管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析

为了研究管棚预支护对隧道开挖面稳定性的影响,从塑性极限分析机动学方法出发,利用土的强度折减系数概念,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,由此确定开挖面稳定系数及其相应的潜在破坏模式.结合实际工程,采用该方法计算得到的开挖面极限支护压力与有限元强度折减法的计算结果吻合较好,验证了本文方法的合理性.进而研究了隧道埋深、隧道洞径及围岩条件对开挖面稳定性的影响,分析了上述因素与开挖面极限支护压力及稳定系数的关系.对有无管棚预支护隧道开挖面稳定性分析表明:在软弱地层、大跨洞径等条件下,管棚预支护能有效提高开挖面稳定性.     

考虑流-固耦合效应的异形盾构开挖面稳定性极限分析

为有效评估含水地层异形盾构隧道开挖面的稳定性,解决异形盾构隧道开挖面稳定性预测和控制等关键问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了主动破坏模式下含水地层中异形盾构隧道开挖面发生失稳破坏的演化过程以及开挖面极限支护力的确定方法。运用FLAC3D有限差分软件,建立了考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面主动破坏数值模型,通过FISH语言编程提取了异形隧道开挖面附近地层的孔隙水压分布。基于空间离散化技术和极限分析上限定理,采用线性插值方法计算了异形盾构隧道开挖面附近地层渗透力做功率,建立了含水地层考虑流-固耦合效应的异形盾构隧道开挖面稳定性分析模型,揭示了断面形状、地层参数、地下水位等因素对隧道开挖面极限支护力和三维破坏模式的影响规律。研究结果表明：流-固耦合情况下的地层孔隙水压力要明显大于单渗流情况下的孔隙水压力;隧道开挖面附近的孔隙水压力梯度明显大于其他区域;在同等工况下,矩形、五心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较大,椭圆、三心马蹄形隧道开挖面的极限支护力相对较小;各断面形状下的隧道开挖面的极限支护力随黏聚力、内摩擦角和地下水位的增大而增大;随耦合时间的增大极限支护力先是不断增...     

高水位条件下盾构隧道开挖面稳定性数值模拟

通过考虑渗流影响的三维有限元数值模拟,对高水压条件下盾构隧道开挖面稳定性进行研究,获得开挖面破坏模式和极限支护压力。研究结果表明：开挖面前方土体破坏面倾角随水位增高而逐趋平缓,总极限支护压力与水位高度呈非线性关系,且其斜率随水位增高而增大;在水位高度一定时,隧道埋深越小,渗流力对开挖面破坏模式和极限支护压力的影响越大。     

浅埋双连拱隧道进洞口管棚预支护参数分析

复杂地质条件下浅埋双连拱隧道围岩压力通常是不对称的,特别是隧道围岩十分软弱时更为明显。偏压作用对于围岩的稳定性产生较大影响。采用三维弹塑性有限差分方法分析偏压双连拱隧道的管棚预支护作用。管棚效能的发挥不仅与其自身的参数设计及选择有根本关系,而且也与地层参数和隧道结构参数密不可分。针对该隧道的地质条件和管棚设计要求,对钢管环向间距、钢管直径、管棚在围岩中的剩余长度、管棚力学模型、开挖进尺长度5个方面影响因素进行分析,得出偏压双连拱隧道管棚应采用不平衡设计的结论。     

隧道管棚预支护的力学行为及参数优化

基于Pasternak弹性地基梁理论对管棚预支护体系的力学行为进行分析,并与现场测试数据进行对比验证;同时,对不同管棚长度、钢管直径及搭接长度条件下管棚的加固效果进行了分析。结果表明:Pasternak模型能较好地反映管棚在隧道开挖过程中的真实力学行为;管棚的临界长度约为1.5倍开挖高度,当管棚长度超出临界长度后,其对控制开挖面稳定及地层变位的效果不太明显;当钢管直径超过159 mm时,钢管直径的增加对控制开挖面顶部围岩的变形意义不大,目前工程中采用108~159 mm的钢管直径是适宜的。     

超孔隙水压力对盾构隧道极限支护力影响研究

为探究盾构施工时地层中超孔隙水压力的变化、空间分布特征及对盾构开挖面极限支护力的影响程度,以提出泥水压力设定建议,依托大直径过江盾构隧道工程,并基于现场测试数据,对泥水盾构在富水粉细砂地层中施工引起的孔隙水压力空间分布及变化规律进行分析,运用极限平衡法求解有约束的非线性函数,计算分析超孔隙水压力对盾构隧道极限支护力的影响,并提出修正的极限支护力计算公式。研究表明:1)盾构施工时,孔隙水压力扰动区大致为开挖面前方2倍的开挖直径及开挖面两侧1.5倍开挖直径,且越靠近开挖面,扰动程度越大; 2)富水砂层中开挖面主动破坏极限支护力的设定,受盾构掘进引起的孔隙水压力变化影响较大,应适当提升泥水舱压力,或采用全泥水平衡模式保持开挖面稳定,以减小对孔隙水压力的扰动范围及扰动程度。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

