黄土连拱公路隧道围岩变形监测和数值分析

以离军高速公路黄土连拱隧道为工程背景,对地表沉降、地质和支护状况、拱顶下沉和水平收敛进行了现场监测,并采用有限元方法分析了隧道围岩拱顶下沉和水平收敛的变化规律,进而研究了黄土连拱隧道三导洞法施工的围岩变形规律和影响因素．结果表明：黄土隧道Ⅳ类围岩比Ⅴ类围岩变形小,围岩稳定较快;三导洞施工法开挖中、左、右导洞和断面开挖时,围岩应力一直处于重新调整中,变形也在不断变化,且施工中开挖顺序对围岩变形有很大影响,在洞室开挖施工中,要密切注意拱腰及拱顶的变形情况,加强Ⅴ类围岩监测,及时进行临时支护,尽早完成右洞初期支护,以防变形过大而围岩失稳;影响黄土隧道围岩变形的主要因素是黄土的工程特性和地质工程环境．     

铁路大断面黄土隧道初期支护作用效果

以兰渝铁路胡麻岭隧道为工程背景,通过三维数值模拟结合典型断面现场监测,对铁路大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合研究,通过数值模拟得到黄土隧道在开挖扰动后初期支护的受力状态,将数值模拟结果和现场监控量测数据进行对比,获得典型断面围岩与锚杆轴力的变化规律,并对初期支护作用效果进行评价,找出施工过程中的薄弱环节,提出相应的优化措施．结果表明,数值计算与现场实测结果基本吻合,黄土地区隧道施工应坚持“及时支护、及早封闭”原则,确保开挖后围岩变形的稳定．     

大断面黄土隧道初期支护合理施作时机

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节,结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为的变化情况．以控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中,初支施作时机的选择给出了合理的建议．通过现场监测手段,得到了黄土隧道初期支护受力规律：黄土具有明显的流变特性,支护结构的受力很大一部分来自围岩流变产生的附加荷载;支护结构受力在空间分布上并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑．     

大断面浅埋土质隧道施工工法优化分析

为探明大断面浅埋土质隧道在不同施工工法开挖下的变形及支护力学响应特征,寻求适用的工法,以宁安铁路钟鸣1号隧道工程为依托,采取现场试验与数值模拟相结合的方法,研究该类隧道在3种不同工法下的洞周及地表变形、围岩塑性区分布范围、初期支护及二次衬砌内力变化规律。研究结果表明：大断面浅埋土质隧道围岩变形有明显的空间效应,开挖面处预收敛变形所占比例约40%-50%;CRD法与六步CD法施工在控制洞周及地表变形方面明显优于三台阶临时仰拱法,且开挖产生的围岩塑性区分布范围小,两者均能满足围岩及支护稳定性的要求,而CRD法较六步CD法施工工期稍长、造价稍高,因此六步CD法为该类地层隧道施工的优选工法。     

基于有限元的三台阶仰拱初支技术

为了解决大断面软岩隧道的软弱破碎围岩径向位移增速快,开挖后初期支护结构不能尽早发挥作用,极大可能导致围岩失稳、发生安全事故等问题,以新建蒙西—华中煤运通道马湾隧道为依托工程,以优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法进行施工,并借助有限元软件建立隧道模型,对三台阶仰拱初支开挖法进行数值模拟分析。最终结果表明:按优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法能实现仰拱初支紧跟、隧道初期支护整体尽早封闭成环,做到了开挖、支护工序衔接紧凑;隧道最大竖向变形为33. 2mm,拱顶沉降及周边收敛随开挖步的变化均处于施工安全范围内;拱腰初支最大拉应力为1. 08MPa,拱顶最大压应力为13. 8MPa,均符合施工要求,为大断面软岩隧道施工提供一种更安全的新方案。     

软弱地层大断面隧道开挖研究

根据对兰渝铁路桃树坪隧道的监测数据,分析软弱土层下大断面开挖围岩应力的变化情况,得出施工应侧重于1、2断面开挖后临时支护与永久支护的施做,在后续开挖中应对左侧断面拱腰处的围岩变化加强监测。当3、4、5断面施工后应及时施做初级支护和临时支护。在大断面隧道施工中,围岩扰动主要体现在拱腰处,所以在开挖前应做好超前支护。     

公路隧道设计与施工的现状及问题

公路隧道工程设计与施工研究现状及相关问题分析 在公路隧道施工中,台阶法、全断面法、分部开挖法是最为常用的施工方法。在选用施工方法时要充分考虑环境条件、围岩类别、埋深、断面等因素,使其在施工中尽量减少围岩扰动,做好初期支护,及早封闭断面。目前,我国针对公路隧道施工方法的主要研究有：孙钧、朱合华将“虚拟支撑力”运用到地下结构施工中,对隧道推进过程中围岩动态响应问题进行了研究,并利用三维边界元法就全断面开挖、台阶开挖对洞身位移释放系数的影响进行了研究;关宝树、王明年利用卧式试验坑内的有限元仿真分析和相似模型试验,对公路隧道施工中常用施工方法进行了比较分析,并且重点研究了围岩在不同施工方法中的变形特点。     

