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。     

昔格达地层隧道围岩及初期支护变形规律研究

为探明昔格达地层隧道开挖过程中初期支护背后空隙注浆的时机以及预留变形量的大小,以成昆复线铁路昔格达地层隧道为背景,采用现场实测与统计分析的方法对昔格达地层隧道围岩和初期支护的变形规律以及预留变形量进行深入分析。研究结果表明:1)昔格达地层隧道上台阶开挖后初期支护与围岩间存在初始空隙,拱顶围岩与初期支护间的差异沉降为1~2 mm,受地质、埋深及施工等因素影响,中台阶开挖较易引起隧道塌方,建议中台阶开挖前对拱部初期支护背后的空隙进行注浆回填。2)昔格达地层隧道预留变形量可根据掌子面施工揭示围岩情况调整,若施工揭示的昔格达组以页岩为主,建议预留变形量设置为24~30 mm;若施工揭示的昔格达组以砂岩为主,建议预留变形量设置为118~123 mm。     

崤山隧道软弱围岩台阶法施工预留变形量预测原理及变形控制技术

为更加合理地设计隧道开挖预留沉降量,避免造成超挖过多增加衬砌混凝土量或初期支护侵限的问题,依据变位分配控制原理,采用数值模拟及现场监测数据分析等手段,分析软弱围岩台阶法施工时各工序施工对变形的影响程度,确定分步变形控制标准,根据分步变形控制标准建立相应的预警系统和应急工程措施,并依据分步实际变形量预测初期支护的最终变形量,为同一设计围岩等级下隧道预留变形量的动态设计提供指导。在崤山隧道台阶法施工工程中,成功地将初期支护变形控制在预留变形量之内,并动态设计下一循环预留变形量的大小,减少初期支护混凝土用量12.86%,可为隧道多步序开挖预留变形量的设计提供一定的借鉴意义。     

宝兰铁路苏家川大断面黄土隧道三台阶施工变形控制技术

为研究第三纪砂质黄土条件下的大断面隧道施工变形控制技术,以宝兰铁路大断面黄土隧道施工为依托,通过midas数值模拟软件对比分析不同仰拱封闭距离引起拱顶沉降实测数据,阐述大断面黄土隧道施工变形规律,以确定其合理的仰拱封闭距离为35 m;采用三台阶临时仰拱法,合理控制开挖步距:上台阶为0.6 m,中台阶和下台阶为1.2 m;辅以注浆小导管超前支护和锁脚锚杆加固等技术措施,达到了很好的变形控制效果,最大沉降控制为50~160 mm;通过分析不同隧道断面净空变形规律,总结第三纪砂质黄土地质条件下,大断面黄土隧道施工预留变形量可取120~160 mm。     

东天山隧道穿越断层破碎带初期支护变形分阶段控制标准研究

为解决东天山特长公路隧道穿越F2断层破碎带软岩大变形问题，综合采用理论分析、数值模拟、现场监测与统计分析等手段，开展隧道两台阶预留核心土法和三台阶法施工初期支护变形控制标准研究，并提出隧道初期支护变形分级预警方法。研究结果表明： 1）东天山隧道穿越F2断层破碎带的预留变形量选取60~80 cm能够满足施工要求。2）对于两台阶预留核心土法，上、下台阶开挖产生的初期支护变形占其总变形量的比例建议为60%、40%；对于三台阶法，上、中、下台阶开挖产生的初期支护变形占比建议为20%、65%、15%。3）当初期支护变形未超过预留变形量、超过预留变形量但未超过5%二次衬砌设计厚度、未超过10%二次衬砌设计厚度时，分别启动Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级预警。Ⅰ级预警时正常施工，Ⅱ级预警时采取控制开挖进尺和台阶长度、及时设立护拱、尽快封闭初期支护等处治措施，Ⅲ级预警时则进一步采用短台阶或微台阶法施工。     

层状岩体隧道变形特征及非对称支护研究

层状岩体隧道开挖后,围岩的变形破坏具有明显的非对称特征。文中以郑万(郑州—万州)高速铁路罗家山隧道为工程背景,对比分析台阶法和全断面法开挖时,有无支护条件下隧道拱顶沉降、仰拱隆起及水平收敛的变化规律;提出3种锚杆非对称支护方案并对其支护效果进行分析,得出最优方案。结果表明,不同工况下围岩的变形特征具有一致性,拱顶与仰拱变形较大处的连线与层理面接近于垂直,且拱顶变形呈现左大右小、仰拱变形呈现左小右大的非对称特征;将左侧拱部以上锚杆垂直于层理面布置能较好地控制围岩变形。     

