铁路隧道围岩监控量测CFC信息化系统的研究

研究目的:我国幅员辽阔,地质条件极为复杂,在建铁路隧道数量多,大部分分布在东北、西北、东南、西南山区,交通条件极为不便。结合我国国情,目前大多数铁路隧道采用钻爆法开挖,机械化程度不高,同时,现场技术人员、管理人员与作业人员的专业化程度相对不高,因此,隧道施工安全风险极高。针对隧道施工安全,现有的围岩监控量测主要采用水准仪、收敛计、全站仪进行,从本质上讲,难以突破"人工读数、手工计算、纸质填写"的模式,实施中"干预因素多、数据处理慢、反馈不通畅"等问题时常发生,多数情况下监控量测流于形式,技术数据容易"失真",处理流程不够流畅。因此,对铁路隧道围岩监控量测进行信息化研究与管理十分必要。研究结论:(1)铁路隧道围岩监控量测CFC信息化系统由采集传输、分析发布、处理闭环三个模块组成,通过"编码录入→测点埋设※数据采集→数据传输→分析发布→信息读取→现场处理→信息闭环"八个步骤,实现了信息化管理;(2)铁路隧道围岩监控量测CFC信息化系统具有"数据可靠、传递高效、管理简洁、费用合理"的特点,通过该系统,基本上实现了铁路隧道围岩监控量测的全覆盖管理,应用效果良好;(3)该研究成果可用于隧道围岩变形监控量测安全管理。     

兰新第二双线祁连山隧道施工关键技术

祁连山隧道为高铁大断面长隧道,地处高原,围岩富水软弱破碎,地质条件多变,施工采用"正洞+2座斜井+局部贯通平导"方案,进出口及平导辅助正洞多个作业面平行作业,施工组织管理难度大、安全风险高。施工过程中综合应用了超前地质预报、软弱围岩变形量测及施工安全预警、碎屑流地层注浆加固开挖、反坡施工排水等技术,安全、保质地实现了工期目标,为同类型隧道施工提供了经验。     

铁路路基上跨既有公路隧道受力变形影响分析

新建路基开挖卸载施工对下方既有隧道的覆盖地层产生扰动,导致既有隧道围岩和结构应力状态的改变,影响既有隧道结构安全。文章依托新建赣深铁路路基上跨既有S29从莞高速公路石山隧道工程项目,采用地层-结构与荷载-结构相结合数值分析方法,进行了上方开挖施工对既有隧道结构受力变形影响分析,并提出施工控制措施。结果表明:在上方路基开挖施工过程中,既有隧道结构以竖向变形为主,在相交位置处隧道拱顶产生最大竖向变形1.86mm,结构变形较小;采用荷载-结构法进行二次衬砌受力分析,结构受力最不利部位为拱顶,最小抗压安全系数为3.94,最小抗拉安全系数为4.05,结构安全性满足要求。     

复杂条件下隧道围岩变形特征

研究目的:新七道梁隧道是甘肃省在建的开挖断面最大的公路隧道,地质条件复杂。研究复杂条件下长大隧道围岩变形分布规律,可以指导隧道开挖支护设计施工,这也是隧道信息化施工的重要手段。研究方法:在现场布设收敛大量量测断面,并长期监测,对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析。研究结果:结果显示隧道开挖后围岩的变形具有时间相关性和空间相关性。包括3个阶段,即急剧变形阶段、缓慢增长阶段、基本稳定阶段。新七道梁隧道围岩变形具有变形较均匀、收敛速度快、变形小、拱顶下沉较水平收敛变形大的特征,这是地质条件、施工技术、周围环境综合作用的结果。表明隧道区围岩条件较好,自稳定性能强,隧道开挖支护设计施工技术科学合理,支护结构较强。围岩变形分析动态反馈于施工中,取得令人满意的结果。研究结论:地质条件复杂、岩性、空间位置变化频繁地段围岩变形变化大,应引起特别注意,并制定相应施工措施。     

三台阶六部短距法在铁路隧道施工中的应用研究

研究目的:新建贵(阳)广(州)铁路客运专线三都～五通间属于高原斜坡侵蚀、构造中、低山区,沿线地质构造复杂多变,隧道洞身地质中Ⅳ、Ⅴ级围岩等级所占比重大,施工安全风险高。针对开挖断面为138 m2～146 m2的特大开挖断面的软弱地质围岩铁路隧道,必须采取可靠的施工工法,才能确保隧道施工安全。研究结论:以贵广铁路大断面Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩地质隧道施工为背景,在总结了传统三台阶施工工法的经验基础上,施工采用三台阶六部短距开挖工法,将隧道整个开挖断面分为三个台阶六个作业面,上、中、下各台阶施工同步推进,弥补了CRD法或双侧壁导坑法等方法工序多、工期长、对围岩扰动次数多的不足,便于现场施工组织管理,且机械化程度高,缩短了工期。根据现场工程实践,该工法既保障了隧道施工安全,又提高了施工进度。     

