黄土连拱隧道中导洞临时支护的比选分析

黄土连拱隧道采用台阶法开挖时,中导洞的临时支护一般为钢支撑支护和回填土支护。为了选择合理的临时支护,文章结合太佳高速公路清凉寺连拱隧道的工程实例,对两种支护进行全过程弹塑性数值仿真对比分析。结果表明,钢支撑支护与回填土支护对隧道的地表位移、拱顶沉降、锚杆轴力的支护效果相同,均能满足隧道变形要求;对围岩应力、初期支护应力和锚杆轴力等方面的支护效果,钢支撑支护优于回填土支护。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

上坪格隧道塌方原因分析及处治措施研究

针对福建省漳永高速公路上坪格隧道塌方案例,文章在分析其塌方机理的基础上提出了相应的工程处治措施,并采用荷载-结构法对变更后塌方段初期支护和二次衬砌强度进行了验算。分析结果表明:不良地质、较差施工质量和不合理开挖工法是导致隧道塌方的主要原因;在塌方荷载作用下,初期支护和二次衬砌弯矩较大值发生在拱顶、左右拱腰、左右拱脚和仰拱部位,这些部位在施工中应给予足够的重视;初期支护危险截面的最小安全系数为1.93。二次衬砌危险截面的最小安全系数为2.43。均大于国家隧道规范规定值,满足工程安全性要求。     

深埋隧洞让压支护结构的锚固机理探究

为研究层状岩性下深埋隧洞让压支护结构对围岩分区破裂的影响及其锚固机理,文章开展了高应力条件下深埋隧洞三维相似物理模型试验。选取3∶3和4∶3两种配比的相似材料分层铺设夯实,对4种支护结构形式(刚性衬砌支护、刚性衬砌+让压锚杆支护、柔性衬砌支护和柔性衬砌+让压锚杆支护)进行对比研究。应力试验结果表明,采用刚性衬砌与柔性衬砌支护时,隧洞拱顶、拱肩和侧墙应力均出现波峰与波谷的波浪变化,围岩依然存在分区破裂趋势。而刚性衬砌+让压锚杆组合支护下应力波浪变化趋势减弱,表明支护结构抑制了围岩分区破裂趋势。让压锚杆应变监测结果表明,刚性衬砌和柔性衬砌拱顶位置,让压锚杆均出现了拉压应变交替变化规律,而柔性衬砌支护时隧洞拱肩与侧墙位置让压锚杆只出现拉应变现象。刚性衬砌+让压锚杆的新型让压组合支护结构对抑制深埋隧洞围岩分区破裂有重要意义。     

下穿高速公路的浅埋大跨隧道开挖力学行为分析

深圳市红棉路隧道具有埋深浅(约6 m)、跨度大(16 m左右)、周围围岩软弱、下穿机荷高速公路的距离长等特点。由于机荷高速公路车流量非常大、动态荷载强,因此该隧道施工难度高、风险极大。为研究该隧道开挖过程的力学行为,文章通过数值计算及现场测试方法,获得了隧道下穿高速公路施工过程中地表沉降、隧道拱顶沉降、掌子面挤出位移,初期支护钢拱架应力以及二次衬砌应力的动态变化规律。研究结果表明,在隧道开挖过程中,掌子面前方先行变形的影响范围为1~1.5倍洞跨。隧道掌子面进行锚喷支护加固措施,对减小隧道掌子面的挤出位移作用效果明显。同时,需合理确定支护时机,适当优化施工工序,加快隧道断面闭合时间,加强监控量测,确保隧道成功穿越机荷高速公路。     

公路隧道穿越软弱围岩的变形与控制方法

公路隧道穿越软弱围岩时,其施工难点往往是如何将围岩变形、初期支护拱顶下沉和水平收敛位移控制在允许范围内,处理不当将造成结构开裂、变形以及初期支护侵入二次衬砌甚至坍方等病害.从国内施工现状与存在的问题入手,分析了引起隧道大变形的原因,总结出控制隧道大变形的两大关键点:一是选择合适的施工方法,二是要采取有效控制沉降的措施.并重点针对拱部核心土台阶法提出了控制沉降的措施,包括施工原则贯彻始终、横断面开挖合理分步、控制施工进尺及台阶长度、施作锁脚锚杆和垫块、合理处理渗水和施工用水、减少地基扰动、清除虚碴、加强施工动态管理等几个方面.     

