铁路隧道施工主动控制变形技术研究与实践

针对隧道施工中对加固围岩、充分发挥围岩自身承载能力方面重视不够,致使隧道开挖分部较多、工效低以及软弱围岩发生大变形等问题,通过对煤矿行业主动控制变形、国内外主动控制变形技术进行调研和部分铁路隧道施工实践、研究,得出如下结论： 在隧道施工中主动控制围岩变形,可充分发挥、调动围岩的自承载作用;采用主动控制围岩变形技术,可实现软弱围岩大断面机械化快速施工,解决超大断面设计施工技术难题,有效控制高地应力软岩隧道变形,避免大变形的发生; 锚杆、锚索以及注浆加固地层等是主动控制围岩变形的关键技术措施,必须配置大型机械设备,掌握成套施工工艺,确保锚固的及时性和有效性。     

仰拱步距和台阶长度对软岩大断面隧道稳定性影响分析

在软岩大断面隧道施工过程中,围岩稳定性控制难度很大。依托宝兰客专古城岭隧道的勘察设计资料、施工工艺和监测数据,建立符合工程实际的基本数值模型,分析软岩大断面隧道的变形特点,揭示仰拱步距和台阶长度对初期支护变形的影响规律。根据模拟试验结果指导古城岭隧道大变形区段施工,将初期支护累计变形减小了70%。     

新意法在浅埋大断面隧道施工中的应用研究

新意法是一种能有效控制浅埋大断面隧道核心土变形的设计、旌工指导方法;自主创新研究开发适应我国国情的浅埋大断面隧道全断面预加固工法,保证施工稳定性具有重大的工程实际意义。本研究结合武广客运专线浏阳河隧道施工,基于正交试验原理,安排数值模拟试验方案,得到各级围岩下浅埋大断面隧道施工参数建议,为施工提供理论指导。     

公路隧道开挖围岩稳定性数值模拟研究

公路隧道施工中控制隧道围岩在开挖后的变形,避免发生过大变形与破坏,为隧道二次衬砌争取时间是隧道施工中的关键问题。本文采用有限元数值模拟方法,模拟分析某一公路隧道的施工开挖过程,研究在不同的工况条件下,隧道围岩的稳定性,根据分析结果为隧道施工选择了合理的开挖施工方法,隧道典型断面的监测结果表明采用的施工方法能够满足开挖施工的安全及进度要求。     

软弱围岩隧道大变形施工控制技术

结合某软弱围岩隧道实体工程,对软弱围岩隧道大变形施工控制技术进行研究,归纳了其围岩大变形破坏特征,分析了软弱围岩隧道大变形的产生原因,从施工工艺、施工控制方面提出了防止软弱围岩隧道产生大变形的措施和方法。     

大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用

为解决大断面隧道软弱围岩控制难题及人力施工效率低、安全性差的问题,结合约束混凝土支护研究成果,研发拱架智能安装系列设备、装配式约束混凝土拱架（FCC拱架）及相应的配套装置,形成大断面隧道装配式约束混凝土施工体系。开展FCC拱架机械施工过程力学模拟试验,对拱架机械施工过程中的变形及受力进行实时监测,明确拱架机械施工过程力学特性,提出增设肩部节点区抗弯护板的加强措施,进行装配式约束混凝土支护机械化施工现场试验,分别对隧道围岩收敛变形、围岩与初支接触压力、加强后的拱架内力分布特征与规律进行了研究。结果表明：在FCC拱架自重及机械施工双重影响下,拱架肩部节点区变形产生突变,发生明显的应力集中,为受力变形关键部位;加强后的FCC拱架现场举升安装过程中未见有明显的变形;现场试验段围岩偏压现象明显;上台阶围岩变形及受力呈现三阶段波动增长,以拱顶及拱肩部位波动最为强烈;拱架受力整体呈现"上大下小"的特点,最大应力值出现在拱顶外侧,其次左拱肩部位;机械化施工能够有效提高施工效率及装配化水平,保障施工安全可靠,有效控制大断面隧道围岩变形,可为类似工程建设提供借鉴。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

扁平特大断面隧道三台阶法、CD法开挖对比分析

在确保特大断面隧道施工安全可靠的情况下降低施工成本，依托新白石岩隧道工程，对三台阶法和CD法两种开挖方法进行非线性施工阶段对比分析，对两种方法开挖过程中的围岩及支护的变形、应力、围岩塑性区等进行对比分析，指出了风险性较大的开挖步。根据分析结果选择开挖过程中围岩塑性区较小的CD法施工，并结合现场施工监测得出三台阶法施工便捷性高，但围岩塑性区大，稳定性低；CD法开挖隧道，围岩整体稳定性较好，围岩塑性区小，但中隔壁承担的围岩压力大，变形大，容易失稳，加设临时仰拱等措施可减小中隔壁水平变形。     

