砂质泥岩地层装配式竖井围岩压力及结构设计参数研究

传统钻爆法在进行城市地铁竖井施工时对环境影响较大,采用机械开挖施工可有效减小对周边环境的扰动,为此需要对与机械开挖相配套的装配式竖井围岩压力及结构设计参数进行研究。以重庆地铁15号线重光站竖井工程为依托,对砂质泥岩地层竖井井壁围岩压力计算方法及装配式竖井衬砌管片结构设计参数开展研究,得出的主要结论如下：(1)推导出适用于砂质泥岩地层竖井井壁围岩压力计算公式,该公式计算结果与数值模拟结果规律相近;(2)得出不同应力释放条件下围岩压力数值模拟结果与解析公式的比值,给出了围岩压力折减系数的计算公式;(3)基于三维“壳-弹簧”数值模型模拟结果,提出砂质泥岩地层装配式竖井结构设计参数,建议管片衬砌等分为8块,衬砌厚度取0.6 m,管片幅宽取2 m,采用错缝方式进管片拼接。     

岩质地层隧道风井施工变形合理开挖步长研究

本文通过数值模拟方法，研究岩质地层不同开挖步长下隧道风井变形规律，基于变形控制角度，探讨隧道风井合理开挖步长。结果表明：(1)不同开挖步长下风井总位移均表现为竖井底部变形大、距离底部越远变形越小、开挖步越长变形值与影响范围均越大。(2)开挖竖井阶段，竖井开挖面隆起呈线性增长，随后由于衬砌施作隆起值降低，且在横通道开挖阶段再次缓慢线性增长，开挖步越长风井变形越大。(3)沿竖井深度方向，侧移量基本呈线性增大，横通道拱底隆起和拱腰收敛值均呈现距既有隧道越远变形越大；随开挖步长增大，竖井井壁侧移量与横通道断面变形均逐渐增大。(4)可考虑竖井开挖步长1.5 m、横通道开挖步长1.0 m方案。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

考虑应力释放含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性解

基于厚壁圆筒受均布压力的弹塑性解,推导考虑应力释放时含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性求解公式。采用推导的公式对1个工程实例进行计算,并与FLAC3D有限差分程序模拟解对比分析,验证了求解公式的正确性。研究结果表明:及时施作具有一定刚度的支护,可以降低开挖面围岩应力释放量,从而减小围岩塑性变形;受开挖面变形释放的影响,衬砌与围岩接触界面变形并不连续,不能将支护变形等价于围岩变形;在计算隧道开挖引起的围岩塑性变形时,采用非关联流动法可以更好地描述隧道开挖后岩(土)体的塑性变形特性。     

乌鞘岭隧道地应力特征与软弱围岩的变形防治

兰武二线乌鞘岭隧道横穿祁连山东麓,长20050m,最大埋深1050m。在岭脊志留系千枚岩夹板岩及断层构造岩等软弱围岩段的隧道开挖过程中,围岩强烈变形,不仅支护失效甚至钢架亦被严重扭曲,且持续变形长时间不收敛。地应力测量研究表明,隧道岭脊段具有明显的现今构造应力作用,地应力的总体特征为:SH≥SV>Sh。分析认为,隧道围岩变形的主因是:在较强构造应力与垂直重力的共同作用下,由于未及时施做二次衬砌,软弱围岩及初期支护不能承受该作用力,以致产生了持续性的流变变形。工程实践表明,围岩应力状态是支护设计的依据,而适时支护、衬砌非常重要。允许围岩适度变形,使围岩应力得以适度释放;选择在流变大变形尚未形成,围岩尚未丧失其抗载能力的时刻,及时进行支护衬砌,对确保围岩稳定和支护衬砌结构安全具有重要意义。     

