公路小净距隧道纵向空间效应分析

为分析小净距隧道两洞室间的空间效应,采用Midas/GTS有限元分析软件对不同纵向间距下相邻两洞室掌子面隧道围岩响应特性进行分析,得到了围岩变形规律、中夹岩柱应力变化趋势、塑性应变变化特征,并给出两洞室间合理的纵向施工间距。研究表明,隧道拱顶沉降位移在其掌子面前方10 m趋于稳定,中夹岩柱沉降位移变化规律与洞室拱顶沉降变化规律具有一致性,隧道开挖对靠近先行洞一侧的中岩柱水平位移影响较大,在纵向2 m处位移最大;掌子面间距增大会扩大先行洞塑性区分布,对后行洞塑性区分布无影响;当0.5B≤掌子面间距≤1.5B时(B为隧道宽度),中夹岩柱主应力增加较快,当1.5B≤掌子面间距≤2.0B时,中夹岩柱主应力变化不明显,合理的纵向施工间距为2.0B以上。     

挤压性围岩大跨隧道施工工法优化

以兰渝铁路新城子隧道为例,通过现场测试和FLAC 3D数值模拟,对挤压性围岩大跨隧道采用双侧壁导坑法2种不同开挖顺序时的隧道变形和衬砌受力进行对比分析。结果表明:采用双侧壁导坑法按常规顺序开挖导洞1～9比依次分层开挖上、中、下各导洞更有利于控制隧道变形,且二次衬砌受力明显较小;挤压性围岩隧道施工中相邻导洞贯通形成扁平洞室会导致大变形,施工中应尽量避免;2种开挖顺序隧道水平收敛均大于拱顶沉降,必要时可加强临时支护。     

深埋超小净距隧道近接施工力学特性研究

为探究中岩柱厚度小于2 m深埋超小净距隧道先行洞未施作二次衬砌时的近接施工力学特性,通过数值模拟、现场试验等方法,研究超小净距隧道近接施工围岩变形和支护结构受力特征。结果表明：(1)先行洞未施作二次衬砌时开挖后行洞,近接施工影响显著,因后行洞施工引起的先行洞围岩变形约占其总变形量的43%;后行洞开挖使得先行洞初支变形和内力呈现明显的偏压效应,即靠近中岩柱侧收敛变形和结构内力增幅远大于外侧。(2)初支钢拱架受力大致可分4个阶段：先行洞开挖影响段、中期稳定段、后行洞近接开挖影响段以及后期稳定段。施工过程中先行洞左右拱脚和仰拱部位存在较大拉应力,应重点关注。(3)先行洞仅施作初支情况下开挖后行洞,将初支变形和内力作为必测项目,可动态掌握其变化规律,及时采取控制措施,保障施工安全,避免后行洞爆破对先行洞二次衬砌造成结构损伤。     

黄土地区浅埋地铁隧道双侧壁导坑法施工参数优化

依托西安地铁4号线雁南四路站—大唐芙蓉园站的大断面黄土隧道开挖工程,基于MIDAS/NX数值模型优化并确定洞室开挖最优掌子面间距,根据施工监测数据分析了隧道地表沉降和变形收敛特征,验证了掌子面间距设置的合理性.研究结果表明:隧道掌子面间距对地表沉降、拱顶沉降及围岩变形的影响规律一致,上方地表形成了单峰V字形沉降槽;隧道...     

挤压性围岩大跨隧道双支洞挑顶技术研究

兰渝铁路新城子隧道受高地应力软岩影响,为典型的挤压性大变形隧道。本文以新城子隧道为工程背景,为确保安全快速的贯通大跨段,展开了对挤压性围岩大跨隧道的挑顶技术研究。通过对新城子隧道工程特点、地质特点和变形特点的综合分析,研究确定了双支洞挑顶技术,即:上支洞爬坡挑顶进入正洞上台阶,下支洞平坡进入正洞下台阶。最后从监测数据分析和经济分析上验证了方案的可行性,确保了新城子隧道的顺利贯通。     

浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位分析

研究目的:为了解浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位规律,本文结合西安地铁二号线依托工程,构建三维数值计算模型,对黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工的地表、地层纵、横向变形规律进行系统研究,以期提高黄土地区地铁区间隧道的修筑水平。研究结论:(1)双洞开挖的空间效应与开挖洞径和相对位置有直接关系,后开挖洞室掌子面距先行洞室测试断面两倍洞径左右时开始产生影响,开挖洞室到先行洞室测试面断面时,影响最大;(2)浅埋暗挖法施工中地表地层沉降基本经历缓慢变化、急剧变化及逐渐平稳三个阶段;(3)施工对地层的影响与埋置深度近成反比关系,随地层深度逐渐增加,施工对另一侧地层的影响则逐渐减弱;(4)沉降速率与距离监测断面成反比关系,随掌子面向监测断面的靠近而不断增大,而后随着掌子面远离监测断面而不断减小,呈漏斗形,最大值在掌子面过后的2~4 m的范围;(5)横向的地表沉降曲线呈宽底漏斗状,地层沉降曲线变为标准W形;(6)本文研究成果可为西安地铁修建中的地上地下重点文物和古今建筑的保护提供技术支持。     