隧道开挖引起上覆岩体移动变形分析及控制措施研究

在隧道浅埋大断面施工中,受开挖断面尺寸和邻近隧道施工扰动的影响,上覆岩体受力复杂,极易发生移动和变形,合理的施工方法和施工错距对改善围岩受力状况、保证隧道施工安全尤为关键。文中在分析上覆岩体位移变形机理的基础上,采用数值分析方法对浅埋大断面公路隧道采用预留核心土法、台阶法施工时洞内变形和地表变形进行分析比较,并对洞内外变形进行监测。结果表明,台阶法施工方便、工序接替快、对围岩扰动少,当左右幅隧道施工错距为1倍洞距及以上时,可有效减小互相扰动的影响,有利于隧道的稳定。     

中外高地应力软岩隧道大变形工程技术措施对比分析——以兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道为例

为解决高地应力软岩隧道在施工过程中遇到的难以控制的围岩大变形问题,依托国内兰渝铁路木寨岭隧道与瑞士圣哥达基线隧道,采用对比分析方法,从软岩大变形机制、高地应力软岩隧道围岩分级及变形控制技术3个方面对两隧道进行对比,得出如下结论: 1）高地应力软岩隧道围岩大变形是在岩性、地下水、地应力场、围岩地质构造等多种因素共同作用下,因开挖卸荷、应力二次分布引起围岩发生塑性剪切滑移所致; 2）在高地应力软岩分级方法上,兰渝铁路木寨岭隧道与圣哥达基线隧道均采用了BQ法,但兰渝铁路木寨岭隧道分级更全面,圣哥达基线隧道分级更具针对性; 3）在高地应力软岩情况下,圣哥达基线隧道采用的新意法的全断面施工方法在施工管理和成本控制上要优于兰渝铁路木寨岭隧道采用的台阶法。     

高地应力软岩隧道施工变形控制方法试验研究

为了研究高地应力软岩隧道施工变形控制方法,以兰渝铁路木寨岭隧道为例,通过对超前导洞法与三台阶法进行现场试验,分析了2种施工方法在高地应力软岩地层的变形控制效果,总结了三台阶法施工各阶段的围岩变形规律,主要结论为： 1）超前导洞法与三台阶法施工,隧道中台阶是变形控制的重点; 2）2种方法对高地应力软岩大变形总体控制效果相近,应结合其施工效率进行比选; 3）隧道开挖后应及早施作仰拱,这对控制隧道变形极为有利。     

隐式中墙连拱隧道工法探讨

为了选择合理的施工方案,针对隐式中墙复合式连拱隧道,对多种施工方案进行了数值模拟。分析结果表明:在多种施工方案条件下,隐式中墙复合式连拱隧道结构均能保证施工安全;对称中隔壁法和平行中隔壁法在结构安全和变形控制上较为有利。平行中隔壁法中的主辅洞间隔、同步并行施工方案是最经济、最快捷、最环保的方案,其综合进度指标比普通中导洞法提高107%,比三导洞法提高79%,可大幅提高连拱隧道的施工效率。上台阶开挖和拆撑为控制变形的关键工序,辅洞拱部与中墙搭接处、辅洞仰拱与中墙搭接处为结构安全控制部位。     

崤山隧道软弱围岩台阶法施工预留变形量预测原理及变形控制技术

为更加合理地设计隧道开挖预留沉降量,避免造成超挖过多增加衬砌混凝土量或初期支护侵限的问题,依据变位分配控制原理,采用数值模拟及现场监测数据分析等手段,分析软弱围岩台阶法施工时各工序施工对变形的影响程度,确定分步变形控制标准,根据分步变形控制标准建立相应的预警系统和应急工程措施,并依据分步实际变形量预测初期支护的最终变形量,为同一设计围岩等级下隧道预留变形量的动态设计提供指导。在崤山隧道台阶法施工工程中,成功地将初期支护变形控制在预留变形量之内,并动态设计下一循环预留变形量的大小,减少初期支护混凝土用量12.86%,可为隧道多步序开挖预留变形量的设计提供一定的借鉴意义。     