各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析

在高地应力条件下具有层理构造的软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的蠕变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。本文采用有限元方法分析了兰渝铁路木寨岭隧道深埋软岩段双层和三层衬砌支护的效果。结果表明:在初期支护和二次衬砌之间增设轻质混凝土缓冲层有利于隧道围岩应力和变形的调整,可有效降低支护结构受力,从而充分发挥二层衬砌与锚杆的长期支护作用,更适用于高地应力条件下长期流变特征明显的软岩段隧道支护。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

挤压性围岩大跨隧道施工工法优化

以兰渝铁路新城子隧道为例,通过现场测试和FLAC 3D数值模拟,对挤压性围岩大跨隧道采用双侧壁导坑法2种不同开挖顺序时的隧道变形和衬砌受力进行对比分析。结果表明:采用双侧壁导坑法按常规顺序开挖导洞1～9比依次分层开挖上、中、下各导洞更有利于控制隧道变形,且二次衬砌受力明显较小;挤压性围岩隧道施工中相邻导洞贯通形成扁平洞室会导致大变形,施工中应尽量避免;2种开挖顺序隧道水平收敛均大于拱顶沉降,必要时可加强临时支护。     

偏压隧道的进洞施工扰动效应及安全监控

利用数值分析方法,针对某公路隧道进洞偏压段施工过程进行模拟计算,探究了隧道开挖引起的围岩变形规律及初期支护结构受力特性。结合现场监控量测技术,通过对比分析围岩变形数据,动态地掌握隧道施工过程,为围岩类别调整、初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供了依据。     

石太铁路客运专线大断面黄土隧道施工技术

介绍石太客运专线南庄隧道出口段DIK152+570~DIK152+933CRD法施工技术,对该大断面黄土隧道采用围岩预加固及辅助施工措施,开挖采用交叉隔壁法,及时封闭开挖面,做好衬砌支护,加强施工中的监控量测工作,并通过监控量测数据,分析掌握大断面黄土隧道围岩的变形情况,及时调整衬砌、支护时间及参数,确保隧道施工安全。     

天津软土地区深基坑多级支护结构变形的参数分析

深基坑无支撑多级支护结构是一种适用于软土地区大面积深基坑的新型支护技术,不仅可以很好地约束支护结构的变形,而且取得了较好的经济效益。基于天津市某基坑工程实例,采用大型通用有限差分软件FLAC3D对深基坑多级支护结构进行了数值模拟分析,并分析了第一级支护结构长度、两级支护间距离、两级开挖深度比以及第一、二级支护结构的倾角的参数变化对第一级支护结构的最大水平位移的影响。研究结果表明,基坑的第一级支护结构的最大水平位移随着第二级支护结构长度的增加、两级支护间距离的增大以及第一、二级支护结构的倾角的增大而减小,其中两级支护间距离和第一、二级支护结构的倾角对位移影响显著;开挖深度比H1/H2对变形的影响与两级支护间距离B和第二级支护结构长度L2有关。     

层次分析法在隧道二次衬砌施作时机预测中的应用

为确定十堰—天水高速公路茶镇隧道二次衬砌合理支护时机,保证隧道施工中充分发挥围岩的自承能力,采用层次分析法对地表沉降、拱顶下沉、水平收敛等隧道变形监测数据进行了多影响因素的权重划分,给出了排序,进而给出二次衬砌的最佳支护时机为开挖后第35 d。预测结果与监测数据回归分析结果一致。     

顶山隧洞初期支护监测及围岩变形特性分析

顶山隧洞施工中量测围岩的初期变形值和变形速率,确定二次衬砌的最佳时间与初期支护的跟进距离,通过对数据的分析,统计出软弱围岩的变性特征,指导开挖施工,保障施工安全,为类似工程提供借鉴。     

