大断面黄土隧道台阶法施工数值模拟研究

针对新建忻州隧道工程,运用有限元通用软件ANSYS,对大断面黄土隧道采用台阶法施工的过程进行数值模拟,探讨了采用台阶法施工隧道的围岩、初期支护及二次衬砌应力场和位移场随施工步的变化规律。在此基础上,研究了隧道初期支护、二次衬砌的支护效果以及隧道开挖对已施作初期支护受力及变形的影响。结果表明:①隧道施作初支有利于降低地层压应力,减小隧道变形;施作二衬能有效降低地层和初支的主应力,对隧道变形影响不大;②隧道的进一步开挖将导致已施作初支的压应力及位移值增大,使初支处于更危险的状态。     

基于颗粒流的砂卵石隧道围岩变形机理研究

砂卵石围岩可视为离散颗粒的集合,颗粒微观的力学参数会影响到宏观中围岩的物理力学参数,导致力学行为的变化。为解决松散砂卵石地层隧道在施工开挖过程中硐室变形量大、局部漏砂严重且支护体破坏严重的难题,基于颗粒流离散元理论并结合现场实测,分析研究了砂卵石地层侧边竖直临空面及底部水平临空面的自稳能力,并进一步模拟研究砂卵石地层圆形洞室开挖及支护过程的颗粒流响应特征。结果表明,推荐砂卵石地层开挖形成的侧边竖直临空面高度应小于2m,并在2h内施作完成支护结构;当底部临空面孔径超过1cm后,砂卵石地层完全失去自稳能力,应封堵临空面,防止持续漏砂;推荐拱部施作超前支护并采用5m开挖高度,可使超前支护应力最小且不发生破坏,拱顶沉降和地表沉降均为最小。     

基于围岩压力及结构力学特征测试的隧道初期支护时机探讨

台阶法施工的隧道工程,上台阶的开挖支护是关键工序,其施工效率影响整个隧道施工的进度。因此,以黔张常铁路吴家边隧道为依托,基于现场测试结果,对Ⅳ级围岩隧道上台阶的开挖进尺和初期支护时机进行了探讨,重点研究了不同开挖进尺和初期支护时机工况下围岩压力的变化特征、初期支护的内力演变特征及其安全性。通过研究得到:Ⅳ级围岩地段上台阶开挖进尺最长可到6 m,再进行相应的支护体系施作,可提高机械设备的工作效率,加快施工进度;支护结构在刚度相同的情况下,结构内力按时间分配;二次衬砌基本不承担围岩压力,只是作为安全储备。     

某软岩隧道变形规律和二衬最佳支护时机选择研究

中和村隧道工程地质情况复杂,施工难度大,围岩级别为Ⅴ级,以全～强风化泥岩为主,隧道周边岩体自稳能力弱,需提前施作超前支护,初期支护须及时支护,以免产生过大的塑性变形,从而影响二次衬砌的正常施工,甚至出现工程事故。大变形软岩隧道的围岩变形规律与普通硬岩隧道的变形规律大不相同,而在变形-空间-时间效应复杂多变的情况下,隧道二次衬砌最佳支护时机的选择非常重要。该文通过对围岩蠕变特性的理论-位移公式计算和现场监控量测数据的回归分析,得出了该隧道围岩变形规律和二次衬砌最佳支护时机的参考范围。     

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d^-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d^-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d^-1,边墙收敛小于0.6mm·d^-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55 d,55~60 d和80~90 d后达到二次衬砌施作标准。     

初衬与二衬时间间隔较长的危险和应对措施

以辽宁红沿河核电厂取水隧洞为工程背景,对受开挖进程、二次衬砌断面形式限制而导致的隧道初期支护和二次衬砌施作时间间隔较长可能造成的危险进行了分析,对由此引发的问题提出了回填注浆、系统锚杆加固等初期支护补强措施。     