某强倾倒变形体内浅埋偏压洞口段的隧道变形分析及处治技术研究

以处于强倾倒变形体内并在施工过程中出现过2次变形的浅埋偏压隧道进口段为研究对象,针对实际工程地质条件及变形情况,应用新奥法原理及拱效应理论,以变形观察及监控量测为信息化施工手段,及时采用堆（填）碴反压、注浆加固、网喷补强支护等一系列有针对性的补救措施,在洞内成功地加固变形隧道,制止过大变形可能诱发隧道塌方及山体滑坡的险情; 并在后续施工中,通过调整支护参数和利用创新的“三台阶八步法”施工方法,安全、顺利地完成后续不良地质段的隧道施工任务。     

不同工法在炭质片岩隧道大变形控制中的应用研究

隧道施工工法在控制位移变形、资源投入、工程进度、施工成本以及保证施工和结构安全等方面有着重要的作用。为解决炭质片岩隧道修建过程中存在的大变形、坍塌、初期支护及二次衬砌开裂等问题,以谷竹高速公路宴家隧道、关垭子隧道为例,对复杂地质条件下,含绢云母炭质片岩隧道施工工法的适用性进行了研究。通过对软岩隧道施工工法进行分析,并结合工程的地质特征和隧道的断面大小对施工工法进行了优选,经过现场实际验证,说明三台阶法、CRD法、双侧壁导坑法能有效控制围岩大变形,且控制能力依次增强,另外超前预支护对预防隧道坍塌有显著的安全保障作用。     

新蜀河隧道施工大变形控制技术

为了解决隧道开挖后初期支护侵限引起多次拆换的施工难题,在总结已有软弱围岩开挖技术、支护原理、新奥法隧道支护理论和软弱隧道支护技术的基础上,结合新蜀河隧道监控量测资料,对隧道的施工方法、施工工艺、支护参数、施工中采取的主要措施和取得的施工效果等方面做了大量研究。施工中分别对三台阶法、上台阶加设临时仰拱法和中台阶加设临时仰拱法3种工法工况进行了数值模拟计算和工法试验验证,中台阶加设临时仰拱法效果最好,采用此工法后基本控制了初期支护拆换的问题,节约了施工成本,提高了工效,施工风险也大大降低。     

兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术

兰渝铁路两水隧道地质条件极为复杂,洞身围岩为千枚岩及炭质千枚岩,属极软岩,受高地应力影响,施工时发生了挤压性大变形,变形和破坏极为严重。以现场测试和理论分析为手段,结合隧道变形特征,探索和研究了适合两水隧道的软岩变形控制技术,并得出以下结论:1)软岩隧道的变形特性及稳定性(塑性区)取决于地应力、围岩的力学特性、开挖断面等,且与围岩的支护条件密切相关;2)通过采用加大预留变形量、加大支护刚度、多重支护,优化施工方法、适时施作二次衬砌等手段有效地控制了大变形,较好地解决了两水隧道高地应力软岩施工问题。在此基础上,提出了软岩隧道大变形分级标准及其对应的支护参数。     

木寨岭隧道炭质板岩段大变形控制技术

为解决高地应力炭质板岩隧道大变形的控制问题,以木寨岭隧道为例,从地质原因、设计原因、施工原因方面进行了大变形原因分析,通过选择合理的支护参数、采取保护围岩的施工理念,长锚杆、锁脚锚杆进行加强、优化断面形状、预留合理变形量并确定变形控制标准,适时进行支护加强、短台阶或超短台阶快开挖、快支护、快封闭和衬砌适时施作等综合施工技术,有效抑制了隧道大变形的发生。     

浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律，探索地表变形的的控制技术，最大限度地保证顶管施工过程的安全，依托某总部地下停车场项目，针对国内首例采用结构分割转换工法（CC工法）实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析，主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明： 1）通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施，有效地控制了地表变形； 2）在顶推过程的各个阶段，地表变形呈现不同的特点，当出现变形过大时，通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施，使地表变形逐渐趋于稳定变化状态； 3）通过对施工过程地表变形监测数据整理分析，进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。     

紧邻地铁隧道深基坑支护技术及监测分析

为确保既有轨道交通线路的正常运营,必须严格控制轨道交通线路周围施工对运营线路的影响。以广州市某运营地铁隧道侧方深基坑工程为背景,对深基坑紧邻地铁隧道侧的支护设计、施工方案及地铁隧道变形监测结果进行分析总结。主要得出以下结论： 1）需严格控制紧邻地铁隧道侧深基坑的施工,选择合理的基坑支护设计和施工方案对地铁隧道的结构安全至关重要; 2）紧邻地铁隧道侧分段施工,部分区段采用双排桩加直撑的支护形式,在提高支护刚度的同时方便基坑开挖,且施工时预留土台,可有效控制双排桩的变形,降低对地铁隧道的影响; 3）通过变形监测分析,地铁隧道变形满足规范要求,同时能确保基坑的安全。