铁路隧道近距离下穿在建公路隧道的施工控制技术

针对回龙湾铁路隧道近距离下穿在建公路隧道施工控制难题,在对两座隧道工程条件特别是空间展布分析的基础上,确定了穿越施工的总体方案与风险控制原则,进而提出了大管棚和T76S自进式管棚超前支护参数、开挖方法与步序、初期支护方法等。现场监测结果表明,选定的下穿隧道施工方案不仅能够较好地控制围岩变形,而且可以保证铁路隧道施工安全,同时也能够保证近距离的上方公路隧道围岩稳定和结构安全。     

铁路隧道施工围岩变形安全等级的研究与应用

研究目的:我国在建铁路隧道有4 000余座约8 000 km,近年来隧道塌方事故时有发生,造成了一定的人员伤亡、经济损失和社会影响。建立铁路隧道围岩变形安全等级,用于现场管理十分重要。通过调研国内外研究成果,分析安全监测数据,辅以理论计算,以初期支护的安全度为基础,制定了铁路隧道变形控制安全等级管理数值。研究结论:(1)现有铁路隧道围岩变形安全等级管理与国际基本不接轨;(2)利用规范建议的设计参数,采用数值模拟计算,Ⅳ级围岩隧道开挖支护后拱顶沉降为11 mm、V级围岩为19 mm,而现场实测远大于该数值,因此,隧道围岩变形主要受控于开挖工法、初期支护施作质量以及初期支护闭合的及时性;(3)按变形总量和变形速率对隧道围岩变形进行预警二级、预警一级管理,变形总量Ⅲ级分别为40 mm、80 mm,Ⅳ级分别为50 mm、100 mm,V~Ⅵ级分别为75 mm、150 mm,变形速率分别为5 mm/d、10 mm/d;(4)研究成果可用于铁路隧道施工围岩变形监控量测安全管理。     

浅埋软岩隧道围岩变形的分形结构分析

运用分形理论,对湖南省张家界市长茂山铁路隧道开挖过程中围岩的变形特征进行了分析。结果表明:软岩隧道围岩变形在时间上具有分形特征,并且表现出很好的自相似性;在相同埋深条件下隧道拱顶变形量的时间分形维数最大,拱肩次之,边墙最小;当隧道埋深≤14 m时隧道拱顶变形量的时间分形维数具有随埋深的增大而线性增加的趋势;当埋深14 m时隧道拱顶变形量的时间分形维数趋于稳定,受埋深的影响很小。     

细砂层铁路隧道水平旋喷桩超前预支护施工技术

蒙西至华中铁路银山二号隧道洞身范围内均含有不同程度的细砂层,开挖过程中出现溜砂、涌砂、掌子面滑塌、拱顶超挖,导致隧道初期支护施工困难,安全隐患突出,施工质量无法保证,初期支护沉降变形。本文从支护参数选择、设备配置及选型、工艺流程、工序施工要点等方面详细介绍了水平旋喷桩超前预支护技术。结果表明,该技术在隧道细砂层段落加固处理中,具有提高开挖面的整体稳定性、保证隧道施工安全、提高施工效率等方面的明显优势,可为今后软弱围岩隧道超前支护施工提供参考。     

云母片岩隧道围岩大变形分析研究

随着铁路建设的快速发展,隧道工程的比重不断加大,云母片岩隧道围岩大变形已严重影响了隧道施工安全和进度,本文为解决这些问题,通过对宝兰高铁杨家庄隧道云母片岩结构特性、矿物成分、抗压强度和水理特性等工程特性的介绍,对云母片岩隧道围岩大变形特征及变形因素进行分析研究。(1)变形特征:沉降收敛变形量大,变形速率快,变形持续时间长,变形差异大,洞身纵向变形分布不均及破坏形式多样性;隧道围岩变形与隧道围岩压力有着密切相关性,且早期变形严重,半个月后逐渐趋于稳定。(2)变形因素:地形地貌、岩性特征、岩体结构、地下水及围岩压力是云母片岩隧道围岩大变形的主要因素;单斜地层和地形产生偏压、开挖卸荷后围岩受地下水渗流软化沿变质片理面及泥质夹层产生塑性蠕变,使围岩压力分布不均等因素是导致杨家庄隧道围岩大变形的根本原因。     

京张高铁八达岭长城站超大跨隧道变形控制标准研究

为了确保超大跨隧道开挖过程围岩稳定和施工安全,合理确定各开挖步序的变形控制标准,采用理论分析、数值模拟实验和现场监测等方法,建立隧道变形与围岩应变相互关系的计算模型,提出基于围岩极限应变的隧道总变形控制标准,制定超大跨隧道分步变形控制标准和分级管理方法。研究结果表明:隧道围岩总变形控制标准取决于隧道围岩的极限应变;Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级围岩32.7 m跨度的隧道,其拱顶总沉降控制标准分别为40,90 mm和180 mm;超大跨隧道施工过程中成跨阶段的变形约占总变形的95%,成墙阶段的变形约占总变形的5%。     

