公路隧道软弱围岩变形控制工法超前核心土锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道变形控制工法采用玻璃纤维锚杆对掌子面核心土的基础变形进行预限制,从而提高掌子面及隧道整体稳定。为了分析加固所采用的玻璃纤维锚杆的长度、间距和搭接长度等参数对掌子面超前核心土稳定性的影响,采用数值分析结合现场实测的方法,确定了V级围岩及浅覆土条件下超前核心土的加固参数。研究表明,采用长度为18m、间距为1.2m×1.2m、搭接长度为6m的32mm直径玻璃纤维锚杆进行全断面加固,能够确保隧道掌子面的稳定性。     

新乌鞘岭隧道软岩大变形悬臂掘进机施工控制技术研究

为解决新乌鞘岭隧道8号、9号、10号斜井工区正洞在千枚岩、板岩等软弱破碎岩体前期施工中出现的掌子面频繁溜塌、初期支护开裂、变形扭曲等问题,在对地质预报、监控量测和围岩松动圈等数据分析以及三台阶钻爆法施工支护存在的问题研究的基础上,采用现场试验的方法,研究玻璃纤维锚杆超前加固、超前大管棚支护、悬臂掘进机预留核心土两台阶机械法开挖工法、合理预留变形量以及增强初期支护的锁脚锚固、桁架结构加强初期支护纵向连接、径向注浆加固围岩等措施。经现场应用表明： 1）对于高地应力软弱围岩隧道,采用预留核心土两台阶大断面悬臂掘进机铣挖法施工技术是可行的,结合超前加固、支护结构补强等措施后,支护结构累计变形较前期减小一半以上,支护结构变形可控。2）采用悬臂掘进机开挖,隧道平均线性超挖量可控制在15 cm以内,相比钻爆法喷射混凝土平均超挖率由120%减小至60%,工序循环时间减少3 h左右,月施工进度由25~35 m提升至50~60 m。3）高地应力软岩大变形控制应在合理工法、合适设备、合理预留变形量和具有一定抵抗变形能力的支护结构之间找到平衡点。     

大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟

在低黏聚力的软弱地层、大断面隧道开挖中,掌子面稳定是施工中面临的很大问题。采用超前预加固工法,对浏阳河隧道开挖过程进行数值模拟,通过分析超前预加固法对隧道位移、受力的影响,并研究各加固参数的敏感性,得到掌子面的超前锚杆加固长度对掌子面的稳定性影响最大,掌子面外超前预加固对改善超前核心土受力也有较大影响。     

饱和软土隧道不同开挖方式下的预加固施工效果研究

基于新意法理论,结合东垣隧道的工程背景,在管棚超前支护的台阶法开挖与掌子面锚杆预加固的全断面开挖工况下,采用有限差分程序模拟。通过对比挤出变形、拱顶下沉的情况,对不同工况预加固效果进行分析,研究结果显示:(1)在一定范围内,随着台阶长度的增长,上断面挤出位移量及拱顶下沉量都相应减小;(2)管棚的施作,对于隧道掌子面挤出位移起到了明显的抑制作用,同时可以明显减小开挖面附近的拱顶下沉;(3)针对东垣隧道,要使掌子面整体挤出位移量和拱顶下沉量变化速率小,需要将台阶长度控制在4～8m;(4)在控制拱顶下沉方面,施作管棚的台阶法(6m台阶)开挖相较掌子面玻璃纤维锚杆预加固的全断面开挖具有相当的优势。     

纤维锚杆预加固在大断面隧道中的应用研究

岩土控制变形分析法(ADECO-RS)强调工作面前方超前核心围岩的稳定性,认为核心围岩的失稳是隧道塌方、失稳的诱导原因。该工法适用于低粘聚力的软弱地层、大断面开挖隧道,且采用纤维锚杆对超前核心围岩进行预加固是其主要的施工特点。本文以浏阳河隧道为背景,研究了不同加固参数对掌子面稳定性的影响,其结果成功用于浏阳河隧道河底段的施工。     

节理发育岩体大跨公路隧道锚杆支护参数研究

针对节理发育岩体的单洞三车道大跨公路隧道,以宁波将军山隧道为工程背景,通过离散元手段考虑岩体的非连续力学行为,分析锚杆环向布置范围、环向间距、径向长度对隧道围岩稳定性及支护结构受力的影响,以围岩变形、塑性区、锚杆轴力为评价基准,得到较优的锚杆支护方案。结果表明,Ⅴ级围岩节理发育岩体隧道拱顶超前注浆环向布置210°、间距1.0m、长度4.0m的系统锚杆支护较合理。     