马湾隧道浅埋偏压段初期支护变形原因分析及参数优化

为解决伏牛山地区浅埋偏压隧道开挖支护后初期支护大变形问题,从初期支护变形原因、主要的技术措施以及施工组织措施等方面进行研究,采用物探、钻探、试验段、监控量测、数值模拟等方法对初期支护变形原因进行深入分析,并与现场开挖揭示情况比对,得出原设计初期支护参数偏小是造成隧道初期支护开裂的主要原因。根据变形分析结论,在施工现场支护技术上,采用加大初期支护钢架型号、增加系统锚杆及初期支护背后注浆固结等支护措施;在施工组织措施上,遵循短台阶、短进尺、快封闭、仰拱衬砌适时跟进的原则组织施工。采用以上浅埋偏压隧道施工方法,能有效地控制初期支护变形,确保隧道施工安全。     

极软岩隧道沉降变形的控制措施

正在建设的阿尔及利亚东西高速公路中标段隧道围岩为极软岩和软岩,在隧道洞口极软岩的施工过程中,发生了严重的沉降变形.该文分析了隧道极软岩沉降变形的特点和原因,围绕隧道的沉降变形,介绍了中、法以及加拿大等众多隧道专家提出的变形控制措施,即增强初期支护强度和刚度、适当加大开挖预留变形量、在拱架接头处增加槽钢托梁和锁脚钢管桩、适时施工二次衬砌以及适当延长台阶开挖长度等.     

超大跨度隧道上台阶CD法中隔壁力学计算模型及施工力学行为研究

为研究超大跨度隧道分部开挖法施工中隔壁结构的施工力学行为,以山东滨莱高速公路改扩建工程双向八车道乐疃隧道为依托,基于初期支护钢架与中隔壁钢架之间的内力传递、变形协调及拱脚变位,将支护体系等效为支座可移动的三次超静定无铰拱-梁固接结构,建立了上台阶先导初期支护钢架-中隔壁钢架共同承载变位力学计算模型,采用理论分析、现场测试和力学模型计算相结合的方法,对超大跨度隧道上台阶CD法施工时中隔壁的力学行为进行分析。研究结果表明:拱顶沉降和周边收敛主要经历急剧增长、缓慢变形和趋于稳定3个阶段,且各变形值均小于设计预留变形量150 mm;受施工工序和结构约束条件变化的影响,钢架内外侧应力整体呈现出先急剧变化后逐渐趋于稳定的规律,各测点应力小于型钢屈服强度235 MPa;力学模型计算结果和现场实测数据的平均相对误差为12.6%,且规律基本一致;钢架轴力在上台阶施工过程中始终为受压,且最大值均在钢架拱脚处,受后导开挖影响,中隔壁钢架轴力增大,初期支护钢架轴力减小;先导开挖时钢架弯矩大部分部位为正,拱顶部位为负,受后导开挖影响,中隔壁钢架正弯矩值及正弯矩区域减小,同时初期支护钢架正弯矩区域减小,钢架拱脚附近弯矩出现负值;钢架结构整体处于偏心受压状态,受后导开挖影响,中隔壁钢架和初期支护钢架小偏心受压区域均发生移动,且两者钢架小偏心受压长度占比增大。     

蒙华铁路万荣隧道粉细砂地层施工关键技术

针对蒙华铁路万荣隧道在穿越粉细砂地层施工过程中遇到的掌子面溜坍、超前水平旋喷桩间不咬合易漏砂、初期支护钢架直接立于松散砂层上导致沉降变形大等影响工程质量、威胁施工安全的主要问题，采用阶梯法开挖支护施工技术，周边旋喷桩帷幕超前支护；在格栅钢架拱脚增设钢垫板以扩大拱脚受力面积，增加钢架的稳定，减小因拱脚砂层松动引起较大的沉降变形；利用长仰拱栈桥施工仰拱，使仰拱结构封闭成环距掌子面距离不大于20 m，二次衬砌距掌子面距离不大于50 m；采用高压水喷雾器提高空气湿度，防止粉细砂层水分散失，降低其自然稳定性；并通过初期支护背后回填注浆补强等技术措施，有效防止溜坍，将沉降变形控制在5 cm以内。现场施工结果表明，上述施工技术措施有效地保证了万荣隧道穿越粉细砂地层的施工质量和施工安全。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

隧道下穿高速公路施工引起的道路变形分析

隧道下穿高速公路或铁路是隧道建设中的技术难点之一,因设计或施工不当引起的路面变形甚至坍塌,将会导致巨大的经济损失和不良的社会影响。文中以杭州市第二水源千岛湖配水工程为背景,结合隧道在不中断路面交通情况下穿越S305省道的工程特点,采用有限元软件PLAXIS 3D对该标段的开挖进行数值模拟,研究隧道下穿高速公路施工引起的围岩、路面变形机理。通过对开挖过程中不同交通荷载工况下的地层扰动情况进行对比分析,得出交通荷载-地层变形的关系,并进一步探究一般交通荷载工况下的地层变形规律。利用建立的有限元模型对不同的支护方案进行计算分析,对比加固效果,优化支护参数,确定施工工艺,并与施工期间的现场监测值对比,发现结果基本接近。研究表明:随着交通荷载的增大,路面最大沉降和拱顶最大沉降均呈先缓慢增长,后快速增长的趋势;粉砂岩地层采用全断面开挖的施工方法以及自进注浆锚杆和注浆小导管超前支护相结合的加固方式,在有效控制沉降变形的同时,还能加快施工进度,可供类似工程借鉴。     