乌鞘岭隧道F_7断层段的监控量测技术

通过对乌鞘岭隧道F7断层施工的变形监控量测,用量测指导设计和施工,确定支护和衬砌的可行性,并探讨“大挤压构造带”的软弱围岩的施工对开挖后初期支护的变形控制技术。     

考虑开挖面空间效应的隧道支护设计新方法

隧道开挖面的空间效应对选择合理的支护时机十分重要。本文利用位移释放系数来确定隧道前期变形,提出了考虑开挖面空间效应的隧道支护设计新方法,给出了其具体应用步骤,并得出因素影响特性。研究结果表明:中间主应力、围岩剪胀特性及不同施作距离对支护的起始作用位置及围岩稳定变形均有显著影响,但支护压力间的差异却相对较小,因而隧道支护设计既要依据支护压力,还要保证对围岩变形的有效限制作用。     

能量守恒原理在Ⅴ级围岩隧道衬砌设计中的应用研究

在围岩-衬砌这个封闭系统中,隧道的开挖和支护过程伴随着能量的传递和转化,不考虑热能散失并将围岩视为弹性体,则围岩势能的释放即为衬砌结构弹性应变能的增加。刘红燕等[1-2]利用该能量守恒原理对Ⅲ级围岩单线铁路隧道进行了衬砌厚度的计算,在此研究成果的基础上进一步研究了能量守恒原理对于Ⅴ级围岩衬砌设计的适用情况。针对Ⅴ级围岩建立FLAC3D模型动态模拟隧道的开挖过程,利用matlab语言编写弹性应变能密度函数从而得到实体模型各单元的弹性应变能,最后得到特定范围内围岩势能随掘进深度的变化曲线。由此围岩势能变化曲线可得出隧道开挖后围岩的势能释放值。此外,通过进行钢纤维混凝土(SFRC)构件的韧性试验,确定SFRC三分梁破坏与SFRC衬砌破坏时的能量消耗关系。据此建立能量方程并可得出SFRC衬砌的理论厚度,经检算,设计厚度满足安全性要求。结果表明,能量守恒原理的隧道衬砌设计方法不再受Ⅱ、Ⅲ级围岩小断面情形的限制,它同样适用于V级围岩大断面隧道的衬砌设计。     

论喷锚构筑法在软弱围岩隧道施工中的应用

研究目的:通过对开挖方法、初期支护、监控量测、二次衬砌等关键技术的探讨和分析,为今后类似工程施工总结经验。研究结论:软弱围岩隧道可用分步开挖方法,及早初期支护,及早封闭成环,改善围岩受力结构;加强设计与施工的配合协调,在隧道施工过程中进行位移监控量测,掌握位移变化规律,动态调整设计参数,调整二衬等施工工序施作时间,必要时仰拱、二衬紧跟,保证隧道施工安全。     

软弱富水Ⅵ级围岩隧道下穿道路及数值分析

研究目的:针对江门隧道软弱富水Ⅵ级围岩段隧道施工难题,为保证隧道施工安全及下穿段道路的运营安全,选择合适的超前预加固方式和隧道开挖方法。研究结论:(1)采用施作水平旋喷桩超前加固、大管棚超前支护和CRD工法进行开挖,保证了隧道下穿段的施工安全。(2)借助有限元计算软件,对隧道开挖过程进行全过程数值模拟,对开挖过程中围岩应力和位移变化趋势进行分析,确定施工控制和地表变形监测重点。(3)在施工过程中钢架需及时封闭成环,防止底部出现较大的位移,产生底臌现象。     

基于力学解析法和现场监控量测确定隧道二衬支护时机的应用研究

以谷竹高速公路油坊坪隧道为工程实例,基于力学解析法和现场监控量测数据的反分析来确定合理的二衬施作时机。通过力学解析法计算出了二次衬砌施工时的围岩变形位移值和围岩应力值,结合规范中规定的隧道二衬支护时间标准,确定各级别围岩中隧道二次衬砌支护的合理时机。同时通过现场监控量测分析,进一步修正各围岩级别的二衬支护时机。二者相结合所得到相关结论,对类似工程有一定的指导意义。