浅埋大跨度隧道施工方法的比选与应用

结合京珠复线长湘高速公路三车道隧道工程,采用数值模拟对双侧壁导坑法、三台阶法施工隧道围岩和支护系统变形及受力特点进行对比分析,并结合现场施工应用情况,对比分析两种工法的优缺点。研究结果表明,双侧壁导坑法施工在控制围岩变形及地面沉降方面优于三台阶法,且产生的围岩塑性区较小,但两种工法施工均能满足围岩及支护稳定性的要求;三台阶法在施工进度、资源利用、造价、工序转化及施工难度方面具有优势,长沙地区浅埋大跨度隧道采用三台阶法施工,可以保证施工的安全、快速、高效。     

施工工法在翔安海底隧道中的应用研究

基于翔安隧道现场监测数据,并结合数值方法,对CD法、CRD法及双侧壁导坑法的应用情况进行了探讨.研究发现,在大跨度海底隧道修建过程中,施工工法对隧道结构的变形及受力具有重要的影响.应用双侧壁导坑法施工时隧道拱顶下沉量比CRD和CD法小,而CRD法施工引起的该值又比CD法小;在控制隧道结构水平收敛方面,CRD法效果最好,它所引起的隧道水平收敛量值明显低于双侧壁导坑法和CD法.在支护结构安全性方面,应用双侧壁导坑法施工时,隧道结构受力较好,结构安全系数较大,而采用CD法施工时,隧道边墙安全系数小于1.因此,在翔安隧道施工期间,双侧壁导坑法和CRD法为合理工法.     

滇中红层地质大断面浅埋隧道的工法适应性研究

大断面公路隧道浅埋段地质条件多变,结构受力复杂;加之处于层间结合力差的滇中红层地区,在隧道开挖过程中极易发生围岩坍塌、失稳,支护变形、开裂等灾害影响。考虑隧道施工过程及运营期间的安全性和结构耐久性,应根据隧道所处地质环境选择合适的施工工法;本文工程背景为宜石公路昆明段山冲箐隧道,借助Midas GTS/NX有限元软件研究V级围岩条件下不同开挖工法对隧道稳定性的影响。结果表明CRD工法在V级围岩段施工时,隧道右拱腰处水平位移值最小;采用双侧壁导坑法开挖时,隧道左拱腰位移、拱顶沉降以及围岩塑性区分布范围较小;基于不同工法结果对比,建议在类似工况中采用双侧壁导坑法。     

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法(也称微台阶法)与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。     

烟台山大跨度小间距隧道施工方法的选用分析

为了选取合适的施工方法,保证大跨度小净距隧道的施工安全,以市琅岐环岛路西北段烟台山隧道为工程背景,开展了隧道合理施工方法选用分析。通过Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法和Ⅳ级围岩采用中隔壁法施工,对施工过程中的拱顶沉降、水平收敛、地表沉降等进行了数据分析。结果表明:Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法和Ⅳ级围岩采用中隔壁法,隧道周边收敛、拱顶沉降和地表下沉均未超过限定值,说明选用的开挖方法合理。     

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法（也称微台阶法）与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。     

超大跨度公路隧道施工工法转换方案及工期分析

对国内隧道施工工法转换案例进行了调研与分析,发现目前国内隧道施工工法转换方法大多过于保守,不利于快速施工,并且对超大跨度公路隧道施工工法转换的研究甚少。以济南绕城高速老虎山超大跨度公路隧道为依托,对Ⅴ级围岩向Ⅳ级围岩过渡段从双侧壁导坑法施工向CRD法转换的方案进行了比选分析。选用双侧壁逐渐向中间靠拢、形成中隔壁的转换方案,安全完成了工法转换;对比分析该工法转化与传统工法转换方案的工期,得出所用的工法转换方案比传统方案节省工期22 d。     

大王顶大跨软弱围岩隧道快速施工技术研究

江肇高速公路大王顶隧道进口段围岩较差,设计采用双侧壁导坑法开挖,但该工法存在工序转换频繁,工作面小等缺点,致使隧道施工工期紧张。根据该隧道实际情况,通过软弱围岩快速施工案例调研和计算数值分析,提出快速施工方案,成功解决了大王顶隧道施工工期进展难题,保证其按期完工。     

基于数值模拟的浅埋软弱围岩大断面隧道施工工法对比研究

为了探求浅埋软弱围岩大断面隧道的合适施工工法,以某浅埋软弱围岩大断面隧道为依托,采用数值模拟方法,建立浅埋软弱围岩大断面隧道施工的力学仿真模型,通过对隧道一新的施工工法(动态分部施工工法)与常用的三台阶法、CRD法、CD法及双侧壁导坑法等施工工法进行对比研究,分析动态分部工法的优缺点,并论证该新工法在依托工程施工的可行性。     

高原浅埋隧道不同施工方法力学行为分析

为了分析不同施工方法对高原浅埋隧道施工过程中稳定性的影响规律,以某隧道工程实例为背景,采用有限差分软件FLAC3D对双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法进行数值模拟,并分析对比高原浅埋隧道在2种施工方法中的围岩变形、支护应力和围岩塑性区分布规律。数值模拟结果表明:双侧壁导坑法在控制围岩变形和地表沉降方面优于三台阶预留核心土法;支护拉压应力更小,围岩塑性区分布范围也更加均匀合理。因此,对于高原浅埋隧道,采用双侧壁导坑法施工具有更大优势。     

回头沟隧道洞口浅埋偏压段开挖方法比选研究

以回头沟隧道工程洞口段为例,针对偏压隧道常用施工方法,对台阶法、环形开挖留核心土法、CRD法、单侧壁导坑法等开挖方法进行模拟分析,从控制围岩变形以及围岩塑性区范围,减小围岩应力集中方面分析,单侧壁导坑法优于其他三种方法,但结合隧道工程条件,从施工工序,施工工期方面分析,在实际施工时可以采用台阶法进行开挖。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。     