公路隧道施工变形监测精度要求探讨

隧道周边收敛和拱顶下沉监测是判断围岩支护效果、二次衬砌施作时间、隧道动态信息化设计与施工以及保证隧道施工安全的重要措施。现有JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》对隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求为0.1 mm,明显高于铁路隧道施工和基坑工程变形监测0.5~1.0 mm的精度要求,且公路隧道的实际监测精度很难达到规范规定的精度要求。总结现有公路隧道、铁路隧道和其他规范的具体监测内容和要求,结合现有隧道施工监测仪器的精度技术指标,参照隧道设计规范规定的预留变形量、隧道施工阶段变形监测统计结果和基坑工程监测规范的精度要求等,建议将公路隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求修改为0.5~1.0 mm。0.5~1.0 mm的监测精度要求可以保证公路隧道的施工安全,促进高精度全站仪等非接触量测方法和仪器在公路隧道施工变形监测中的应用和推广,提高公路隧道施工变形的监测效率,避免因达不到JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》规定的监测精度要求而引发的监测数据造假现象。     

基于离散单元法的软岩隧道施工过程数值模拟与围岩变形分析

以震后重建工程S302线大马庄隧道为工程实例,采用通用离散元程序UDEC建立平面弹塑性模型,进行了隧道施工过程数值模拟,得到了某一指定横断面上各监控点的全断面开挖围岩变形量及其变化规律,并与实际现场量测数据对比,发现模型计算所得量值与实测量值能较好地吻合。同时采用UDEC程序对该断面进行了台阶法开挖模拟,模拟结果表明分部开挖可有效减小拱顶沉降量和水平位移量,抑制底拱部隆起,且围岩变形主要发生在上台阶开挖阶段,及早闭合临时仰拱可有效减少围岩变形。离散元程序可根据现场情况模拟围岩变形规律,并可结合实测数据对施工提出修改和指导意见。     

偏压连拱隧道围岩变形的现场监测与分析研究

结合宜(宾)水(富)高速公路鞋底坡双连拱隧道施工过程,通过对偏压连拱隧道的围岩变形进行现场监测与分析,获得了隧道围岩在地层偏压条件下。各施工阶段的地表沉降、拱顶下沉和水平收敛情况,有效地控制了隧道围岩变形。通过对量测结果的对比、分析得出：在偏压连拱隧道施工过程中,隧道初期支护变形整体由左洞向右洞方向偏移;对隧道围岩变形影响最大的工序发生在隧道旌工由单侧过渡到双侧施工时。在施工过程中偏压连拱隧道的现场测试与分析,不仅为隧道的支护体系设计优化提供依据,而且还可以指导隧道现场施工,所得的数据和结论可为同类隧道的设计,施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

地铁深基坑施工对邻近隧道的变形影响分析

为研究地铁深基坑邻近隧道施工时既有隧道的受力与变形特性,以南京地铁9号线管子桥站基坑工程为背景,通过三维有限元分析,研究基坑开挖引起的既有隧道的受力与变形特性,计算结果表明：地铁基坑开挖引起的既有隧道最大沉降值为7.32 mm,最大水平位移为5.74 mm,隧道变形满足相关规范要求;隧道主体沿Y方向和Z方向产生的位移远大于沿X方向产生的位移;基坑开挖时,隧道敞开段与暗埋段会产生沉降差异,施工时应采取相应措施控制沉降差。     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。     

成兰铁路茂县隧道大变形特征及施工技术

针对成兰铁路茂县隧道斜井和正洞挤压性大变形段采用常规控制措施未取得预期效果的问题，从软岩隧道大变形特征和施工技术手段入手，提出锚杆工艺改进措施，并对斜井变形情况、正洞锚杆工艺改进前后隧道变形和施工工期进行分析。结果表明： 1）大变形段水平收敛变形突出，变形时间长、速率大，斜井部分断面变形跳跃式增长； 2）斜井段变形量受断面形状影响最大，变形速率受开挖尺寸和埋深的影响最为明显； 3）锚杆施工质量对大变形控制起关键作用，可从用水量、成孔质量、水灰比和注浆方式等方面对锚杆施工工艺进行改进； 4）锚杆施工工艺调整后，段落平均变形值减小32.11%~58.86%，左右洞工期速度分别提升约172.73%和77.23%。