拱盖法隧道围岩稳定性模型试验研究

文章利用大尺寸模型试验,研究了拱盖法隧道开挖过程中地表的发展模式和围岩受力情况。结果表明:隧道开挖过程中地表沉降先后经历了缓慢沉降、快速沉降和缓慢沉降三个阶段,其中中导洞开挖、竖向支撑拆除是沉降快速发展的阶段,拱部二次衬砌完成后开挖下部围岩对地表变形贡献不大;在掌子面推进过程中,监测断面各部位围岩荷载的释放过程具有较大差异性,拱部围岩荷载相比于拱脚和边墙释放更快,且幅度更大;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放;由于支护的及时跟进,围岩自承能力得以发挥,围岩径向收敛变形得到较好的控制;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放,建议工程中应将拱顶沉降作为拱盖法围岩稳定判别的主要依据。     

大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

大断面黄土隧道初期支护与围岩相互作用机理研究

依托已修建并投入运营的郑西高速铁路,针对开挖面积达170m2的大断面黄土隧道,进行了不同钢架形式作用机理的研究,明确了型钢拱架和格栅拱架的适用条件;采用现场对比试验等研究手段,在浅埋老黄土隧道中分别设置了型钢钢架、格栅钢架对比试验段.试验结果表明,两种钢架初期支护变形相当;两种钢架的应力均在允许值范围之内,但格栅钢架应力较小;格栅钢架的围岩-初期支护接触压力分布较均匀;两种钢架组合支护在控制大断面黄土隧道拱顶下沉方面无明显差异,水平收敛基本相等.另外,基于混凝土早期强度试验,采用围岩-结构法,根据组合支护与围岩的特征曲线,研究分析了围岩与组合支护的相互作用机制,最终得出了格栅钢架在大断面黄土隧道中的适用条件,以及在不同围岩条件下初期支护的设计参数.     

浅埋大断面黄土隧道初期支护研究

结合郑西客运专线大断面黄土隧道对比试验,研究分析了浅埋大断面黄土隧道初期支护中锚杆、格栅及型钢钢架的作用以及长期有争议的锚杆作用及钢架类型问题。试验结果表明:有锚杆拱顶沉降值是无锚杆拱顶沉降值的1.7倍,两者的水平收敛、土压力、钢架应力相差不大;格栅和型钢钢架各项试验数值也相差较小。因此,根据分析结果提出了"在浅埋老黄土隧道设计中取消拱部系统锚杆,采用格栅钢架,加强拱部锁脚锚杆设置"的建议。     

浅埋软弱破碎围岩隧道进洞施工技术研究

进洞一直是隧道施工的关键环节,而洞口工程的顺利完成是暗洞正常施工的前提。目前,采用超前管棚支护、超前小导管注浆等超前支护方式基本能够保证隧道顺利进洞,但是大部分隧道进洞后在洞口段均会出现初期支护沉降变形较大的现象。山西省高(平)-陵(川)高速公路郭家川2#隧道洞口段围岩极其软弱破碎,在隧道采用超前管棚支护顺利进洞后,为了防止洞口段初期支护再次出现较大的沉降变形,提出在洞口段采用联合支护的方案,即将洞口段初期支护的钢拱架与护拱连接,并加强初期支护钢拱架之间的纵向连接,实践证明此方案是切实有效的。分析对比表明,对于浅埋软弱破碎围岩隧道,联合支护方案能够有效地减小洞口段初期支护的变形量,保证隧道结构的稳定性,从而保证隧道安全、快速进洞。     

深埋引水隧洞软弱围岩支护结构受力特征研究

文章依托工程实例,针对深埋软弱围岩引水隧洞支护体系的受力特征,开展了现场试验研究,并基于强度折减理论和数值模拟分析,提出了一种计算软岩隧洞施工期间二次衬砌承载力及其强度安全系数的方法,对围岩和二次衬砌的稳定性进行了评估分析。研究表明:边墙部位锚杆发挥拉拔支护效应明显,根据锚杆中性点位置推测出的软弱围岩塑性区有不断发展和扩张的趋势;初期支护钢拱架架设后能立即发挥支护作用,给予围岩较大的支护力;采用该方法求出的二次衬砌在施工期间将参与承担12%的围岩释放荷载,墙脚应力集中部位的安全系数最小,二次衬砌承载特征的计算结论与二次衬砌接触压力的现场试验结论基本吻合。成果可为深埋软弱围岩条件下的隧洞修建提供一定参考。     

