单跨5车道公路隧道过渡“3+2”小净距隧道施工力学研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道及匝道2车道的"3+2"小净距段,采取直接过渡的方式不设置连拱段,最大开挖跨度达到30.46m,最大开挖面积达450.41m~2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段决定了施工过程中非常复杂的工序转化,施工力学机制难以把控,分岔隧道围岩应力受隧道净距和断面形式的影响,分岔隧道的施工与支护结构设计面临诸多难题。通过三轴试验结合数值分析的方法对大跨段与小净距段交界处以及小净距隧道的施工力学进行研究,得出如下结论:1)现场取得的花岗岩试样属于弹脆性岩石,岩石处于三向受力状态时岩石强度和稳定性远大于双向受力状态,花岗岩试样弹性模量与围压呈正相关,结合Hoek-Brown强度准则以及Mohr-Coulomb强度准则对三轴试验结果进行修正得到现场岩体的物理力学参数。2)分岔隧道大跨段过渡至小净距段施工时,应及时对大跨段与小净距段交界面处围岩进行封闭,建议采用高性能喷射混凝土和工字钢支护,保证围岩尽快处于三向受力状态。3)小净距段隧道开挖对大跨段末端断面位移的影响主要是竖直方向,同时也会引起大跨段隧道末端初期支护不同程度的内力变化,其中左右拱脚处内力变化最为剧烈。主洞隧道施工对大跨段隧道内力和位移影响范围为掌子面后16m,匝道则为掌子面后12m。4)小净距段施工时,主洞和匝道隧道最佳纵向开挖间距为16m;当主匝隧道净距大于6m时,可作为独立单洞进行设计和施工。     

小净距隧道开挖空间效应分析

依托某隧道的设计及施工,建立小净距隧道的三维计算模型,对小净距隧道IV级围岩段台阶法开挖进行数值模拟计算,对其开挖过程中位移场、应力场、喷射混凝土初期支护随空间变化规律进行分析,结果表明:小净距隧道施工过程中存在先行洞和后行洞相互扰动的现象,量测断面的位移主要产生于隧道开挖至量测断面及通过后;边拱和仰拱所受弯矩大,在拱腰位置出现较大的正负弯矩容易造成初期支护混凝土开裂。     

大跨分岔隧道分岔段施工方法研究

大跨分岔段隧道跨度大且分岔段形态复杂多变,支护结构与周边围岩的受力特性采用常规的二维平面应变研究方法已不能反映围岩与支护的真实特性,需要结合施工方法进行三维数值分析进行地层结构分析。本文结合莲塘大跨分岔隧道,使用有限元分析软件MIDAS-GTS对隧道施工进行全过程动态三维数值模拟。分析结果表明,莲塘隧道超大断面段采用双侧壁导坑法施工,连拱段采用中导洞法施工,小净距隧道左洞采用上下台阶法开挖,右洞采用CD法开挖为最合适开挖方案。     

五车道大跨分岔隧道小净距段中夹岩柱支护效果研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道匝道2车道的小净距段,不设置连拱段,最大开挖跨度30. 46 m,最大开挖面积450. 41 m2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段,交界处中夹岩柱最小厚度仅为1. 2 m,中夹岩柱的稳定性是小净距隧道设计与施工的重点与难点。基于以上背景,首先通过三轴压缩试验确定岩石力学指标,并基于Hoek-Brown估算方法得到岩体参数,进一步运用数值计算方法对小净距隧道中夹岩柱的支护效果进行研究。结果表明:①花岗岩试样属于弹脆性岩石,其弹性模量与围压呈正相关;②由于围岩强度较高,预应力对拉锚杆相比较于普通锚杆可以缓解中夹岩柱的应力集中,施工中建议采用低预应力对拉锚杆;③主洞隧道初期支护的左、右拱脚的安全系数最小,说明左右拱脚应力集中较为明显,施工时应加强左右拱脚处支护;④岩石的强度和稳定性与围压关系较大,施工时建议采取主动支护的手段,及时地对隧道以及中夹岩柱进行封闭支护,使得围岩尽快的处于3向受力状态。     

