极高地应力软岩隧道超前导洞应力释放及多层支护变形控制技术

为了解决极高地应力软岩隧道大变形控制难题,以兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段施工为例,通过现场试验和数据分析,得到如下主要结论:1)提出了"先放后抗,抗放结合,锚固加强"的变形控制理念;2)得出了该隧道岭脊核心段"超前导洞应力释放+圆形4层支护结构+径向注浆+长锚杆+长锚索"综合变形控制方案;3)超前导洞应力释放效果明显,正洞累计变形减小幅度约为34%;4)得到了圆形多层支护结构变形规律;5)累计变形均控制在设计预留变形量内,保证了该隧道岭脊核心段大变形控制效果。     

将军沟隧道穿越挤压大变形段隧道施工技术探讨

G045线赛里木湖至果子沟口段公路改建工程将军沟隧道右线YK582+461～+400段隧道在施工中发生了较大塌方和初期支护变形侵限等事故。论文在分析将军沟隧道变形侵限机理基础上,详细介绍了将军沟隧道初期支护变形段施工处理方案,以及将军沟隧道该段处理变形侵限的临时支护形式、加强支护手段和隧道该段塌方变形段采用的CRD开挖方案。将军沟隧道变形段在论文介绍方案的指导下顺利通过,实践证明了论文方案的可行性,论文介绍了将军沟隧道大变形侵限段的处理技术对同类隧道的施工具有积极的指导和借鉴意义。     

绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制及合理支护形式现场试验

为了探索绿泥石片岩地层大跨度公路隧道大变形控制技术及合理支护形式,以陕西省宝(鸡)汉(中)高速公路连城山隧道工程为依托,针对采用单层I22b、双层I22b和双层HK200b钢架的3种初期支护形式,通过对围岩变形和支护结构受力进行现场量测,对比分析了不同初期支护形式的变形控制效果,提出了大跨度公路隧道软岩大变形控制方法和支护体系。研究结果表明:“大预留+双层HK200b钢架分次强支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”联合支护体系能有效控制隧道大变形灾害,避免初期支护变形侵限及频繁拆换拱;该支护体系中第1层初期支护钢架的刚度不宜太弱,以避免因其刚度不足导致的局部失稳和局部拆换问题;试验断面第2层初期支护的接触压力约占第1层初期支护围岩压力的61%,二次衬砌接触压力约占第1层初期支护围岩压力的40%;调整仰拱曲率对于优化结构受力和防治仰拱底鼓作用显著;基于对连城山隧道试验断面围岩压力和径向位移的统计分析,建立了不同支护阶段和不同刚度下的围岩-支护特征曲线,揭示了围岩与支护的相互动态作用机制和“多层分次强支护”大变形控制方法的支护作用机制;结合连城山隧道大变形处置实践,总结提出了“三台阶留核心土法+大预留、多层、分次支护+大管径长锁脚锚管+深仰拱”的大变形控制技术、“不侵限、不换拱、不破坏压密区”的大变形防控理念及“大断面、少分步、快挖快支”的施工原则。研究成果可为类似软岩隧道大变形控制提供重要借鉴。     

大跨扁平极软岩隧道大变形结构处理分析

牛头山隧道为双向6车道大跨度隧道,当开挖至绿泥石云母片岩段时发生了严重的大变形,拱顶最大下沉达1.6 m。为解决极软岩隧道大变形问题,通过对大变形围岩和初支变形特征、发生原因的分析,确定了"分台阶大预留、快开挖、双层强支护、早封闭"的大变形处理原则和方案。施工期间通过对双侧壁、单侧壁法和三台阶法施工的现场实践,证明依托工程采用短台阶开挖工法控制围岩大变形具有十分显著的效果。在确定采用三台阶开挖方法后,对拟定的应力释放层扩挖+双层H型钢初期支护和双层H型钢初期支护+108锁脚钢管两种支护方案,在左右洞进行了平行试验,结果发现采用双层H型钢支护+108锁脚钢管对于控制大变形效果良好,最终采用该方案顺利完成了绿泥石片岩段施工。     