隧道型钢拱架打孔对其刚度影响分析

在软弱围岩隧道施工中常采用型钢拱架进行支护,但当拱架间距小于1 m时,施作超前小导管的外张角难以控制。为减小超前小导管外张角,现场施工中采用了型钢拱架腹板打孔的方法。文章通过建立拱架三维模型,计算了不同打孔范围、不同打孔密度情况下拱架的变形情况,研究了型钢拱架腹板打孔对拱架和支护体系的刚度影响。结合现场对比试验,根据初期支护变形、围岩压力和拱架内力的实测情况,提出打孔间距是影响拱架刚度的主要因素。在本工程条件下拱架腹板打孔的安全间距为40 cm及以上,其对拱架刚度的削弱程度小于4%,对整个初期支护体系的刚度几乎没有影响。     

乔庄隧道穿越软弱围岩施工力学行为分析

文章以济邵高速公路乔庄隧道为例,应用有限元程序对软弱围岩段隧道实体建模,采用二维弹塑性地层-结构模型模拟隧道施工全过程,得到了初期支护和二次衬砌等支护构件的受力和围岩位移收敛状况;同时,通过比较表明,拱顶下沉和拱腰水平收敛以及支护受力现场实测值与理论计算数据两者变化规律基本吻合。由此说明,采用现场动态监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法可为隧道衬砌设计和安全施工提供可靠的科学依据和技术指导。     

锚杆长度对散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响研究

针对松散堆积体地层,隧道施工出现大量的安全事故,大变形和塌方事故不可避免,因此有必要进一步针对此类地层条件下的隧道施工技术开展深入的研究,从而为高速公路隧道的安全、快速施工提供重要保障。为此,文章开展数值模拟,研究了锚杆长度对维持散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响。结果表明:隧道在开挖过程中,左线隧道的竖向位移表现出拱肩拱顶拱底的分布规律,右线位移表现出拱底拱顶拱肩的分布规律;锚杆越长,锚杆的轴力就越大,对围岩的锚固效果就越好,对初支应力有一定的改善;拱顶受拉锚杆对拱顶的沉降有小幅的改善,但是边墙处受压,锚杆则对洞周水平收敛没有帮助。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景,采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段,深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律,揭示偏压与现场支护结构破坏关系,根据锚杆支护参数对偏压控制的影响,提出支护最优参数。研究表明,在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性,随着岩层倾角的增大,初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移,反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形;随着锚杆长度的增加,围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小,锚杆最优长度约为3.5～4.5 m,锚杆沿层理面垂直方向打设,初期支护结构的偏压现象得到明显改善;现场优化支护后,左右拱肩呈对称变形,位移量基本相同,偏压得到明显改善。     

浅埋偏压黄土隧道塌方处治及效果分析

为研究软弱黄土隧道塌方处治效果,文章以宝天高速某隧道洞口段塌方治理工程为依托,分析了隧道塌方的主要原因,提出采用超前大管棚与注浆小导管相结合、洞内与地表共同治理的综合处治措施,并通过现场实测与数值计算相结合的方法详细分析了处治效果。结果表明:地形浅埋偏压、设计偏于不安全、降雨通过地表裂缝浸泡围岩等因素最终导致隧道坍塌、地表塌陷;处治后塌方段初期支护和二次衬砌的变形及受力在20 d后趋于稳定,且均未发生异常变化,处治效果良好;现场监测和数值计算的拱顶沉降和周边收敛规律基本一致,相关变化值都在规范的允许范围之内,处治后隧道结构处于稳定状态。研究结果可为类似隧道工程塌方处治提供借鉴。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

大断面海底隧道初期支护变异对二次衬砌安全性的影响

运用大型有限元通用软件ANSYS和钢拱架与混凝土间的粘结滑移退化模型,分析了海底隧道典型初期支护裂缝及钢拱架锈蚀对二次衬砌安全性的影响规律.相对于未开裂前,拱顶开裂造成二次衬砌边墙安全系数最大降幅达5.0%,拱腰开裂造成未开裂侧二次衬砌边墙安全系数最大降幅达15.6%;初期支护承受全部围岩荷载时,钢拱架锈蚀对二次衬砌拱顶安全系数的影响最大,80%锈蚀率时拱顶安全系数降幅为10.0%左右.