新城子隧道小间距段施工及测试分析

高地应力软岩隧道的施工一直是工程的重难点问题,针对新城子隧道小间距段,左线采用超前应力释放导洞法进行应力释放,应力释放完成后采用两台阶临时仰拱法扩挖的施工方式;右线采用三台阶临时仰拱法开挖的施工方式,左右线正洞支护均采用双层初支单层二衬结合长锚杆长锚索的支护参数。变形及测试分析显示:右线净空收敛平均值为403.0 mm,左线净空收敛平均值为367.8 mm;接触压力右线平均值175.5 k Pa,左线平均值95.8 k Pa;钢筋应力右线基本在-100~-200 MPa之间,左线基本在-50~-150 MPa之间,表明先行开挖的右线对后开挖的左线具有应力释放的作用。同时对二衬变形速率统计分析表明:新城子隧道钢筋混凝土衬砌采用2 mm/d的控制标准是合理的,衬砌均未出现开裂。本工程的经验可为软岩大变形隧道小间距段落的施工提供参考。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。     

小净距隧道下穿既有建筑物稳定性研究

近接施工引起的结构稳定性一直是城市地下工程关注的热点问题。以合肥小净距隧道穿越利海大厦办公楼工程实践为依托,建立三维数值力学模型,研究建筑物桩基变形特性、小净距隧道围岩塑性区分布和衬砌力学响应。研究结果表明:上台阶开挖引起桩基沉降占整个断面通过后总沉降量较大比例,上台阶施工过程控制尤为重要;接近隧道入口的桩基沉降量最大,从外向内逐渐减小;隧道通过20 m后,桩基沉降基本稳定。小净距隧道围岩塑性区主要集中在边墙、中隔墙和拱脚,建议设置中隔墙对拉锚杆和拱脚锁脚锚杆;先行洞洞周变形大于后行洞,先行洞隧道拱肩、中夹岩柱侧边墙二次衬砌安全系数最小,应作为施工阶段重点监测部位。研究成果对复杂环境城市地下工程设计、施工提供参考和借鉴。     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

DSUC型双护盾TBM小净距段掘进技术研究

西镇站~青岛站区间TBM掘进隧道开挖线净距逐渐变小,左右线隧道开挖线净距由6 m逐渐减小,左右线出洞处隧道开挖线净距最小为0.56 m。右线TBM隧道先行掘进施工,待左线TBM掘进时,左线TBM撑靴需要的顶推力会对右线隧道洞壁产生较大反力,将会对小净距隧道先行掘进隧道管片及周边围岩产生较大影响。通过合理控制掘进技术参数,采取对先行洞安装可移动式台车支撑体系和管片背后注浆等措施,对先行隧道管片及周边围岩进行加固,同时加强对先行隧道管片及可移动式台车支撑体系监控量测,确保左线TBM掘进顺利通过了小净距段。     

隧道穿越红黏土接触带初期支护优化研究

研究目的:不同岩性接触带地质条件复杂,围岩软硬不均,隧道变形与常规地层隧道有所不同。本文以贾塬隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带地段为依托,建立相应数值模拟分析模型,对初支厚度、拱架间距、锚杆长度和间距在控制围岩变形和初支应力方面的效果进行分析。研究结论:(1)隧道穿越红黏土与砂岩夹泥岩接触带时,开挖扰动引起的洞周变形占总变形量较大;(2)初期支护厚度和钢拱架间距两个参数对隧道变形和初支应力控制效果明显;(3)边墙锚杆的长度和间距对隧道变形影响不明显;(4)该成果可为隧道穿越不同岩性接触带时的支护参数优化提供参考。     

四线隧道密贴下穿既有车站施工参数优化分析

为确保既有结构在隧道下穿施工中的安全,以北京地铁19号线四线隧道密贴下穿既有4号线新宫站工程为背景,通过现场监测和数值模拟,分析既有结构在不同导洞开挖顺序、开挖进尺、掌子面错距、临时支护拆除长度等工况下的沉降变形特征。研究结果表明:(1)导洞开挖顺序为"先上后下、先边后中"引起的既有结构沉降变形最小;(2)其他条件一定时,既有结构沉降随着开挖进尺的增大而增大,本项目开挖进尺取2 m为宜;(3)其他条件一定时,既有结构沉降随着掌子面错距的增大而减小并最终趋于稳定,本项目掌子面错距取6 m为宜;(4)其他条件一定时,既有结构沉降随着临时支护单次拆除长度的增大而增大,本项目临时支护单次拆除长度取6 m为宜;(5)既有站东西两侧布设围护桩可以有效控制既有结构沉降。     