大断面软岩隧道变形特征及多层初支控制研究

以连城山大断面软岩隧道工程为依托,基于施工监测数据,对比分析了单层I22b钢拱架初期支护、单层H20b型钢拱架初期支护、双层I22b工字钢拱架初期支护和双层H20b型钢拱架初期支护4种支护方案下围岩的变形规律与支护的受力特征。结果表明,单层和双层I22b钢拱架初期支护均不能控制隧道的大变形,而双层H20b型钢拱架初期支护可以控制隧道围岩变形。采用数值软件进一步比较了4种支护措施对于控制围岩变形的有效性,计算结果表明,I22b钢拱架的支护控制围岩变形的效果明显较差,尤其是单层I22b钢拱架的支护方案条件下围岩发生了较大的变形。采用双层初期支护的方案后围岩变形分布更均匀,支护结构与围岩协同变形。研究结果可为类似工程的设计与施工提供一定的参考。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

黄土隧道三台阶施工预制临时仰拱技术及应用研究

为解决隧道临时支护结构施作耗时长、拆除后难以利用的难题,提出一种可重复使用的预制临时仰拱设计与施工方案,并在黄土隧道三台阶七步法中进行应用试验。通过对比现场光纤光栅传感器测试数据和数值模拟结果,对预制临时仰拱实施效果进行研究。研究结果表明:1)预制临时仰拱制作简单、拼装快速并可重复应用,可在大断面隧道三台阶临时仰拱七步施工方法中快速形成临时仰拱,使中台阶开挖后初期支护体系临时封闭成环;2)与传统三台阶七步开挖施工方案相比,采用"三台阶七步开挖+预制临时仰拱"方法可以有效改善大断面黄土隧道施工中初期支护结构受力与变形,其中初期支护结构最大主应变降低约72%,拱顶沉降降低约78%;3)设置预制临时仰拱使中台阶封闭成环,可以很好的改善初期支护结构与围岩的相互作用性能,有效减小隧道开挖后围岩塑性变形范围,保证隧道施工安全。     

山城轨道交通隧道下穿铁路施工措施研究

为探讨山城轨道交通隧道下穿铁路施工措施,依托重庆市轨道交通1号线中梁山隧道进口下穿襄渝铁路2号线段,通过理论分析和数值模拟等手段,对下穿段施工方法、施工地表变形、火车荷载对初期支护安全性影响进行研究.主要研究结论如下:1)富水强风化泥岩段隧道施工应做好防水排水系统的设置,适时施作超前支护并尽快封闭断面;2)在下穿段选用三台阶七步法,既可满足沉降限值的要求,又可提高效率、节省成本;3)火车荷载会影响隧道结构的承载能力,在埋深19m的富水强风化泥岩中施工地铁隧道,初期支护结构安全性仍能满足要求;4)通过现场实测,证明施工沉降控制效果明显,保障了襄渝铁路2号线的运营安全;5)为类似施工采取相应措施控制地表沉降,保护周边铁路及隧道结构的安全提供了一定的理论依据.     

浅埋段软岩隧道施工工法优化模拟应用分析

隧道洞口浅埋段施工易受地表水及不良地质条件影响,隧道大变形或掌子面溜塌事故频发,施工安全风险极高。为解决洞口浅埋段软岩隧道变形控制难题,建立三维数值模型,对不同施工工法的围岩变形及其优缺点进行对比分析,确定采用三台阶临时仰拱法,并通过现场应用验证了优化工法的可行性。结果表明:该工法可在中、下台阶增设临时仰拱,隧道初期支护及时封闭成环,支护结构受力得到改善,对变形控制效果较好。虽相比CRD法在控制隧道变形方面略有不足,但综合各方面因素,优先考虑选择该工法,并采取了分阶段支护参数加强措施。经现场施工实践验证,采用该工法配合分阶段补强支护措施,初期支护变形增长速率很快减小并趋于稳定,可有效控制隧道初支大变形,保证施工安全和进度。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。     

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形（高跨比0.80）、类圆形（高跨比0.90）、圆形（高跨比1.00）3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明： 1）对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象; 2）适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好; 3）适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。     