黄土塬区浅埋暗挖隧道慢坡段施工期围岩变形特征分析

黄土塬区浅埋隧道慢坡段由于距地表边沟、冲沟距离不等,围岩压力分布不均,难以形成自然拱,给施工带来诸多风险。选取银西高速铁路黄土塬区上阁村隧道典型浅埋慢坡段断面为研究对象,分析了施工过程中围岩应力、含水率、洞内变形及地表沉降的变化规律。结果表明:围岩初期支护应力分为增长-波动-稳定3个阶段,其收敛期约在开挖后84 d;围岩含水率先增长后趋于稳定,收敛期约在开挖后118 d;拱顶下沉量是净空水平收敛量的2～3倍;地表沉降影响范围为距隧道中线约18 m以内。     

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。     

隧道围岩变形影响因素分析

新七道梁隧道地质条件复杂,本文对复杂条件下长大隧道影响围岩变形的施工因素进行分析。采用有限元法模拟施工中围岩的力学特征,表明隧道施工对围岩变形影响显著。同时,在隧道内布设大量收敛值量测断面,并长期监测,对隧道围岩收敛测量数据进行曲线分析。结果显示隧道开挖后围岩的变形具有时间相关性和空间相关性。变形包括三个阶段,即急剧变形阶段、缓慢增长阶段、基本稳定阶段。同时分析开挖方法、支护结构、邻近施工、施工工序等施工因素对围岩变形的影响。结果认为施工中开挖初期对围岩变形影响最大,而设置仰拱可减小隧道围岩变形,因此应选择对围岩扰动小的开挖方法,并及时进行后序施工。将围岩变形施工因素分析动态反馈于施工中,取得满意结果。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。     

软弱围岩隧道CRD法施工围岩稳定性评价指标研究

通过对新建铁路巴准线上十几座软弱围岩隧道CRD法施工过程中的现场监控量测,获取隧道围岩拱顶沉降和周边收敛数据,运用Matlab对监测数据进行统计分析,发现隧道施工过程中围岩变形特性,得到围岩变形稳定时拱顶沉降值和周边收敛值,以此确定软弱围岩隧道CRD法施工阶段围岩稳定性评价指标,可为同类隧道施工围岩稳定性评价提供参考。     

亚黏土地层隧道台阶七步开挖施工现场测试研究

湖南省衡炎高速公路云阳山隧道进口段为亚黏土地层,由于该地层含水量高、可塑性强、自稳能力差,承载力低,给隧道施工造成困难。根据云阳山隧道亚黏土地层台阶七步开挖法实际施工情况,选取典型断面,进行了拱顶位移、钢支撑受力的量测,研究台阶七步开挖法各施工步骤对隧道围岩和支护结构稳定性的影响,同时进行了地表沉降和位移的监测,特别是对沿隧道纵向地表沉降进行了监测,获得了亚黏土地层条件下采用台阶七步开挖法施工围岩变形以及结构受力的特征,对于台阶七步开挖法的推广应用具有参考作用。     

软弱围岩大断面隧道开挖面变形控制技术

软弱围岩隧道的开挖容易造成开挖面失稳坍塌、冒顶,以及地面与拱顶沉降过大等险情,所以需要对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以浙江野猪山隧道为工程背景,根据其掌子面采用长14 m、搭接长度为8 m的玻璃纤维锚杆加固后的实际监测,通过有限元模拟理论分析,得出掌子面挤出变形和拱顶沉降近似成线性关系。由此可以根据掌子面后方的拱顶沉降值预测掌子面前方的土质情况,以便及时采取加固措施。     

单洞四车道公路隧道现场监测分析研究

近年来,我国高等级公路建设中出现了越来越多的超大断面单洞四车道隧道,与传统的单洞两车道隧道相比,其受力条件复杂,施工难度加大,施工监测愈发重要。本文通过对福建省牛寨山隧道施工过程中地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛、围岩压力、衬砌内力等的监测与分析,探讨此类隧道施工特点。监测结果显示,超大断面隧道开挖变形大,洞口软弱围岩段受力复杂。此外,论述了现场监测对超大断面公路隧道的必要性及仰拱施作对抑制隧道变形的显著作用。     

第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究

研究目的:富水条件下砂岩地层隧道开挖极易产生大变形。本文以蒙华铁路阳城隧道第四系富水红砂岩地层围岩大变形段为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,对围岩变形特征进行研究,从而提出围岩大变形的整治措施。研究结论:(1)对地层围岩认识有限、支护与降水措施不到位,导致围岩背后脱空溜砂,是产生大变形的主要原因;(2)工法变更辅以加密降水能有效控制围岩变形,拱顶沉降、水平收敛降低60%～65%,掌子面挤出降低50%;(3)现场试验监测结果显示,大变形整治措施、工法变更辅以加密降水行之有效,围岩变形量皆在规范允许范围内,后续施工段拱顶沉降监测值与数值模拟值相差18%,拟合较好,数值模拟有一定可靠度;(4)本文提出的围岩大变形相关整治措施,可为类似地层隧道围岩大变形整治、控制围岩变形及隧道安全施工提供借鉴。