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。     

松散地层隧道预加固技术

为明确砂卵石隧道变形破坏特征,科学合理地提出松散地层公路隧道修建最佳预支护方案,基于数值计算,分析了目前常用的超前支护方式及加固效果,明确适用于砂卵石隧道的加固措施并重点分析合理的参数取值。结果表明:超前短管棚注浆对围岩变形控制效果最好,从初期支护内力和二衬应力来看,超前短管棚注浆超前支护方案固砂效果明显,虽工艺较复杂,会延滞工期,仍可作为松散地层超前支护推荐方案,确保支护效果与施工安全。     

深埋高水位山岭隧道支护与衬砌外水压力分析

为保护环境并尽可能降低隧道衬砌结构所承受的水压力,深埋高水位山岭隧道一般采取堵水限排的设计原则。在隧道力学和渗流力学的基础上进行数值分析和模型试验,研究渗流应力耦合作用下支护和衬砌的力学特性。研究结果表明:对于受排水影响明显的山岭隧道,作用于初期支护上的水压力不会随排水条件的改变而发生显著变化。当排水通道从围岩与初期支护的界面转变为初期支护与二次衬砌的界面后,会导致孔隙水压力从初期支护向二次衬砌转移,初期支护产生卸载并朝向围岩变形。隧道有效排水时,二次衬砌承受的水压力可忽略。随着排水系统退化导致排水受阻时,地下水流梯度逐渐下降,有效径向应力逐渐下降,朝向隧道的径向流量减少,且围岩变形减小,二次衬砌上的水压力增大。本研究为深埋高水位山岭隧道的初期支护和二次衬砌的初步设计提供了一个合理的方法,并有助于确定地面、水和支护间的荷载传输机制。     

多因素作用下隧道衬砌内力随时间变化规律

针对隧道初期支护和二次衬砌施作间隔时间短的工程特点,为掌握类似条件下衬砌受力变化的规律,分析二次衬砌钢筋轴力监测数据及相应的施工工况,研究隧道开挖、围岩蠕变、隧道衬砌刚度等因素对二次衬砌钢筋轴力变化的影响,如二次衬砌钢筋轴力变化曲线可分为2个明显的双曲线变化阶段：第一阶段主要受隧道开挖和隧道衬砌刚度的影响,围岩蠕变明显,在其作用下二次衬砌钢筋轴力明显增加,且轴力变化至少在1年后才趋于稳定,第一阶段大约持续33d,此阶段隧道衬砌刚度基本形成,而后二次衬砌钢筋变化进入第二阶段;第二阶段变化主要受围岩蠕变的影响。     

石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征研究

为分析石膏质岩隧道衬砌结构置换施工后的受力特征,依托杜公岭隧道病害处治工程实例,在隧道病害处治施工阶段和运营阶段对6个不同病害现象的典型断面新置换衬砌结构的初期支护变形、初期支护钢架应力、初期支护-围岩接触压力、初期支护-二次衬砌接触压力等进行为期2.5年的现场测试。测试结果表明:在新置换初期支护单独承载的3~5个月时间内,初期支护的变形速率和变形量均较小,其中5个测试断面的拱顶沉降和周边收敛量最大,其分别为6.8,6.4mm;新置换初期支护钢架应力较小并且在二衬浇筑后较短时间就达到稳定状态,其中64处测点(总计72处)应力小于100 MPa;边墙芯样发现石膏、硬石膏成分的断面在二次衬砌浇筑后的26个月内,其边墙或拱顶测点的初期支护-围岩接触压力和初期支护-二次衬砌接触压力仍有明显变化,其中个别测点经过10~20个月才能达到峰值,另有个别测点在3~8个月到达峰值后受干湿交替环境影响会出现变化;综合分析认为,杜公岭隧道衬砌结构主要受到围岩中硬石膏的膨胀作用,石膏的吸水软化作用不明显,其围岩压力具有缓慢发展的特点,新置换二次衬砌承担了主要的围岩压力,新置换初期支护安全性较高;建议石膏质岩地层隧道二次衬砌不宜过早施作或者初期支护与二次衬砌间设置缓冲变形层,以充分发挥初期支护的承载力、减小二次衬砌承担的围岩压力。     