特大断面隧道软弱钙质板岩大变形处治研究

以玉楚高速齐云特大断面隧道左幅K32+126～K32+210段软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形处治为背景,采用现场测量隧道拱顶下沉和围岩与初期支护间压力的方法,对特大断面隧道软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形处治技术进行探讨。结合国内外先进施工理念和施工经验,通过在已发生大变形段的初期支护外侧增设间距60 cm的I18工字钢,在左右侧拱腰部位各打设3根6 m长的?42 mm×4 mm的注浆小导管,挂设间距15 cm×15 cm的双层?8 mm钢筋网片,喷25 cm厚的C25混凝土进行封闭的护拱,阻止了初期支护大变形的发展;将未施工段初期支护参数中工字钢由I22b调整为I25a工字钢,开挖采用环形开挖留核心土法,适合软弱的灰色、深灰色钙质板岩隧道围岩的施工。换拱时对换拱部位打设?42 mm×4 mm小导管并注浆加固,小导管单根长4.5 m,按0.5 m×0.5 m间距梅花形布置,与原有径向锚杆错孔布置,注浆压力应控制在2～3 MPa,将原设计初期支护参数中的工字钢由I22b调整为I25a,钢支撑间的连接由?20 mm钢筋变成I16工字钢,工字钢环向间距100 cm,交错布置并形成"八"字形,喷射混凝土厚度由29 cm调整为31 cm,将二次衬砌支护参数中的环向主筋由直径25 mm调整为28 mm,防水混凝土由C30调整为C35,每次拆换一榀钢支撑,隧道换拱设计和施工方法适合已经产生大变形的软弱灰色、深灰色钙质板岩隧道围岩换拱。齐云隧道成功解决了特大断面隧道软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形的处治,为类似工程提供借鉴。     

挤压性大变形隧道分层初期支护适应性分析

针对挤压性大变形隧道支护参数、支护时机在设计工作中难以量化的现状,在考虑围岩流变效应和支护弹塑性本构的基础上,结合数值模拟手段,对各类支护的等效支护抗力和不同等级大变形隧道分层初期支护量化参数及适应性开展研究。得出主要结论： 1）基于抗压强度控制,提出不同组合参数下的喷射混凝土和型钢拱架等效支护抗力;基于位移等效原则,提出不同直径、不同长度砂浆锚杆和不同长度预应力锚索的等效支护抗力。2）基于监控量测曲线,对考虑流变效应的围岩物理力学参数进行反演,以此计算围岩特征曲线,实现围岩变形量值、不同支护时机所需支护抗力与时间的关联。3）根据既有案例,取单边15 cm作为单层支护极限变形值,构建支护抗力曲线;基于极限变形控制原则,提出轻微大变形可选用单层初期支护+短锚杆的支护形式、中等大变形可选用2层初期支护+短锚杆的支护形式、强烈大变形可选用圆形隧道+3层初期支护+短锚杆+长锚索的支护形式的建议,并提出不同等级大变形隧道的支护时机及预留变形量建议值。4）兰渝铁路木寨岭隧道工程应用分析结果表明,采用该方法选取的支护参数是合理的。〖JP〗     

穿越陡坎地形的偏压黄土隧道大变形时空特征研究

针对黄土隧道开挖这一施工领域中的难题,依托地坑院隧道,对隧道穿越沿线地质地形的施工风险进行分析,同时基于监控量测数据,对典型横断面和纵向段的初期支护变形规律进行研究,得出初期支护沿时空分布的变形特征。分析结果表明: 1)围岩变形持续时间长、变形速率大,有时具有突变性; 2)初期支护横断面收敛不均,纵向变形与断面距掌子面距离直接相关; 3)隧道变形受地形、地下水和施工的影响较大。根据现场围岩大变形规律针对性地制定相关控制措施,研究成果可为现场施工提供技术性指导。     

深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量

陕西宝鸡至汉中高速公路连城山隧道（双洞六车道）在穿越绿泥石片岩地层过程中发生了初期支护变形侵限、喷射混凝土开裂、钢架扭曲等严重大变形灾害,施工难度非常大。基于连城山隧道大变形现场调研和现场监控量测数据,统计分析了不同绿泥石片岩岩体状态下的隧道变形情况,研究了深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量;在此基础上建立了深埋大跨度绿泥石片岩隧道施工变形控制基准。研究结果表明：隧道变形量与绿泥石片岩的岩体状态密切相关,绿泥石片岩呈粉末状时隧道变形量最大,绿泥石片岩呈块状或厚层状时隧道变形量相对最小;隧道变形整体上表现出拱部沉降明显大于水平收敛的特征;采用“三台阶留核心土法+拱墙部双层HK200b钢架+φ108大管径锁脚锚管+深仰拱”的施工方案时,粉末状、碎裂状（粉末加块石）、薄层状、块状或厚层状绿泥石片岩段隧道沉降量值分别为358~850,234~678,153~486,27~236 mm;其中以拱部初期支护的整体沉降为主,占总沉降的55.5%~86.1%;隧道沉降主要发生在上台阶和中台阶施工阶段,占总沉降的66.7%~82.7%;仰拱施作后产生的变形占比最小,为3.3%~4.9%。建议在以上4种绿泥石片岩岩体状态下,隧道预留变形量分别取70~95,50~70,30~50,15~30 cm;在保证隧道施工场地的前提下,应尽量缩短台阶长度,减少初期支护封闭成环的时间。     

