某公路隧道塌方原因分析及处治方案研究

以某高速公路隧道塌方案例为依托,对该隧道塌方原因进行分析,并通过数值模拟手段分析软弱围岩隧道台阶法施工中台阶长度及下台阶开挖支护时机对隧道围岩稳定性的影响,分析结果表明:软弱围岩隧道台阶法施工中应采用短台阶法施工,下台阶开挖时应立即施作支护,以抑制洞周围岩变形及塑性区的发展,避免围岩失稳、崩塌。并结合工程情况,提出采用多循环管棚注浆方案通过塌方段,为类似工程提供参考。     

侧部既有溶洞隧道围岩稳定性分析

318国道利川绕城段毛坝沟隧道,围岩节理裂隙较为发育,部分区段出现溶洞、溶腔等不利于围岩稳定的不良地质。本文以该工程为依托,通过FLAC3D建立数值计算的三维模型,同时结合现场监测数据,对比分析隧道开挖过程中的围岩稳定性。结果表明:靠近溶洞断面洞周围岩变形相对较大(拱顶沉降值为6. 3mm),随着监测断面远离溶洞区,变形值逐渐减小(拱顶沉降值为3. 3mm),整体上围岩变形均处在安全合理的变形区间内且与监测结果较为吻合。靠近溶洞断面的拱顶、拱底受力表现为受拉并出现小范围拉伸塑性区,施工中应加强该位置的支护和监测。     

超大断面小净距隧道应力场演化研究

近年,对于超大断面小净距隧道应力场演化过程问题,国内外学者都进行了深入研究,并取得了实质性成果。该文综合考虑济南市东南二环绕城高速公路大岭隧道进口净距较小、埋深较浅等特点,选取大岭隧道进口段作为研究对象,借助Ansys、Auto CAD等软件,基于有限差分软件FLAC3D,构建了大岭隧道进口段的三维模型,开展了超大断面小净距隧道全工序施工数值模拟工作,对比分析了超大断面小净距隧道分别采用CD法及台阶法施工过程中隧道围岩变形规律,探究了CD法施工过程中隧道围岩塑性区分布及应力演化情况。模拟结果表明:采用CD法和台阶法施工时,隧道开挖破坏了隧道原有应力分布状态,导致拱顶围岩均出现较大速率的位移沉降量。其中,采用CD法施工时隧道围岩整体变形相对较小,但是横撑的拆除引起隧道围岩变形、应力的突变,易出现塌方等事故,需加强支护。此外,综合考虑超大断面小净距隧道采用CD法施工过程中先行洞与后行洞之间的相互影响作用,研究了隧道围岩塑性区时空效应及其应力演变过程,研究结果可为超大断面小净距隧道施工及隧道围岩力学稳定性评价提供参考。     

穿越泥石流冲沟隧道施工关键技术研究

以绵九高速公路甘沟隧道工程为依托,基于现场资料建立数值模型进行模拟,并依据数值模拟结果及现场监测变形数据对洞口段施工关键技术进行优化;将优化后的数值模拟结果与原施工技术下的结果进行对比,探究穿越泥石流冲沟隧道洞口段较好的施工技术。结果显示:原有施工技术下穿越泥石流冲沟隧道开挖时,拱顶累计沉降、周边累计收敛变形以及地表累计沉降均较大;而施工技术优化后的数值模拟结果显示围岩变形及受力均有较大幅度下降。由此可见:采用单层小导管并结合帷幕注浆的联合超前支护方式以及三台阶开挖工法后,围岩变形及受力较好。     

浅埋大跨度隧道施工方法的比选与应用

结合京珠复线长湘高速公路三车道隧道工程,采用数值模拟对双侧壁导坑法、三台阶法施工隧道围岩和支护系统变形及受力特点进行对比分析,并结合现场施工应用情况,对比分析两种工法的优缺点。研究结果表明,双侧壁导坑法施工在控制围岩变形及地面沉降方面优于三台阶法,且产生的围岩塑性区较小,但两种工法施工均能满足围岩及支护稳定性的要求;三台阶法在施工进度、资源利用、造价、工序转化及施工难度方面具有优势,长沙地区浅埋大跨度隧道采用三台阶法施工,可以保证施工的安全、快速、高效。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