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。     

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。     

砂卵石地层隧道洞内短管棚支护开挖技术应用研究

砂卵石地层自稳能力极差,采用常规管棚施做时开挖工作腔室难度大,造成隧道开挖、支护困难,因而砂卵石地层隧道施工的重点和难点集中在超前支护方法与钻孔工艺。以青海海东循-隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程背景,针对松散砂卵石隧道在开挖过程中极易坍塌和漏砂的技术难题,在常规的管棚支护加固基础上,创新提出砂卵石地层条件下洞内密排短管棚超前支护施工技术,经现场应用支护开挖效果显著,保证了隧道的顺利贯通。本文重点阐述了砂卵石地层隧道洞内短管棚支护开挖技术的施工工艺及关键技术,对后续类似隧道的施工具有重要借鉴意义。     

马王槽右线一号隧道进口段大跨偏压浅埋施工技术研究

本文根据重庆市梁万高速公路马王槽右线一号隧道进口段大跨偏压浅埋段施工过程中存在的问题，具体探讨了大跨偏压浅埋公路隧道的施工技术，研究了隧道整体式衬砌与新奥法（ＮＡＴＭ）施工新技术之间在初期支护和二次衬砌施作时机上的关系，解决了正确处理隧道浅埋偏压洞口段施工技术，今后为类似隧道的施工积累了经验。     

基于变形稳定时间统计的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机研究

为获取挤压性围岩隧道二次衬砌施作时间，使二次衬砌施作可操作性更强，以变形速率限值为基础，对412个挤压性围岩隧道断面变形量测数据进行拟合和统计分析，得出不同变形等级的变形稳定时间范围值和施工期分阶段二次衬砌施作时机预测方法。具体结论为： 1)提出了基于变形速率判据的变形稳定时间预测方法，通过最优指数函数曲线拟合，实现稳定阶段变形量u稳和最终稳定时间t′稳的预测； 2)通过统计分析，确定了不同变形等级、不同跨度条件下变形稳定时间t′稳范围值，用于设计阶段初步拟定二次衬砌施作时机； 3)提出了施工期二次衬砌施作时机分阶段预测方法，根据实测20、30、40 d和稳定时的相对变形，可实现分阶段预测最终变形稳定时间； 4)经实测变形数据检验，采用二次衬砌施作时机分阶段预测方法所得预测结果可被工程所接受； 5)以分阶段变形稳定时间t′稳为判别指标的挤压性围岩隧道二次衬砌施作时机预测方法，可操作性强，能避免以变形速率为判别指标时的操作困扰，可直接服务于工程实践。     

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。     

关于大变形隧道处理方案的探讨

结合汝郴(汝城-郴州)高速公路某隧道工程实例,分析了碳质片岩的工程特性,通过对比分析,从开挖方式选择与开挖施工技术优化、初期支护和二次衬砌施作等方面提出了大变形隧道的处理措施.     

深埋高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机研究

为充分发挥围岩的自承能力,隧道初期支护一般采用具有一定变形能力的柔性支护,当围岩的变形达到一定值时再适时地施工二次衬砌,因此二次衬砌的支护时机成为目前隧道界讨论的热点。高地应力软岩隧道开挖过程不仅会产生明显的弹塑性变形,且还会产生明显的流变变形,因此隧道最佳支护时机的确定必须考虑隧道开挖过程时空效应的影响。文中依托宜巴高速峡口隧道实际支护情况,探讨高地应力软岩公路隧道衬砌支护时机。     

火烧沟隧道坍方处理

本文介绍兰武二线火烧沟隧道DK194+242-220左侧坍方处理施工方法及实施效果。其主要处理措施为:加强坍腔两侧初期支护,加固支护右侧通道;先由里向外强支护,作护拱,形成稳定初期支护至衬砌侧,再由外向里施作二次加强衬砌通过坍方段。