地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。     

浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析

地形偏压、地质偏压和施工偏压是造成隧道偏压的三种主要原因.在隧道结构地形偏压及地质偏压已经确定的情况下,尽可能地采用合理的施工方法和施工顺序,通过施工来减小地形偏压及地质偏压在施工中以及施工结束后对结构内力的影响,具有相当的工程意义和现实意义.以某浅埋偏压小净距隧道为工程背景,利用有限差分软件,对浅埋偏压小净距隧道的施工方法和施工顺序进行数值仿真模拟,分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化.各工法数值结果对比分析表明,从围岩塑性区、洞周位移、地表位移及围岩应力因素考虑,双侧壁导坑法更适于浅埋偏压小净距隧道施工.     

降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响

小净距大跨度隧道在洞口段易受到浅埋偏压作用,隧道开挖会造成上覆岩土体出现大范围松动区,在降雨条件下更易出现地表塌陷与拱顶塌方。本文改进了围岩切向应力扰动系数公式,依托广州龙头山双洞八车道隧道工程,利用有限差分软件FLAC 3D对隧道洞口段在是否考虑降雨2种条件下开挖产生的松动区进行分析。分析结果表明:运用工程实际采用的双侧壁导坑法模拟开挖,隧道围岩产生的松动区范围较大且在拱顶上部产生交汇区域,中部核心土开挖时影响较小;考虑降雨渗流场之后开挖,在流固耦合作用下左右2个隧道围岩松动区面积增长分别约为30%,42%;隧道围岩松动区不对称分布和雨水渗流作用加剧了隧道偏压变形,并导致上部地表沉降最大增长33%左右。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。     

黄土地区浅埋暗挖地铁连拱隧道合理错距研究

研究目的:以西安地铁5号线雁鸣湖停车场段暗挖双连拱隧道工程为背景,采用有限元分析方法对主洞开挖过程进行模拟,研究开挖错距(0 m、15 m、30 m、60 m)对地表变形、拱顶沉降、拱腰净空收敛及拱顶应力的影响规律,并结合现场监测数据对黄土地区浅埋暗挖地铁双连拱隧道合理错距进行研究分析。研究结论:(1)四种方案下地表沉降值最大相差仅0.5 mm且均满足规范要求,横向地表影响范围大概在连拱隧道中线两侧约3倍隧道跨径内;(2)拱顶沉降和拱顶应力变化主要集中在隧道上台阶施工阶段,当错距超过30 m后,拱顶最终沉降值及应力值基本不受错距变化的影响;(3)错步方案下先行洞拱腰净空收敛值均大于后行洞,且随着错距的增加,后行洞开挖对先行洞拱腰净空收敛的影响逐渐减小;同步开挖过程中不存在偏压问题,且拱腰净空收敛值比其他三种方案小;(4)同步开挖方案与其他错距方案相比较,未引起过大地表沉降及拱顶沉降,且拱腰净空收敛相对较小,综合考虑安全性、经济效益和施工效率等因素,在黄土地区类似工程中建议优先采用两主洞同步开挖方案;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道主洞开挖施工方案优化及力学行为研究提供有益参考。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

铁路客运专线黄土地质浅埋富水隧道施工技术

针对石太客专南庄隧道浅埋段的地质和水文情况,从施工方案确定、主要采取的施工技术和措施、取得的效果等几个方面进行了详尽的论述。在解决黄土隧道浅埋且下穿道路和雨水窖等问题方面取得了成功的经验,如有效地控制了大跨度黄土隧道围岩的变形和地表沉降,减少了水对黄土隧道浅埋段的影响。通过围岩的量测(变形、收敛)为隧道施工的安全管理提供了有效地数据,正确的指导了施工并顺利的通过了浅埋富水段。     

基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法

针对隧道洞口浅埋段多位于覆盖层、坡积层或风化严重的软弱破碎岩体中,极易发生失稳破坏的现实问题,以某隧道为工程背景,提出1种基于突变理论的隧道洞口浅埋段软弱围岩失稳分析方法。根据隧道围岩失稳情况,建立隧道洞口浅埋段围岩力学模型,采用Weibull分布函数,描述隧道上覆软弱地层的本构关系;根据总势能原理建立围岩失稳破坏的尖点突变模型,导出围岩失稳的力学判据;将地表沉降监测数据和尖点突变模型进行有效融合,建立隧道围岩稳定性预测模型,导出围岩稳定性判别式;以隧道5处典型断面为例,选取出现明显失稳征兆之前的7 d监测数据进行验证。结果表明:隧道洞口浅埋段围岩失稳与上覆地层的应变软化程度、刚度比及含水率相关;隧道围岩失稳力学判据和稳定性判别式的判别结果与现场实际围岩情况一致;利用地表沉降数据建立的围岩稳定性判别式来预测围岩的稳定性是合理可行的。     

新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩变形特性研究

为揭示新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩的变形特性,依托某市地铁隧道工程为背景,采用理论分析、数值模拟、现场测试等相结合的方法,分析近距双线浅埋隧道采用新奥法施工过程中的地表沉降、拱顶位移及围岩收敛规律。研究结果表明:隧道开挖面卸载是围岩发生变形的主要诱因;近距双线隧道开挖围岩变形存在叠加,主要叠加区域位于双线隧道中线连接区域,相比单线开挖同位置变形最大增量达45%;由变形预测结果可知,地层变形在建设期基本完成,约占预测10年变形总量的85%以上。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