横琴隧道主洞与匝道施工相互影响研究

为分析分叉隧道中主洞与匝道施工的相互影响,以珠海横琴隧道为工程背景,采用数值模拟方法,对主洞与匝道4个不同净距断面进行模拟分析,得出各断面隧道的围岩位移、主应力及支护结构轴力、弯矩。结果表明,随着两隧道净距的减小,匝道与主线的拱顶位移增大;后行洞开挖对先行洞有一定影响,先行洞拱顶位移变大,内侧边墙向洞内收敛,外侧边墙略向外扩张;两隧道净距越来越小时,中夹岩柱的应力集中现象越来越明显,稳定性越来越差,先行洞内侧支护结构的轴力及弯矩减小越明显。     

胶州湾隧道浅埋分岔段的设计及施工关键技术

在胶州湾隧道工程中,为满足城市交通规划和区域交通疏导要求,采取设置地下分流匝道的设计方案。双车道匝道隧道与3车道主隧道在地下小角度交汇,形成分岔隧道。由于该分岔隧道段埋深浅、地层条件差、地面环境复杂,给设计和施工带来了不小的难度。通过工程类比、数值模拟分析等方法确定小净距隧道段范围,对变净距并行隧道中夹岩分区段采取扩挖换填混凝土、对拉锚杆等措施;在特大断面隧道段通过预注浆加固地层、加强初期支护,采用台阶分块开挖方案;施工中采用微震爆破技术,较好地保护了围岩,最终成功实现了此浅埋分岔隧道的快速施工。通过现场监控量测数据反馈分析,所采取的支护参数、工程措施、施工方案合理,确保了工程的安全、顺利建成。     

小净距隧道施工技术要点

以金旗山小净距隧道为例,介绍小净距隧道的超前支护、洞身开挖、中夹岩柱加固、锚喷支护、监控量测等关键工序的施工方法和技术要点,为小净距隧道设计与施工工程类比积累经验。     

小净距隧道三维动态施工分析

结合湖北宜巴高速公路峡口隧道的施工,利用FLAC-3D软件对小净距隧道施工过程进行三维弹塑性模拟计算,重点分析采用台阶法和中导洞超前法施工时左右洞掌子面的距离对隧道围岩和支护的力学影响;得到了在掌子面掘进过程中,围岩和支护结构的受力及变形随纵向开挖进尺的变化规律,对小净距隧道在纵向影响因素作用下的施工力学特征有了初步认识,可为类似工程提供有益参考。     

爆破开挖时小净距隧道的合理间距研究

以黄衢南高速公路小净距隧道为工程依托,运用有限元的基本理论,采用ABAQUS软件对小净距隧道爆破开挖时相邻洞的影响进行了研究.重点分析了Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下考虑爆破因素时隧道的合理净距.分析的重点是隧道后行洞爆破开挖时先行洞产生的塑性变形的范围大小,当塑性区贯通时则认为所选用的净距不合理,或应采取措施.为小净距隧道净距优化及施工方法的选择提供参考.     

小净距隧道建设的若干问题综述

从一些典型双洞小净距隧道施工等多方面认识入手,总结了小净距隧道设计和施工各方面的经验,其中包括合理净距取舍、超前支护、开挖方法、断面形式设计、中夹岩加固、支护衬砌参数。同时对小净距隧道施工中的几个重要方面作出了比较全面的经验总结,并提出了建议。     

小净距隧道群中夹岩水平位移规律的现场实测研究

以福建省平潭综合实验区龙兴岭隧道为工程背景,对小净距隧道群开挖过程中的现场实测数据展开细致分析,重点关注中夹岩的水平位移规律。外侧中夹岩的深度累加位移曲线呈现“V”字形,随着掌子面推进,曲线发生朝向开挖隧道侧的水平偏移,并在开挖至测孔断面后达到最大值。外侧中夹岩的时间累计位移曲线呈现“D”字形,且在隧道上方软弱地层中,发生朝向开挖隧道侧的明显水平偏移。内侧中夹岩先发生朝向先行洞侧的偏移,后回弹并逐渐趋于稳定。中夹岩变形是时空效应共同作用的结果,开挖明显影响范围一般为监测断面前后8 m。     

