高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之二：隧道围岩稳定性分析及其判据

作为一个讲座对以往研究成果作一综述。分析隧道围岩稳定性的3种判据,提出有严格力学依据的稳定安全系数作为围岩稳定分析的定量判据。指出围岩有剪切安全系数与拉裂安全系数,并建议采用强度储备安全系数作为围岩稳定安全系数。建立土体隧道稳定分析的新理念和新方法,计算中考虑了围岩的荷载释放,初期支护作为弹塑性材料加固围岩,并应具有一定安全系数,以确保施工安全。二次衬砌作为弹性结构,围岩、初期支护与二次衬砌共同作用确保运行安全。对岩石围岩分级提出初步建议,并以无衬砌围岩安全系数作为各级围岩自稳能力的定量判据,由此反推出各级围岩的力学强度参数,改善了参数的合理性。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性，对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正，并再次分析不同铁路隧道的安全性，同时与挪威Q法支护参数进行对比，最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道，Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济，但Ⅴ级围岩安全系数偏低；采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用，从而可以减少喷层和二次衬砌的强度，提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

大跨隧道洞口浅埋段初期支护严重变形的整治

文章以某三线大跨隧洞口浅埋软弱围岩段初期支护严重变形的处理过程为例,分析隧道洞口软弱围岩地层段施工时初期支护下沉变形严重的原因,介绍变形段整治方案及处理要点,并提出隧道浅埋软弱围岩段预防下沉的技术措施,为类似工程处理提供借鉴经验与教训。     

单洞四车道超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩合理施工方法研究

为研究超大跨度公路隧道的合理施工方法,该文以连霍高速公路新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程杏花村1号隧道为依托,通过数值模拟方法对超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩采用CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法施工的隧道变形和支护结构受力情况进行分析,在变形与支护结构受力满足设计要求的前提下,考虑各施工方法的优缺点等因素,确定最合理的施工方法,通过开展现场试验分析施工方法的可行性。结果表明：(1) CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法数值计算的隧道变形均不大于21 mm,初期支护安全系数分别为2.48、2.41、2.28,大于隧道设计细则要求的最小安全系数,变形与支护结构受力均满足设计要求;(2)对比3种工法的优缺点,结合隧道地质条件等因素,确定杏花村1号隧道Ⅳ级围岩最优施工方法为上台阶CD法;(3)根据现场测试结果,Ⅳ级围岩采用上台阶CD法施工,拱部下沉最大值为14.6 mm,周边位移最大值为15.0 mm,隧道变形控制效果较好;初期支护的最小安全系数为6.94,满足设计要求。     

分水界隧道偏压段衬砌受力分析

高速公路隧道洞口段常存在浅埋、偏压等不利因素，在进行隧道结构设计时需要特别考虑。文中针对分水界隧道洪江端V级围岩浅埋、偏压段隧道衬砌结构，选取典型断面，运用有限差分软件FLA^2D进行数值计算，分析了隧道支护结构的受力特征，进行了支护参数的检算与调整。计算结果表明，除隧道拱脚处受力最为不利外，其余截面受力较小，设计采用的支护参数满足安全性要求。     

浅埋偏压隧道穿越松散堆积体支护结构受力特性分析

为探究浅埋隧道穿越松散斜坡堆积体时的偏压特性，基于雅康高速日地1号隧道，建立了精确的三维数值模型，运用FLAC3D进行了施工过程的力学分析，并开展了隧道支护结构体系力学行为的现场测试，对其洞口段穿越滑坡堆积体时的围岩变形机理与支护结构非对称受力特性进行了深入研究。结果表明:隧道周边围岩的变形具有显著的非对称特性。初期支护承受较大的荷载，最大围岩压力出现在深埋侧。与变形和围岩压力分布的情况相反，二次衬砌的最大轴力出现在浅埋侧。隧道二衬的安全系数较低，需要较长的时间才能稳定，为了确保隧道运营期间的安全，应适当增加二衬厚度。     

连拱隧道围岩压力计算研究

连拱隧道围岩压力的计算与单洞隧道不一样,在《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010）的基础上对连拱隧道深浅埋分界判断及围岩压力进行了研究。以象山隧道为具体工程实例,对围岩压力进行了计算,并采用midas数值计算软件对衬砌及中隔墙内力进行了计算,得出内力分布图,对连拱隧道设计有一定的指导意义。     

基于三维重构的隧道围岩稳定性快速分析及动态反馈

节理的存在降低了岩体的完整性和连续性,对隧道围岩的稳定具有重要影响,若支护不及时或强度不够将会严重威胁施工安全。本文依托井冈山特长隧道,提出了基于三维重构、块体理论的隧道围岩稳定性快速分析方法,动态反馈、指导设计施工方案优化。针对中风化砂岩、Ⅳ级围岩区段,通过地质素描与统计分析,建立基于节理特征的三维重构地层模型;运用块体理论,分析隧道开挖时临空面关键块体分布、失稳形式及安全系数;提出围岩稳定性动态反馈方法,并对比分析不同支护方案。研究表明:开挖后围岩稳定性较差,必须采取相应的支护措施,根据动态反馈明确在实际施工时必须严格按照原设计方案施作锚杆支护。基于三维重构的围岩稳定性快速分析及动态反馈,可以实现施工过程中地质数据的动态采集、分析与反馈,及时依据实际开挖地层条件,动态调整支护体系,确保结构的经济安全性。     

浅埋、超浅埋隧道的设计与施工技术

浅埋隧道工程埋深浅,不能有效形成承载拱,容易坍塌或产生很大的地面下沉.特别是当超浅埋隧道穿越既有道路或其他工程时,由开挖施工扰动地层亏空而引起地表运移明显,对地表工程结构及周边环境会造成很大的影响或破坏.浅埋隧道设计应遵循"管超前、短进尺、非(弱)爆破、小开挖、少扰动、强支护、早封闭、紧衬砌、勤量测"的原则,初期支护应有足够的强度、刚度,并根据地层情况选择合理的开挖方式与施工工序.     