基于新意法原理的隧道全断面预加固效果研究

基于新意法基本理论,以湄渝高速岐山隧道为依托,采用有限差分程序模拟玻璃纤维锚杆超前预加固隧道核心土下的全断面开挖,通过对比预加固开挖与传统工法下挤出变形、收敛变形及超前核心土应力分布情况对预加固效果进行了验证。结果显示,预加固措施可以在一定范围内减小挤出变形,但对掌子面前方扰动范围的影响甚微;两工况掌子面挤出位移均在中心位置达到最大,预加固在掌子面中心处对挤出位移的减小效果最为明显;两工况下掌子面前方预收敛的分布特征与挤出位移基本一致,但掌子面通过后预加固对后方收敛的发展不再起控制作用;两工况下掌子面前方拱效应形成位置基本一致,而预加固措施能够有效加强前方拱效应。     

地铁隧道初期支护参数优化研究

武汉轨道交通3号线是国内第1条下穿汉江的地铁线路,由于过江区间处于特殊地层条件,遂采用矿山法结合盾构法完成施工。矿山法施工的隧道支护效果对盾构的顺利通过起着关键性作用。为了降低工程风险,减少工程成本,采用FLAC 3D软件进行计算,结合正交试验设计方法,对锚杆长度、锚杆排距和混凝土等级等初期支护参数进行优化分析。结果表明:1)将正交试验方法引入数值模拟中进行优化设计是可行的,该方法不仅简便,而且能显著减少试验次数;2)得出各支护参数对隧道变形及造价的影响规律,并最终确定了最优支护参数;3)验证了最优支护参数的可行性,结论具有一定的理论研究意义和工程应用价值。     

雷公山隧道左线进口软弱围岩段的施工方法

介绍雷公山隧道左线进口软弱围岩段的施工方法，包括地表注浆预加固、长管棚注浆超前支护、超前锚杆注浆支护以及初期支护开裂变形情况、处理措施和中壁法施工工艺。     

滇东山区软弱围岩高陡边坡隧道进洞开挖技术对比研究

滇东山区隧道开挖常常遇到软弱围岩及高陡边坡等复杂地质问题,选取合适的进洞开挖方案是确保工程安全顺利实施的关键。选取滇东山区某典型隧道洞口段进行三维数值模拟,从边仰坡稳定性、拱顶下沉、水平收敛、掌子面挤出变形和衬砌受力等方面,对比分析了管棚超前支护和玻璃纤维锚杆超前支护两种技术的优势与不足,分析结果表明:隧道开挖时,在边仰坡稳定性和洞周收敛方面,两种技术都能取得较好效果;在掌子面挤出变形和初期支护受力方面,玻璃纤维锚杆超前支护的加固效果相对更优,论证了新工法(即玻璃纤维锚杆超前支护)的优势与可行性。     

考虑超前支护作用效应的围岩-支护相互作用机制研究

隧道支护结构参数的合理性设计是隧道建设安全经济性的重要保证,而围岩-支护相互作用机制是隧道支护结构设计的核心问题。基于开挖面空间效应的等效力学模型,引入超前支护对开挖面空间效应的影响,建立超前支护、隧道支护-围岩耦合作用模型,得到支护结构与围岩动态相互作用的全过程解析。通过计算实例分析,主要得到如下结论:1)从控制隧道围岩变形角度分析,超前支护、隧道支护均可有效控制隧道围岩变形,说明控制隧道围岩变形不仅要重视隧道支护结构的作用,同时也要考虑超前支护结构的作用; 2)当隧道围岩变形量控制到一定程度时,可通过同时调节超前支护参数和隧道支护参数来达到预期的变形控制效果。     

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现：超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明：超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比（27.8%、28.1%）非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。     

浅埋段软岩隧道施工工法优化模拟应用分析

隧道洞口浅埋段施工易受地表水及不良地质条件影响,隧道大变形或掌子面溜塌事故频发,施工安全风险极高。为解决洞口浅埋段软岩隧道变形控制难题,建立三维数值模型,对不同施工工法的围岩变形及其优缺点进行对比分析,确定采用三台阶临时仰拱法,并通过现场应用验证了优化工法的可行性。结果表明:该工法可在中、下台阶增设临时仰拱,隧道初期支护及时封闭成环,支护结构受力得到改善,对变形控制效果较好。虽相比CRD法在控制隧道变形方面略有不足,但综合各方面因素,优先考虑选择该工法,并采取了分阶段支护参数加强措施。经现场施工实践验证,采用该工法配合分阶段补强支护措施,初期支护变形增长速率很快减小并趋于稳定,可有效控制隧道初支大变形,保证施工安全和进度。     

忻州隧道下穿大运高速公路技术方案研究

为解决大西客运专线忻州隧道下穿大运高速公路时可能引发的路面沉降及结构安全问题,对黄土浅埋隧道采用新意法+新奥法相结合的方式下穿高速公路进行了三维数值模拟,研究工法中不同设计参数及施工方案下的可行性及施工对地面沉降的影响等,结合现场实际发现忻州隧道下穿段采用新意法+新奥法相结合的设计参数(双侧壁导坑法开挖、循环进尺8 m、搭接段长度4 m的上半掌子面加固、120 m通长管棚超前加固、短进尺、早封闭)进行施工是可行的。     