大断面隧道三岔口段施工技术及围岩变形规律

隧道斜井进入主洞三岔口段断面大、受力复杂、施工难度大,是长大隧道施工的关键。三岔口将隧道分为多个施工作业段同时施工,缩短了工程的工期,加快了隧道的整体施工进度。某山岭隧道斜井进入主洞处三岔口采用台阶扩挖法。斜井末端采用上下台阶,从上台阶向上挑挖4.2 m确定导洞高度,继续向前扩挖至对侧主洞边墙轮廓线完成导洞施工。主洞采用三台阶法,按照上台阶5.3 m、中台阶3.59 m、下台阶3.31 m依次向进口和出口方向开挖。三岔口段主洞断面面积92.1 m~2,为大断面隧道。大断面隧道的跨高比大,导致围岩和支护的稳定性变差,所以主洞在施工过程中应加强支护来保持隧道的稳定。利用ABAQUS有限元软件对隧道进行了数值分析,并直观地模拟了隧道开挖后围岩的应力分布,为隧道的施工提供合理依据。锚杆、钢筋网、衬砌、格栅和钢架根据不同的围岩等级按相应的要求进行了施工。通过对围岩及支护微小变形的监测,掌控了在开挖过程中围岩的稳定程度和支护结构的力学动态信息。对监控量测数据进行了回归分析,以较好地反映围岩变化规律,并分析各阶段的位移速率,预测最终位移值。监控量测数据表明:拱顶下沉和周边收敛的累计变形范围为8～14 mm。     

软岩隧道不同开挖方法施工位移响应分析

以旦架哨三车道浅埋软岩隧道为例,采用有限元法对全断面法、台阶法和CD法开挖的施工过程进行了三维数值模拟,分析了地表、横断面和纵断面上的位移响应规律.研究表明:三种方法施工围岩位移的响应规律基本是类似的,CD法施工产生的位移值相对较小;隧道地表变形近似为槽形,且主要由邻近段开挖引起;竖向变形主要分布在拱顶附近,且主要由当前段开挖引起;掌子面空间效应的影响范围约2倍洞径,该范围外围岩沉降变形基本趋于稳定.     

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。     

坍塌堆积围岩小净距隧道数值模拟研究

雷公浦小净距隧道的出口段堆积有较厚的坍塌堆积围岩,结合该隧道的工程实际情况,选取K70+520断面采用Plaxis软件进行数值模拟研究。数值模拟结果表明:在坍塌堆积围岩条件下采用3台阶法进洞存在稳定性问题;两侧拱脚塑性点分布较多,土体容易出现破坏;最大位移出现在后行左洞顶部,而最大受力部位出现在先行右洞左拱腰处。对比分析后行左洞的应力及变形得,后行左洞拱顶的压力模拟值与实测值较为接近,但是拱顶沉降的模拟值却比实测值大出许多,主要是由开挖未能及时布点造成,类似工程应及时的布置测点进行监控。     

公路隧道复合式衬砌结构数值计算及分析

针对榆树沟隧道工程实际情况,选取了3种不同的复合式衬砌结构类型进行数值计算,对初期支护和二次衬砌的内力、安全系数及洞周位移、拱顶下沉、围岩塑性区的分布等进行了分析,评价了衬砌结构的安全性。结果表明:对于Ⅱ、Ⅲ类围岩,上台阶及下台阶中央区的开挖为施工的关键工序;对Ⅳ类围岩,上台阶开挖为施工的关键工序;在Ⅱ类围岩浅埋条件下,拱顶下沉主要是由上台阶的开挖及下台阶中央区的开挖所引起;在Ⅲ类以上围岩条件下,拱顶下沉绝大部分是由上台阶的开挖所引起;洞周位移较小,最大值为18 mm,发生在Ⅱ类围岩浅埋拱脚处;围岩塑性区发展深度最大者,连通到地表,属于Ⅱ类围岩浅埋;Ⅲ类围岩墙脚处塑性区较大;Ⅳ类围岩塑性区较小。     

大连某近接市政隧道施工力学行为及变形控制技术研究

近接市政隧道施工围岩扰动次数多,应力重分布复杂,相互影响较大,施工安全受控因素多。结合大连南部滨海大道东端桥隧建设工程近接既有白云隧道的工程实际情况,利用数值分析和现场监测,对近接隧道施工力学行为及变形控制技术进行了研究。根据数值模拟得到的围岩应力、变形大小及塑性区范围,提出了工程控制措施方案,在此基础上,对施工过程新建隧道支护结构变形及既有白云隧道外观进行了监控量测。监测结果显示:隧道施工引起的隧道拱顶沉降和洞周收敛变形量相对较小,提出的控制措施有效地确保了该近接隧道施工安全。     