某超小净距隧道施工过程分析及研究

该文通过模拟某超小净距隧道在V级围岩条件下的施工过程,针对主洞拱顶处、中夹岩处围岩变形值及支护内力值对拉锚杆内力值随开挖过程的变化趋势,提出了小净距隧道初期支护、中夹岩的设计思路及施工中的监测重点。此外,利用承载拱理论推导出小净距隧道中夹岩及二次衬砌的受力模型。共成果可为今后类似研究提供一定的借鉴。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

隧道水射流开挖技术的可行性研究与探讨

为研究高压水射流技术在隧道开挖过程中的可行性,节省造价和工期,改善作业环境,降低安全风险,阐述了水射流破岩机制的原理,调研了适合隧道水力开挖的关键参数和开挖方法,有针对性地对单独水射流开挖隧道、水射流配合机械开挖隧道和水射流辅助机械开挖隧道3个方案进行了技术、经济效能的分析。通过计算,验证了采用高压水射流配合机械开挖隧道的可行性,认为水射流配合机械开挖隧道更能体现隧道施工的经济性,并能满足施工进度、作业环境和工程风险等方面的要求。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

纸坊隧道三台阶与两台阶开挖数值模拟对比分析

采用有限元分析软件对炭质板岩的纸坊隧道施工中的三台阶七步开挖法与两台阶五步开挖法进行数值模拟研究,分析2种工法的隧道变形情况、初期支护及二次衬砌的受力情况。分析结果表明：两台阶五步开挖法较三台阶七步开挖法,在控制变形方面是有利的,但是除锚杆内力有所减小外,钢拱架轴力、拱腰及侧墙部位初期支护喷混凝土、二次衬砌均有增大趋势。     

城市浅埋超大断面隧道的开挖方法探讨

重庆市轨道交通三号线红旗河沟车站位于繁华城区中心,周边环境复杂,隧道最大断面达730m2,覆盖岩层仅8.6m厚,覆跨比约为0.4,为典型的超浅埋超大断面隧道。根据工程类比,施工前对几种开挖方法进行了多次的对比分析与探讨,认为均有各自的优缺点,每种方法都得采取有效施工措施才能实现,几种开挖方法的探讨为大断面隧道的施工提供了借鉴。     

三连拱小净距隧道设计案例探讨

都会区新建公路隧道,一般受限于住宅稠密与用地取得面积,往往须缩减隧道间之距离,因而衍生出隧道连拱行为。本文以台湾新北市新店地区新建三连拱小净距隧道为例,探讨设计开挖支撑方法。本案例隧道所经过地质材料强度低,连拱开挖后剩余中间岩柱强度不足以支撑上方岩体,因此采用三连拱眼镜式中间导坑开挖工法,并构筑混凝土壁体,作为主隧道间岩体强度改良以及隧道临时开挖支撑承载点,其设计经验希供后续类似案例之参考。     

富水昔格达组软弱易滑地层PBA进洞法实践

针对攀西地区昔格达组地层软弱易滑、隧道进洞易产生边仰坡开裂造成进洞困难的问题，以成昆铁路前家山隧道进口浅埋富水昔格达地层进洞施工为例，分别进行以锚固桩、旋喷桩及PBA法为主的3次进洞工法尝试，前2次方案均导致地表开裂、大尺度变形和开挖陡立面蠕动变形，第3次方案采用PBA进洞法施作桩（P）-梁（B）-拱（A）组成的明洞体系，再实施结构外回填，有效解决富水昔格达组软弱易滑地层的不稳定问题。通过实践及分析认为: 1）富水昔格达特殊地质条件的隧道进洞困难，原因不仅在于隧道双侧挖掘临空引起的横断面不稳定，而且也因为隧道进洞纵向单侧临空导致的纵向不稳定十分显著。2）PBA法处置隧道进洞纵向不稳定性有明确的力学基础，是颇具针对性的有效措施。