穿越紧邻隧道时盾构开挖面稳定性分析

当盾构近距离穿越邻近隧道时,由于存在既有隧道的刚度约束,隧道周围土体的破坏模式会受到既有隧道影响。考虑盾构近距离穿越紧邻已有隧道的特殊施工形式,构建三维弹塑性有限元计算模型,分析盾构处于不同位置时其开挖面失稳破坏形态、开挖面支护压力与盾构掘进位移之间的关系以及隧道上方地表沉降规律;基于极限平衡法,推导盾构近距离穿越紧邻隧道时开挖面极限支护压力变化模式,并对相关参数的敏感性进行验证讨论。研究结果表明:既有隧道的存在使得破坏区域受到抑制,沿开挖方向两滑动面不对称,靠近既有隧道的滑动面张开角比另一滑动面张开角小;随着楔形体倾斜角增大,相同内摩擦角条件下的开挖面支护压力不断增大,同时由于盾构掘进产生的土拱效应和盾构开挖面上方既有隧道的刚度约束,随着内摩擦角的不断增大,开挖面支护压力呈先增大后逐渐减小的抛物线形变化;相同参数条件下,盾构在黏性土层中掘进时,由于黏性土层中产生的土拱效应较弱,所需提供开挖面稳定的支护压力略大,开挖面支护压力较盾构在砂性土层中掘进时略大,随着埋深比的增加,维持盾构开挖面稳定的极限支护压力逐渐增大,且随着内摩擦角的增大,开挖面极限支护压力相应增大。研究成果可为类似盾构隧道工程建设提供一定的理论参考。     

考虑孔隙水压力影响的深埋盾构隧道开挖面稳定性分析

对均质土体中开挖的深埋盾构隧道,基于对数螺旋破坏机制和线性Mohr-Coulomb强度准则,将孔隙水压视为作用在土体骨架上的外力,采用极限分析法推导了其开挖面支护力的表达式,依据"穷举法"原理并编制数值优化程序,求得了特定参数下盾构隧道开挖面的上限解,最后分析了支护力随各参数的响应规律。研究结果表明:孔隙水压力系数、地下水位高度、隧道洞径和土体重度的增加不利于开挖面的稳定,而黏聚力和内摩擦角的增加则对开挖面的稳定性起有利作用。该计算方法能快速获得富水风险地区稳定隧道开挖面所需的支护力和潜在破坏范围,对风险地区的盾构隧道施工与事故防治具有一定参考价值。     

上软下硬复合地层盾构隧洞开挖面稳定性研究

为研究上软下硬复合地层盾构隧洞开挖面破坏形式、确定开挖面极限支护力最小值,引入弹性模量比的概念,利用数值模拟技术研究开挖面前方上下土(岩)层弹性模量比对开挖面破坏的影响;对三维梯形楔形体模型进行改进,基于刚体极限平衡原理,提出考虑孔隙水压力条件下的部分梯形楔形体模型,并将该计算模型应用于实际工程中;对比Terzaghi松动土压力理论和三维松动土压力理论对极限支护力计算结果的影响。结果表明:1)开挖面前方上下土(岩)体弹性模量比对开挖面破坏有一定影响; 2)提出的部分梯形楔形体模型计算结果与数值模拟结果吻合较好; 3)采用三维松动土压力理论计算盾构隧洞开挖面上覆土压力,和部分梯形楔形体模型计算上软下硬地层盾构隧洞开挖面极限支护力最小值相对可靠。     

松多隧道路线方案设计综述

为解决西部地区交通建设中隧道资金、运营费用高的难题,以松多隧道工程为背景,采用资料调研、定量分析、经验总结等方法,通过分析隧道建设条件、环境,解决隧道洞侧碎石土边坡稳定问题、碎石土进洞困难及碎石土洞顶地表沉降问题,以安全、经济选线为根本原则,对不同隧道长度的方案进行综合论证,提出以抗滑桩设计方案、超前长管棚和地表注浆加固等施工技术消除不良地质对隧道安全的影响,以安全可靠、经济合理的不良地质处治置换隧道长度的方式,缓解交通建设资金投入压力以及隧道运营资金的压力。     

软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果,采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固4种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明:1)水平旋喷桩和管棚2种工法中,水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著;2)管棚预加固工法控制地表沉降的能力较强;3)管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛,掌子面水平位移性能突出,管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小91.3%,拱顶沉降减小76.2%,拱脚收敛减小76.3%,其地表最大沉降值为2.7 mm,拱顶最大沉降值为25 mm,拱脚最大收敛值为4mm,最小收敛值为-9.4 mm,加固效果明显。     