客运专线浅埋偏压隧道双侧壁导坑法施工技术

介绍福厦客运专线沙溪隧道出口段采用双侧壁导坑法施工,将大断面隧道开挖分成几个小断面开挖;通过合理的监控量测设计和布点监测,保证施工地表不沉降和净空收敛、拱顶下沉控制在规范允许范围之内,最终顺利地完成大跨度铁路双线隧道软弱围岩段的施工任务。     

兰渝铁路首阳山隧道浅埋富水Ⅵ级围岩段施工技术

首阳山隧道通过浅埋、富水Ⅵ级围岩地段时,经施工方案比选,确定采用超前小管棚法和三台阶预留核心土分步开挖法,辅以地表注浆加固,通过施工监测,地表最大沉降量为86mm,拱顶最大沉降为52 mm,有效控制了围岩沉降变形,保证了施工安全和工程质量。     

小净距浅埋暗挖隧道下穿密集房屋安全性分析

研究目的:受城市复杂环境的影响,城市隧道的修建有时不可避免地要下穿房屋。为了达到减少房屋拆迁的目的,本文通过城市小净距软岩浅埋暗挖隧道的数值模拟,研究隧道下穿密集房屋施工过程中不同的施工方案所引起地表沉降量及洞顶建筑物沉降规律,进一步分析洞顶建筑物的安全性。研究结论:(1)隧道施工引起地表沉降的程度主要取决于地质条件、隧道埋深、开挖跨度及施工方法等因素,其中施工方法的影响最为明显;(2)根据数值模拟计算及地表建筑物的实测结果,小净距浅埋暗挖隧道下穿房屋采用CD法施工+超前小导管注浆加固岩体,可以有效地控制地表沉降,保护地表建筑物的安全;(3)本研究成果主要应用在城市隧道工程领域,对今后类似工程的设计、施工具有借鉴意义。     

小净距三孔并行隧道施工对地层土体的影响分析

为研究小净距三孔隧道施工性态,建立考虑地层-隧道互作用的三维有限元模型,分析了施工顺序及施工工法对地表沉降、拱顶及拱腰应力、衬砌应力的影响。结果表明:同一隧道开挖引起地表沉降量正上方大于侧上方,不同跨度隧道开挖引起的地表沉降量大跨度大于小跨度;先中隧后边隧施工地表沉降槽形状为"V"形,先边隧后中隧施工地表沉降槽形状由"W"形逐渐转变为"V"形;中隧道拱顶处竖向应力在掌子面到达前增大,到达后减小,拱腰处水平应力,掌子面到达前减小,到达后增加;衬砌等效应力最大值出现在中隧道第一步衬砌顶部,随开挖步的增加先快速增大,然后缓慢增大,最后趋于稳定。所得结论可为类似工程的设计与施工提供参考。     

复杂地质条件下水底矿山法隧道的围岩位移分析

研究目的:长沙市湘江大道浏阳河隧道为双向四车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由小净距隧道、分离式隧道和明挖隧道组成。根据暗挖段隧道现场监测成果,结合施工措施和开挖工序进行全面分析,为长沙地区水底隧道工程提供了典型参考案例。研究结论:核心土开挖后布设测点造成的总损失量较大;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小,采用三台阶和CD法施工浅覆土Ⅴ级围岩水底隧道,能有效控制沉降。     

既有隧道两侧新建明、暗洞结构开挖力学行为对比及开挖顺序研究

隧道近接问题一直以来都是隧道工程界研究的热门话题,合理确定近接问题研究流程,准确分析近接施工力学行为及施工顺序,对近接施工实际问题的解决有重要意义。为研究近接施工问题,以浦梅铁路既有隧道两侧新建近接隧道工程为依托,建立两种计算模型,对比分析不同结构物近接形式下围岩应力以及既有结构位移的变化情况。计算结果表明:明洞结构物开挖带来的影响大于暗洞结构物开挖带来的影响,浅埋侧土体围岩应力敏感性远大于深埋侧土体围岩应力敏感性。对于浅埋偏压隧道两侧新建隧道,开挖会使既有结构产生向开挖侧位移变形,但最终既有结构会产生向浅埋侧位移;浅埋偏压-两侧暗洞结构形式采用先开挖深埋侧隧道再开挖浅埋侧隧道,浅埋偏压-明暗结合结构形式采用先开挖浅埋侧明洞再开挖深埋侧隧道。     

新宝塔山隧道浅埋偏压段施工及监控量测分析

浅埋偏压段及不良地质条件给隧道施工造成安全隐患,也是造成整条隧道施工失败的主要问题。新宝塔山隧道部分处于浅埋偏压段,讨论了该段施工设计和施工工艺,包括地表注浆加固围岩、超前管棚注浆锚杆预支护、段台阶开挖法、喷锚挂网支护和围岩监控量测信息反馈与预测预报等,为隧道的顺利贯通提供了有力保障。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。