回头沟隧道洞口浅埋偏压段开挖方法比选研究

以回头沟隧道工程洞口段为例,针对偏压隧道常用施工方法,对台阶法、环形开挖留核心土法、CRD法、单侧壁导坑法等开挖方法进行模拟分析,从控制围岩变形以及围岩塑性区范围,减小围岩应力集中方面分析,单侧壁导坑法优于其他三种方法,但结合隧道工程条件,从施工工序,施工工期方面分析,在实际施工时可以采用台阶法进行开挖。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

软弱围岩隧道不同施工方法数值分析研究

针对软弱围岩强度低,变形大,自稳性差等特点,以某铁路隧道为工程背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法对软弱围岩隧道不同施工方法下围岩的变形和受力进行分析研究,结果表明:隧道分别采用三台阶法、CD法和双侧壁导坑法开挖,围岩的变形规律基本相似,大致分为快速变形、缓慢变形和基本稳定3个阶段,且隧道掌子面空间效应的影响范围约为1.3～5倍的洞径;双侧壁导坑法开挖隧道相比三台阶法和CD法开挖隧道,围岩的变形速度较慢,变形量较小,围岩应力较低,其数值模拟计算结果与现场实测吻合度较好,双侧壁导坑法最适合软弱围岩隧道开挖。     

上下台阶法和CRD法施工下超大断面隧道围岩控制机制数值试验研究

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展上下台阶法和CRD法开挖方式下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩下隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件受力变化规律,得出结论:不同开挖方式对隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力影响显著;CRD法对隧道的拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力的控制效果比上下台阶法要好,且随围岩强度等级越低、隧道拱顶沉降越大,塑性区范围越大,支护构件应力越大,围岩稳定性越差。     

桃湾隧道断层带施工监测分析研究

介绍了桃湾隧道F 1断层带台阶法施工的监控量测工作,总结了拱顶下沉与洞周水平收敛等围岩变形特征,分析了施工过程中支护衬砌结构的受力状况,配合和指导其新奥法施工。     

浅埋偏压隧道双侧壁导坑法开挖数值模拟研究

以柞山高速段小岭隧道为依托,建立数值分析模型对隧道洞口浅埋偏压段开挖与支护过程进行数值分析,探讨了围岩与衬砌材料的变形与应力变化规律。研究结果表明:偏压导致隧道洞口两侧出现超过18mm的变形差,通过锚喷支护可将该变形差控制在7mm以内;偏压隧道稳定性最不利位置出现在拱顶与底部处,在拱顶右侧与拱底左侧出现应力集中现象;双侧壁导坑法相对于预留核心土开挖法可以更好地控制拱顶处竖向变形;设计中应合理设计衬砌参数,防止锚杆等材料处于屈服状态,保证隧道施工安全。     

莲花隧道进口小净距段新奥法施工跟踪监测研究

结合莲花隧道进口小净距段的台阶法施工实践,介绍了地表下沉、洞周水平收敛、拱顶下沉、锚杆轴力、围岩压力、二次衬砌混凝土应力等项目的跟踪监测工作,分析和总结了围岩变形特征及其复合式衬砌结构的受力特点,所得结果为复杂工况下小净距隧道支护结构的新奥法施筑与优化提供了科学依据,也为类似隧道工程的施工提供了经验.     

深埋大断面公路隧道开挖方法数值模拟分析

依托大连南部滨海大道东端桥隧建设工程,利用大型有限差分软件FLAC3D建立三维公路隧道模型,分别采用三台阶预留核心土法、导洞法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法模拟深埋大断面公路隧道的开挖过程,详细分析隧道开挖支护后围岩的位移场、应力场、锚杆轴力和塑性区分布。数值模拟结果表明:综合比较4种开挖方法,双侧壁导坑法开挖过程位移变化和锚杆受力最小,受力更加均匀,塑性区分布范围较小,更有利于维持围岩的稳定性。最终确定双侧壁导坑法为该工程较合理的开挖方法,为类似的大断面公路隧道的设计和施工提供了必要的参考依据。