富水断层破碎带大断面隧道设计与快速施工

为解决石峡隧道穿越F7断层及其次生断层影响带、实现快速施工满足通车工期要求的目的，通过数值计算、现场监测等手段，对超前支护、初期支护、锁脚锚杆措施进行了优化，优化措施在工程应用中取得了良好的效果。实践证明： 自进式管棚集钻进、注浆、支护于一体，增强了围岩的稳定性并大幅提高了超前支护施作效率；管棚保护下的两台阶快速开挖方法可实现初期支护的早封闭、少扰动，大幅提高了施工进度；不同角度、长度锁脚锚杆对拱顶沉降、周边收敛的影响规律，应结合围岩与衬砌变形规律选取合理的设计参数；管棚保护下的两台阶快速开挖方法及R51锁脚锚杆有效控制了围岩稳定和初期支护变形。     

裂隙岩体隧道支护受力变形分析及锚杆参数设计建议

隧道穿越节理裂隙发育岩体时,支护形式、参数与节理发育产状密切相关,宜针对性设计,而不是简单的套用规范推荐参数。依托贵州独平高速公路在建隧道工程,通过数值计算分析了不同节理发育程度下结构受力变形特性,结合现场试验及监测提出了锚杆支护参数的设计建议。研究表明,对于独平高度公路控制性隧道工程,Ⅲ、Ⅳ级围岩可采取局部锚杆,V级围岩可取消系统锚杆,但必须施作超前小导管和锁脚锚杆。     

郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究

为实现大断面隧道机械化施工,针对郑万高速铁路湖北段隧道机械化施工所面临的掌子面稳定性控制、支护结构参数优化、机械化施工工法及施工工艺参数选取等主要问题,采取现场试验、资料调研、理论分析等手段,提出掌子面稳定性综合分级方法及稳定性控制措施,并对超前支护、洞身支护参数进行优化。郑万高速铁路采用全断面法和微台阶法2种工法进行施工,同时,对高压劈裂注浆、低预应力锚杆、超挖控制、高标号初喷混凝土等施工工艺进行探索和应用; 在信息化项目管理平台的基础上,建立基于施工动态管理的隧道作业面分类管理方法。研究成果在郑万高速铁路的成功应用将极大提高隧道建设的机械化水平,为隧道机械化施工提供参考。     

浅埋偏压隧道施工工法研究与非对称设计优化

为探究偏压隧道的适宜工法并针对偏压特性对支护结构进行非对称优化,基于九绵高速福隆隧道,通过现场监测深浅埋侧非对称周边收敛与地表变形,建立三维山体隧道模型,进行不同工法围岩、支护结构受力变形比选分析以及初期支护厚度、锚杆长度与倾角的非对称优化设计。相关研究表明:1)现场监测发现,地表沉降与周边收敛非对称特性明显,随着离隧道正中距离的增大,深埋侧地表沉降较浅埋侧数值减小较慢。深埋侧上拱腰收敛数值最大且波动较大,浅埋侧下拱腰收敛增速较慢。2)偏压隧道较适宜工法为CD法,能有效控制围岩支护结构变形、锚杆应力、初期支护压应力以及塑性区分布。3)初期支护非对称优化结果为将浅埋侧初期支护厚度减小2cm,深埋侧增大2cm,能将二次衬砌拉应力控制在较小数值。4)锚杆长度非对称优化结果为将浅埋侧锚杆长度减小0.5m,深埋侧增大0.5m,使锚杆受力更为均匀并减小右上拱肩与左下拱脚的塑性区。初期支护应力在右上拱肩与左下拱脚处存在显著偏压,通过将右上拱肩处锚杆朝深埋侧倾斜能一定程度减小初期支护受力不均匀。     

关于支护锚杆回弹效应的研究

首次采用隐含锚杆有限元子结构形式,推导了锚杆的有限元子结构基本列式,系统研究锚杆对边坡岩体的加固作用以及锚杆在随加固区变形过程中存在的反向“锁固力”对岩体变形的抑制作用,从而提出以有限元子结构的方式来模拟系统锚杆支护效应的新思路。     

隧道超前支护管棚工法设计与计算研究

上世纪80年代以来,随着新奥法在我国的推广应用,在不少隧道和地下工程中采用了管棚支护。但是有关管棚支护受力情况和设计参数,国内普遍以经验为主,缺乏系统的理论探讨,故对管棚做适当简化进行计算来检验根据经验所选参数是否合理是很有必要的。结合坨家山隧道塌方处理方案,总结了超前支护管棚工法应用时的围岩荷载确定方法,给出了管棚结构的简化计算模型和管棚参数的选定方法。