地段提供依据;监控量测工作实施监测围岩动态变化,通过对监测数据的分析及时判断围岩变形发展趋势。结合岗上隧道工程实例,对隧道施工过程中如何依据监控量测数据来指导施工进行详细分析,并成功提出大变形预警,确保隧道正常施工,为类似工程提供借鉴和指导。     

全风化红砂岩地层隧道掌子面变形特征及控制技术研究

为解决全风化红砂岩地层隧道在开挖过程中出现的掌子面失稳问题,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,利用现场调研、室内试验以及数值模拟等多种研究方法,对全风化红砂岩地层隧道掌子面的变形特征及控制技术进行系统研究。结果表明： 1）掌子面挤出位移主要集中在掌子面高度3~10 m的位置,掌子面最大挤出位移出现在上台阶和中台阶交界位置。2）拱顶沉降主要发生在已开挖段和掌子面前方约1倍洞径处,其预变形量占总变形量的比值均在40%以上,最大达到78.33%。3）掌子面前方核心土挤出变形曲线的变化趋势从快速减小到缓慢减小,直至减小为零,大致将其分为强影响区、弱影响区和无影响区3个区间,影响范围为5.8~19.2 m。4）阳城隧道采用超前水平旋喷桩和三台阶预留核心土法可以较为有效地控制掌子面的挤出变形,实际施工中,建议在采取降水措施的情况下将2种控制措施配合使用。     

红砂岩隧道开挖稳定性的三维数值分析

以湖南西部某红砂岩浅埋隧道为例,建立了三维有限差分数值模型并模拟了隧道不同开挖步过程中掌子面附近围岩应力和地表沉降的变形规律,最后利用数值计算结果与实测数据进行了对比分析。结果表明:隧道开挖对掌子面前方影响范围约为2D,在掌子面后方1D范围内围岩应力发生明显变化,随掌子面向前推进逐步趋于稳定;地表沉降量主要发生在上台阶开挖时,当仰拱施作完成形成稳定的闭合环结构后,沉降变形很快趋于稳定。主应力最大值位于拱腰,其次是拱脚,而塑性区主要出现在拱肩和拱脚。实测数据与计算结果基本吻合。     

卵石层小净距隧道关键参数研究

针对卵石地层小净距隧道围岩整体性与稳定性差、施工中易坍塌、围岩相互扰动大的问题，通过FLAC 3D数值模拟和现场监测，对卵石层小净距隧道左右洞合理净距和先后行洞掌子面安全纵向间距进行了研究。得到如下结论： 1）当净距不大于6 m时，隧道地表沉降槽呈“V形”，沉降最大点位于中夹岩顶部；随着净距大于6 m，隧道拱顶部位地表沉降逐渐超过中夹岩顶部，地表沉降槽呈 “W形”。2）当2洞间净距不大于6 m（约1倍洞跨）时，2洞开挖后围岩压力叠加效应明显，极易发生失稳；当隧道净距大于18 m时，可按分离式隧道进行设计； 3）随着先后行洞间掌子面纵向距离的增加，后行洞施工对先行洞的影响逐渐减少，当纵向间距达到30 m（4.6倍洞跨）时，这种影响基本可以不予考虑。     

漫谈矿山法隧道技术讲座第一讲——围岩

阐述围岩的基本概念及其工程特性、围岩的分级及分类、围岩开挖后的动态、围岩的评价方法等。并对隧道开挖后周边围岩的稳定性问题进行探讨,认为曲面掌子面对确保掌子面稳定更为有利,但目前施工机械开挖曲面掌子面有一定困难,已有同行关注曲面掌子面,并进行施工试验;隧道开挖正朝着积极补强围岩的大断面开挖的方向发展。最后对设计、施工中应该关注的软弱围岩及特殊围岩的分类进行介绍。认为:大多数围岩是有自支护能力的;不良围岩是可以改造"为我所用"的;围岩荷载是可以控制的;不同的围岩其动态也是不同的。总体而言,隧道技术的发展都是围绕达到上述目的而发展的。     