双层初期支护在云屯堡隧道高地应力软岩洞段中的应用

为研究隧道双层初期支护中第2层支护的钢拱架设置方式和施作时机,结合成兰铁路云屯堡隧道高地应力软岩隧道工程,对 高地应力软岩大变形隧道双层初期支护中内、外2层钢拱架的布设方式和第2层初期支护的施作时机进行分析和研究。 由研究结 果可知: 1)双层初期支护中钢拱架采取交错的布置方式更有利于初期支护结构受力和围岩变形控制; 2)第2层初期支护应在第1 层初期支护结构不被破坏前及时施作,对于云屯堡隧道来说,第2层初期支护施作滞后掌子面的距离在7 m内较好。     

共和隧道特殊围岩段初期支护大变形处理技术

结合共和隧道工程施工实例,介绍在高地应力和顺层偏压等综合作用下,围岩初期支护大变形特点,分析这种特殊地质病害的原因,并通过各种施工方案的对比,提出合理的处理措施及后续施工对策。同时,简要阐述初期支护大变形段的处理技术措施,为今后同类型地质病害的隧道制定施工方案提供一定的借鉴。     

高地应力软岩隧道大变形控制关键技术

高地应力环境与低强度围岩的耦合作用,增大了隧道失稳风险。为有效控制高地应力软岩隧道大变形问题,总结丽香、玉磨、成兰铁路近10座高地应力软岩隧道施工实践经验,阐述大变形隧道变形特征和关键控制技术,结合监测数据验证了相关技术的有效性,得出以下结论:1)预留变形量是避免发生大变形后初期支护侵限的重要基础; 2)对于水平构造应力占优势的单线隧道,增大边墙曲率可有效控制隧道边墙收敛; 3)双层初期支护与锚杆共同支护可有效提高初期支护刚度,减小围岩变形; 4)初期支护仰拱快速封闭,控制初期支护仰拱与掌子面距离20 m能够起到有效抑制收敛的作用; 5)合适的二次衬砌施作时机既能有效地控制大变形又能减少二次衬砌的开裂。     

松散岩堆体地层下城市隧道洞口段施工方案变更合理性研究

重庆某公路隧道为双向5车道城市隧道,洞口段穿越由城市建设回填土组成的松散岩堆体,左洞在施工过程中发生了冒顶事故,并出现了大变形、支护开裂、地表裂缝等不良现象。为探究事故发生原因,并验证变更后方案的合理性,首先,对原方案现场监测结果进行分析;在此基础上,采用FLAC3D软件进行数值模拟计算,并与现场监测结果进行对比,验证结果的可靠性;最后,分析不同施工方案所产生的洞周位移、支撑结构应力与塑性区等内容,得出以下结论:1)原方案采用三台阶七步法施工,支护未能及时封闭成环,变更后的施工方案能够有效控制围岩位移,且能够提高隧道洞周变形协调性。2)原施工方案中的初期支护存在明显的应力集中现象,最大拉压力超过结构容许值,同时围岩应力较大。通过对比发现,增大超前加固范围有助于减小初期支护所受的围岩压力、改善支护结构所受应力状态。3)变更后施工方案的土体受破坏区域小,变更后的施工方案能够减小隧道施工对周围环境的影响。该研究成果适用于松散岩堆体地层条件下隧道洞口段的开挖。     

浅埋偏压隧道洞口段施工地质灾害分析及处治

以山西某浅埋偏压隧道为依托工程,全面分析了隧道洞口段地质灾害的基本特性及形成机理,采用大型有限元软件对其施工过程进行了数值模拟分析,得出隧道洞口段支护结构受力及变形特性,提出了综合处治措施。研究结果表明:浅埋偏压隧道洞口段地质灾害主要为冒顶事故、坡面崩塌、初期支护开裂、钢拱架严重弯曲变形;其形成机理主要有地形地质条件、受力状态、气象因素、施工设计因素;隧道洞口段初期支护结构受力极不均衡,水平应力较大,右侧初期支护承受较大的围岩压力;采用地表覆盖封闭、增设临时支撑、反压回填、CD法施工、小导管注浆加固等措施可有效控制避免其施工地质灾害。研究成果可为类似工程的设计、施工提供技术支撑。