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。     

地铁咽喉区小间距隧道施工围岩分析

深圳地铁8号线望基湖停车场咽喉区段,与之相连的有出场线和入场线2条单洞单线隧道,2条隧道以2.59 m的小间距并行施工,具有较大的施工难度和风险。通过建立三维数值模型,模拟现场施工作业,并将计算结果与现场监测结果进行对比,分析围岩的变形情况。研究结果表明:从位移方面看,拱顶沉降和水平收敛与监测结果相比相差不大,小间距隧道中间岩柱稳定性较好。小间距隧道围岩变形值都处于正常范围内,施工现场安全性较高,现场施工作业继续按目前的施工工序进行,便可在规范要求下完成施工。围岩变形的控制,在于合适的隧道开挖方式以及开挖后较强的早期支护和必要的辅助支护措施。     

暗挖地铁隧道下穿输水管廊结构变形分析

依托北京地铁14号线郭庄子站—大井站区间暗挖段下穿南水北调管廊工程，建立了隧道-围岩相互作用分析模型，对管廊变形进行施工全过程分析。研究结果表明：该工程选择两台阶三步法，进尺0.5 m，预留核心土距掌子面2 m，上下台阶间距5 m，左右线掌子面间距25 m，辅助袖阀管注浆方案较为合理。经过径向注浆加固，管廊最终沉降量明显减小，差异沉降及倾斜度均满足设计要求。两台阶三步法施工过程中，上下台阶开挖所引起的管廊变形量占管廊总变形量的93%，说明在开挖阶段采取注浆加固或者及时封闭成环能够有效抑制管廊变形。     

PBA法地铁车站施工诱发地表变形规律研究

研究目的:PBA法在车站暗挖工程中的成功应用能够解决松散软弱地层大面积地下开挖兴建工程的技术难题,基于此,本文以西安黄土地区首个PBA工法车站为工程背景,对先期小导洞开挖数量及开挖顺序的合理确定进行研究,从而得到有效控制地表变形的开挖方式,为该车站的结构设计提供设计参考。研究结论:(1)从车站竖向分析,采用"先上后下"开挖顺序不会对上层土体造成二次扰动,六导洞形式可减少地表沉降约20%,四导洞形式可减少地表沉降约15%;(2)从车站横向分析,采用"先边后中"开挖顺序可有效减少导洞间的群洞效应,六导洞形式可减少地表沉降约10%,四导洞形式可减少地表沉降约10%;(3)从围岩塑性区范围上分析,导洞塑性区主要表现在导洞肩部、帮部及底部,四、六导洞形式采用"先上后下,先边后中"开挖顺序,导洞间塑性区贯通程度及范围都明显减小,可减小由于多导洞开挖对周围土体产生群洞效应的影响;(4)采用"先上后下,先边后中"开挖顺序可有效控制地表变形及塑性区范围,该设计方案可为日后类似黄土地区PBA工法地铁车站提供结构设计依据。     

基于变形潜势的挤压性围岩隧道控制技术研究

研究目的:随着铁路、公路交通网络建设的推进,挤压性隧道大变形现象十分突出,常常伴随着大规模的变形破坏,变形控制难度极大。挤压性围岩隧道变形控制的主要难点是如何划分变形潜势等级、确定支护体系和施作时机。本文结合以往挤压性大变形隧道建设经验,对挤压性围岩隧道上述基本问题进行深入的分析探讨,达到控制变形的目的。研究结论:(1)基于应力场分布特点,将挤压性围岩隧道变形分为"应力型"、"构造型"、"复合型"三种类型;(2)变形潜势是指围岩内部潜在应变能的强弱,可根据变形总量将变形潜势分为"常规、轻微、中等、强烈";(3)变形潜势随变形速率的增大而增强,可根据支护初期变形速率评价变形潜势强弱、围岩与支护体系适应性;(4)揭示了挤压性围岩隧道长、中、短锚杆的作用机理,提出了锚固体系施作时机,确定了合理的钢架的形式、预留变形量;(5)提出挤压性围岩二次衬砌施作时机可按2～4 mm/d控制;(6)本研究能够为挤压性围岩隧道的设计及变形治理提供参考。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

水平层状围岩隧道稳定性及破坏机理研究

研究目的:水平层状砂质板岩隧道围岩施工稳定性是一个难点,为研究水平层状砂质板岩围岩隧道在不同影响因素下的安全稳定性,本文以同马山隧道工程为依托,对水平层状砂质板岩隧道的稳定性及破坏机理进行研究。研究结论:(1)随着岩层厚度减小,洞室爆破开挖后成形困难程度增加,拱顶塌落范围增大,边墙、拱顶等位置破碎程度增加;(2)随着岩体坚硬程度及层理面结合程度降低,洞室由边墙部位发生轻微破坏到整体发生较大变形,成形困难,其中层理面对隧道洞室成形影响的最大段落是破碎带和裂隙带;(3)洞室失稳破坏是围岩压力与爆破动载共同作用的结果,拱顶与边墙处最易发生破坏,拱顶处破坏程度最大,边墙次之,拱腰处最小;(4)本研究成果可为水平层状围岩隧道的建设提供参考。