隧道成型控制爆破技术及围岩损伤范围研究

为解决因初期支护格栅拱架限制周边眼钻凿精度而引起的隧道周边超欠挖问题,以青岛地铁1号线瓦屋庄站至贵州路站区间工程为例,介绍“长、短眼”控制爆破技术,提出“长、短眼”布置方案,并采用质点峰值振动法和激光隧道断面检测仪分别对“长、短眼”爆破技术产生的围岩损伤范围和隧道超欠挖量进行分析和监测。结果表明： 1）采用“长、短眼”控制爆破技术,Ⅳ级围岩段隧道周边超欠挖控制在150 mm以内,且理论计算每米进尺回填混凝土节省成本7 182元,可提高工程经济效益; 2）长短眼爆破产生的损伤范围为0.29~0.33 m,隧道拱顶沉降、净空收敛量均控制在10 mm以内,施工效果好。     

风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明：旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围（D为单洞开挖跨度14m）;三台阶法施工台阶长度宜取（1/3～1/2）D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。     

中天山隧道超高水压富水破碎带施工方法研究

为解决南疆吐库二线中天山隧道出口钻爆法反坡施工中突遇的超高压涌水施工难题,采取超前地质预报和隧道涌水量、水压及连通性测试,预测前方地质情况以及涌水变化规律。针对掌子面前方超高水压富水破碎围岩,结合现场施工情况,对超前注浆堵水、涌水掌子面直接排水、隧道进口施工降压泄水洞等方案进行比选,最终确定了超前注浆堵水施工方案,成功突破了中天山隧道6.3 MPa超高压富水破碎段施工,确保了隧道的施工安全。     

基于软弱围岩变形控制工法的浅埋隧道变形现场监测分析

野猪山隧道右线出口科研段,属于浅埋软弱围岩隧道进洞按照软弱围岩变形控制工法进行施工。本文通过现场监测,在拱顶沉降、地表沉降实测数据的基础上,分析研究了软弱围岩变形控制工法下围岩变形特征,包括拱顶沉降与时间、开挖关系,地表沉降横向分布规律及纵向分布规律,得到了宁波象山地区采用随机介质理论法预测地表变形的相关参数、软弱围岩变形控制工法下掌子面空间约束效应影响范围及掌子面前方围岩位移释放率,研究结论可望为浅埋软弱围岩隧道施工提供一定的指导。     

爆破震动条件下小净距隧道动力特性分析

本文依托中条山特长公路隧道,以隧道洞口小净距段为研究对象,采用有限差分软件FLAC3D,对软弱破碎围岩并行小净距隧道洞口段进行非线性动力时程数值分析,探究爆破震动影响条件下的小净距隧道动力响应特征。研究结果表明:受爆破震动影响,隧道仰拱振速最小,左背爆侧次之,拱顶较大,迎爆侧最大。掌子面后方围岩及衬砌震动要比掌子面前方剧烈。故迎爆侧与拱顶的衬砌结构受力及围岩稳定性在施工中需重点监测。     

“新意法”在国外隧道工程中的应用

介绍“新意法”在意大利等国隧道工程中的应用情况,并重点以意大利Vasto隧道坍方治理工程为例,详细剖析“新意法”在隧道设计、施工的不同阶段中的具体运用,为“新意法”在我国的推广应用提供参考。     

大瑶山1#隧道富水充填性溶洞施工技术

 介绍了武广铁路客运专线大瑶山一号隧道正洞施工至DK1909+624，进入F6断层时，掌子面发生大规模涌水涌泥，经观察隧道右侧为一巨型富水充填性溶洞，施工中严格按照“先探水、预注浆、再管棚、后开挖、径向补注浆、快衬砌”的总体施工原则组织施工，采取“排堵结合”的方法，安全、快速地通过了此溶洞。