砂卵石地层台阶法施工隧道围岩-支护结构应力应变特性三维离散元分析

为了解砂卵石地层隧道围岩和支护结构的应力应变特性，以青海循隆高速公伯峡隧道为依托，借助PFC3D离散元软件对公伯峡隧道穿越砂卵石地层进行三维模拟，重点研究以密排短管棚预支护为根本前提，以三台阶预留核心土为施工方法的砂卵石地层围岩和支护结构的应力应变特性，并与现场实测进行对比分析。研究结果表明： 隧道台阶开挖时，围岩应力集中范围逐渐从拱顶过渡到拱腰，直到拱脚，对应的塑性区范围不断扩大，且密排短管棚对塑性区的发展有一定的“遮拦效应”； 围岩横纵向变形规律一致，主要是向隧道临空面产生收敛变形，且密排短管棚形成的梁拱效应限制了掌子面前方位移发展； 2种方法得到的初期支护变形规律一致，均呈阶段性变化，拱顶下沉累计值大于周边收敛累计值，且两者的最终变形量均满足规范限值要求。     

基于对数应变考虑渗流影响的软弱围岩圆形隧洞弹塑性解

为求解发生大变形时软弱围岩圆形隧洞的应力和位移，基于三剪应力统一强度理论和拉格朗日坐标下的对数应变，通过考虑施工期、运行期和检修期3种工况下主应力顺序以及渗流等影响，推导理想弹塑性模型软弱围岩的弹塑性解，并分析弹性模量、泊松比、孔隙水压力和强度准则4个参数对塑性区厚度和洞壁处径向位移的影响。研究结果表明： 1）施工期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现先增大后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），而运行期围岩塑性区厚度随弹性模量的增大呈现逐渐减小后逐渐趋于一个稳定值（小应变解），洞壁处径向位移在施工期和运行期2种工况下均随弹性模量的增大逐渐减小； 2）施工期和运行期围岩塑性区厚度随泊松比增大几乎无影响，而洞壁处径向位移随泊松比增大呈线性增大； 3）施工期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而增大，而运行期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移随孔隙水压力的增大而减小； 4）不同强度准则下的塑性区厚度和洞壁处径向位移变化显著； 5）检修期围岩塑性区厚度和洞壁处径向位移变化规律与施工期类似。对于发生大变形的软弱围岩圆形隧洞，推导的弹塑性解与小应变解明显不同。     

软岩隧道超前导洞应力释放力学机制及适用性

为研究软岩隧道超前导洞的适用性，基于经典弹塑性理论，建立深埋软岩隧道超前导洞法开挖应力释放的力学模型，采用2阶段的方法推导考虑超前导洞应力释放的隧道开挖弹塑性解。定义围岩应力释放比来反映应力释放的效果，并研究不同地应力、围岩弹性模量、强度等条件下超前导洞开挖半径对应力释放效果的影响。结果表明： 通过施作超前导洞可以降低作用在支护结构上的围岩压力，尤其是在高地应力环境或围岩较软弱的条件下，采用超前导洞法进行应力释放效果更加明显。但导洞半径并非越大越好，现场试验表明： 对于3车道大断面软岩隧道，导洞断面太大对隧道围岩的稳定不利。隧道施工中，应在保障围岩稳定的前提下进行应力释放，做到初期支护尽早封闭成环，实现隧道安全快速施工。     

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。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

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。     

地表水平及倾斜下隧道变形受力特性对比分析

地表倾斜是傍山隧道经常遇到的情况,给施工带来极大的困难。因此,基于有限元原理建立了地表水平和地表倾斜的两种模型,通过对比分析地表水平和地表倾斜情况下的围岩变形受力、围岩塑性区分布、支护结构受力情况,研究地表倾斜下隧道的变形受力特性。结果表明：地表倾斜下的围岩和支护结构受力均不关于隧道中心线对称,且围岩水平位移表现为顺坡方向,围岩应力在深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰部位产生应力集中,深埋侧左墙脚和浅埋侧右拱腰弯矩增大明显,塑性区分布呈“不对称蝴蝶”形分布。     

钢架岩墙组合支撑工法动态施工力学特性及其应用

京沪高速公路济南连接线浆水泉隧道全长3 101 m，最大开挖断面尺寸为19.5 m×13.1 m，是目前中国最长的双向八车道高速公路隧道。浆水泉隧道穿越地层主要以Ⅲ，Ⅳ级硬质灰岩为主，且施工工期紧，传统的双侧壁导坑法、CRD法等因施工工序繁琐，临时支撑多，施工效率低，无法满足工程工期需求。基于以上背景，提出钢架岩墙组合支撑分部施工工法，主要特点是中间岩墙和上台阶临时钢架组成临时支护体系，在减少临时支撑的同时，中部岩墙还能通行车辆，5个工作面可同时施工，从而实现快速施工；在此基础上，进一步运用数值计算与室内模型试验相结合的方法，对该工法的动态施工力学特性进行研究。结果表明：施工过程中，隧道上部围岩开挖的时间段是支护结构受力最不利时期，支护结构内力在此期间增长迅速，波动较大；中隔壁是支护结构中受力最不利处，其余部位结构受力对隧道施工反馈很小；影响拱顶沉降和仰拱隆起的主要因素是隧道上部围岩的开挖，影响拱脚处围岩水平收敛的主要因素是隧道下部围岩的开挖；支护结构承载和围岩变形均能够满足公路隧道施工安全需要；通过在浆水泉隧道中的实际运用表明该工法能有效提高施工效率，缩短施工工期，是一种可行的超大扁平断面隧道快速施工工法。