深圳海园一路隧道设计技术分析

随着我国城市经济的快速增长及人口的高度集中,城市隧道及地下工程的修建日益增多。鉴于城市隧道不同于山区一般隧道,该文在简单介绍城市隧道研究现状后,采用特征曲线法对隧道围岩加固机理进行了分析,以期在工程实践中能够准确、有针对性地采取措施提高隧道围岩自稳能力,保证结构安全和正常使用。结合工程实例,分析了深圳海园一路隧道的设计理念及设计方法、耐久性措施,可为以后相关工程提供技术参考。     

修建城际地下铁路隧道存在的步距问题与相关建议

以莞惠城际轨道交通工程松山湖隧道施工为例,通过对隧道各工序作业时间分析、隧道设计与施工类比和施工模型图说明,认为铁建设[2010]120号文在修建城际地下铁路隧道方面尚存在一定的适应性和可操作性的问题,并提出以下建议:1)Ⅵ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为50 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为85 m(除文中所述几种特殊情况外);2)Ⅴ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为55 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为90m;3)Ⅳ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为65 m,二次衬砌距离掌子面由原90 m调整为120 m。     

基于中条山隧道的台阶法几何参数优化分析

为提高台阶法在软岩条件下施工时的安全性,充分发挥其施工高效的固有优势,以中条山隧道为工程依托对该法施工时几何参数的选取进行优化分析。分析采取数值模拟结合现场监测数据的方法,以初期支护结构安全性、掌子面稳定性以及施工便利性作为优化选择的依据。根据研究成果可知:在软岩条件下隧道采用台阶法施工时,上台阶长度控制在4~5 m时隧道初期支护结构受力合理,施工机械操作便利;上台阶高度取值为0.6H(H为隧道高度)时能较好地兼顾隧道的施工效率以及掌子面的稳定性,但是在围岩条件较差如Ⅴ级围岩掌子面出水或浅埋情况下,其取值应适当提高但也不宜超过0.7H。     

我国公路隧道改扩建技术发展现状及研究展望

通过分析近20年来国内隧道改扩建的发展历程，梳理增建隧道、原位扩建隧道、组合扩建隧道及改建隧道等不同型式的案例，归纳隧道改扩建型式、施工工法、施工力学响应、支护参数设计与优化、安全控制等研究热点的进展，并指出存在的不足。具体如下： 1）在改扩建型式研究上，不同工程的选型指标差异大，缺乏指导性标准； 2）在施工工法研究上，设计多偏于保守，如何利用既有隧道衬砌并实现高效施工，亟待系统研究； 3）在施工力学响应及支护参数的研究上，不同工程的现场监测、解析求解、数值模拟结果存在较大差异，且缺乏对复杂动态加卸载条件下围岩变形、应力及塑性区演变规律的研究，需结合更多的工程实践总结出特点及规律，并建立支护参数优化分析体系； 4）在施工安全控制研究上，主要从减轻爆破振动、优化支护布置、软弱围岩局部加固及施工辅助措施方面考虑，并制定风险源评价的定量指标体系。最后，展望隧道改扩建工程标准化设计、信息化管理、绿色施工及快速建造的发展方向。     

超大断面隧道设计计算方法研究

针对深圳市过境高速公路连接线工程分岔超大断面隧道关键节点,采用数值模拟的手段,分析了隧道的围岩开挖后应力应变关系,提出了荷载计算的新的方法.根据工程的地质,对隧道结构形式的设计方法、要点及设计中应注意的问题进行了探讨.计算表明,采用应变指标判断松散拱荷载的方法是较为可靠的计算大断面荷载的计算方法.隧道采用多导洞开挖施工工法是较为安全的,围岩变形也是可控的.该设计方法可为此类结构的设计提供参考和借鉴.     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

丹平路猫公坝隧道上穿供水隧道的风险控制

深圳市丹平快速路—猫公坝隧道近距离上穿越布吉供水隧道、东部引水隧道,三条隧道交叉叠置,对既有隧道结构影响较大。该文论述了猫公坝隧道修建过程中对既有隧道的影响和工程安全性;提出了既有隧道的工程安全控制指标。建议在地质条件容许的情况下,应进行机械开挖。若必须采用爆破施工,应严格控制既有隧道结构的振动。对既有隧道结构、新建隧道与既有隧道之间中夹岩体提出了加固措施。拟定出施工过程中既有隧道的监控量测方案,根据监测数据反馈围岩与支护的状态以指导施工,并为可能出现的安全问题提供了预案。实践证明,对布吉供水隧道的加固设计是必要的和成功的。