基于FLAC3D软弱围岩隧道管棚预加固措施研究

以峨眉至汉源高速公路某隧道为依托,基于三维有限差分软件FLAC3D,建立数值模型,对管棚预加固支护体系进行模拟分析。结果表明:管棚预加固支护体系对控制围岩变形有较好的效果,但不同的管棚长度和角度加固效果差别不大;管棚长度和角度越大,挠度越大,整个预加固支护体系及隧道支护结构体系安全性越低;结合经济性和安全性综合考虑,管棚加固长度宜控制在20 m左右,仰角约为2°。     

富水砂卵石地层盾构隧道穿越铁路咽喉区道岔群技术研究

为确保国内首例富水砂卵石地层盾构隧道穿越铁路咽喉区道岔群工程顺利实施，通过工程类比、数值计算与现场监测数据分析相结合的手段，基于列车通过速度与道床形式，提出道岔区道床与轨道变形控制标准（≤1 mm/d），在道岔区纵横抬梁无条件实施的情况下，提出超长大管棚超前预支护、既有人行通道加固与跟踪注浆以及盾构保压与天窗期分段掘进等一系列主动控制措施。实践结果表明： 1）顶进工艺、钻头刚度与导向控制是密实砂卵石地层高精度超长大管棚施工工艺的关键技术； 2）对既有铁路下方人行通道加固，可起到纵向大刚度挑梁的作用，在通道两侧设置的袖阀管跟踪注浆，可有效补偿盾构掘进引起的地层损失与施工扰动位移； 3）在土舱压力与掘削面稳定得到保障时，天窗期盾构分段掘进的不利影响可以得到控制。     

浅埋大跨连拱隧道下穿既有建筑物施工沉降控制

根据工程类比法,采用CRD法优化厦门机场下穿34号楼隧道工程施工步骤。借助数值分析方法,分析既有建筑的沉降规律;根据现场实测及数值模拟结果,提出超前注浆、地面硬化及补偿抬升注浆、洞内全断面帷幕注浆、大管棚超前支护等多种施工辅助措施控制沉降,结果表明施工过程既有建筑结构沉降得到有效控制,最终沉降量小于40mm。     

基于上限分析与随机响应面法的盾构隧道掌子面可靠度研究

为更全面准确评估孔隙水压力作用下盾构隧道掌子面的稳定性，提出一种基于极限分析原理的双对数螺旋线破坏机构为确定性模型，结合随机响应面原理的可靠度分析方法。该方法以孔隙水压力系数表示地下水引起的孔隙压力变化，通过上限分析得到隧道掌子面的安全系数； 运用拉丁超立方技术对安全系数进行抽样，建立基于Hermite多项式展开的近似极限状态方程，在验证响应面有效性的基础上，进一步采用蒙特卡洛模拟法获取隧道掌子面失效概率特征。利用该方法分析了土体参数变异性、地下水位以及支护力对掌子面失效概率的影响，并将其应用于湘江隧道掌子面的可靠性研究中。结果表明： 该方法可以有效地评估隧道掌子面的可靠性，并可为隧道掌子面支护力的选取提供理论参考。     

注浆压力作用下隧道围岩变形规律与安全控制

注浆是隧道围岩加固与涌水封堵的主要技术手段,当围岩较为破碎且自稳能力较差时,注浆过程中若采取了不合适的注浆压力,极易造成围岩大变形甚至塌方等次生灾害。基于渗流-应力耦合理论,选取典型隧道开挖断面,建立注浆作用下渗流场与应力场数学模型,运用COMSOL多物理场耦合软件分析注浆过程中注浆压力作用下隧道围岩的变形规律。结果表明,围岩等级为Ⅴ时,注浆过程中注浆压力不断向隧道周围地层中扩散与传递,渗流场、应力场分布随注浆孔深度增加呈现衰减趋势; 随着注浆压力的提高,应力发生急剧变化,并不断地向围岩深部转移; 注浆初期,围岩变形速率急剧上升,注浆后期围岩变形速率下降,且变形量趋于稳定。依托具体工程实例,提出了合理选择注浆压力的控制技术,保证了围岩的稳定和安全。     

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现：超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明：超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比（27.8%、28.1%）非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。     

浅埋湿陷性黄土隧道下穿民居施工技术

在兰渝铁路黑山隧道出口湿陷性黄土浅埋段下穿民居施工中,综合考虑湿陷性黄土的变形特性,以控制地表沉降变形、保证施工安全为主要目的,采用中管棚配合小导管超前预支护,使用双侧壁导坑法开挖,加密型钢架加强支护,通过围岩监控量测动态调整支护参数,并配套采取初期支护增设套拱、初期支护喷射混凝土变更为模筑(吊模)C45混凝土、增设锁拱锚管等措施,安全顺利通过下穿民居段。     

大管棚超前支护技术在南山隧道岩溶处理施工中的应用

阐述超前大管棚支护设计与施工在南山隧道岩溶处理过程中的应用,重点介绍大管棚支护的施工工艺、安全措施及效果评定等。工程实践表明,以大管棚为超前预支护的方法在充填型岩溶处理中是有效的,其成功经验对后续工程有指导作用。