双侧壁导坑与 CD 法对超大断面隧道开挖影响分析

随着高等级公路的大量建设,超大断面隧道不断涌现。目前对超大断面隧道力学性质与支护结构机理及其施工方法的研究仍然不足。以郑州市中原路西延线韩门超大断面隧道为工程依托,采用有限元分析方法,对超大断面隧道开挖过程进行有限元模拟,揭示双侧壁导坑法与CD法开挖方式下隧道围岩的变形规律、应力分布特征等,为超大断面隧道设计和施工提供理论依据,并通过现场监测予以验证。揭示大断面隧道开挖变形机理,优化施工技术,以指导超大断面隧道设计和施工。     

黄土隧道不同埋深段围岩收敛分析

为降低黄土V级围岩浅埋隧道围岩出现较大变形和坍塌的风险,保证安全施工,研究了黄土隧道不同埋深段围岩的收敛变形特性。通过高精度数显收敛计获取了五个不同埋深断面隧道开挖后20天的收敛数据,考虑了温度变化对数显收敛计钢尺读数的影响,利用数理统计的方法分析了不同断面隧道收敛率和累积收敛值。结果表明:各量测断面的收敛率先降低后趋于稳定,收敛率存在负值现象,埋深越大,其出现的概率越大;随着隧道埋深增加,最大累积收敛值急剧降低,并逐渐趋于稳定。     

浅谈分岔式隧道收敛位移量测

在隧道施工监控量测的各项内容中,隧道收敛位移量测是围岩和支护系统力学性态变化最直接、最明显的反映。以分岔式隧道吉茶高速公路上的坡头隧道为工程背景,介绍了隧道收敛位移量测的测点布置、断面布置原则,并通过典型断面分析指出隧道收敛位移量测对隧道施工的指导和预警。     

Model test for dynamic construction mechanical effect of large-span loess tunnel

It has been a focus of debate for a large time on construction methods for large-span loess tunnel. Reasonable construction method has much effect on stability of tunnel and construction schedule. Deformation and failure of surrounding rock are quite complex. Associating with the large-span loess tunnel of Zhengzhou—Xi’an high-speed passenger rail line in China, large scale model test with geometric proportion 1:20 is applied to study on dynamic mechanical behavior of various construction methods. They include full-face excavation with support and no support, and benching method with support. It is found that pre-deformation and stress accumulation take place ahead of working face. The effects of three construction methods are further studied, particularly in terms of tunnel displacement and stress changes. It is revealed that benching method transfers load to an unexcavated area, limits horizontal deformation, reduces stress concentration effectively, lengthens the distance between location of peak for stress concentration and working face, and consequently increases stability. The model test results not only supply theoretical foundation for determination of reasonable construction method, but also can act as reference for similar tunnel and underground engineering construction.     

基于实测数据的穿越软塑黄土层大断面隧道围岩与支护动态作用机制

选取软塑黄土层分布于隧道拱顶、洞身和隧底3组典型断面开展实测研究，分析了软塑层影响下的围岩变形特征、支护结构力学特征及其差异性，提出了基于实测数据确定支护特性曲线的方法，揭示了软塑黄土层影响下的围岩与支护动态作用机制，给出了相应的防控理念及措施。分析结果表明：隧道围岩变形由大到小依次为软塑黄土层分布于拱顶段、洞身段和隧底段；软塑黄土层分布于拱顶段支护结构拱肩和边墙脚、洞身段拱腰及其以下位置、隧底段拱部和仰拱承受较大围岩压力作用；支护结构承受主要荷载来压方向不同、围岩应力随开挖步序释放率不同及地下水渗流路径不同是3组断面支护结构应力存在差异的直接原因；软塑黄土层分布于拱顶和洞身段时，围岩超前应力释放率约为35%,上台阶开挖支护结构力学性能迅速恶化，软塑黄土层分布于隧底段时，下台阶开挖软塑黄土层对支护结构将产生显著影响；针对上述3类工况，提出的强支护、控侧压和防突沉的防控理念及超前帷幕注浆、大锁脚和基底袖阀管注浆等施工控制措施可有效避免施工灾害的发生。     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明：隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

草帽山隧道围岩支护模拟分析

详述了草帽山隧道的工程概况和主体设计,基于大量的施工现场跟踪调研资料,研究草帽山隧道围岩变形的原因;在分析隧道整体详细情况的基础上,运用隧道工程现代支护最新成果和施工方法,结合数值模拟方法和数学模糊理论,从围岩变形稳定性的理论、支护方法模拟出最适用于草帽山隧道的支护方法,为现场施工提供了有力的理论支持。     

核心土对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响

针对黄土地区山岭双线隧道软弱围岩稳定性较差的问题,通过三维有限元方法系统地分析了台阶长度及核心土长度、宽度对隧道掌子面的纵向位移、塑性区纵向深度和横向大小的影响.得出一些对黄土地区软弱围岩山岭双线隧道具有实际指导意义的结论.     

大断面黄土隧道基底围岩压力研究

黄土隧道基底区域围岩压力确定直接关系到隧道基底承载力是否满足结构稳定及运营安全的要求。以客专浅埋黄土双线大断面隧道为研究对象,分别采用普氏理论、太沙基理论、谢家烋理论、比尔鲍曼理论、卡柯公式、全土柱法、岩柱法、规范推荐方法、有限元法与实测值进行对比分析,推荐大断面黄土浅埋隧道采用太沙基理论与有限元方法相结合的方法计算确定基底围岩压力。     

浅埋软弱黄土公路隧道围岩变形与衬砌受力特征

隧道围岩变形和应力场测试信息是工程围岩状态的动态反映,其为工程设计、施工、理论研究提供了可靠的资料,也为岩土工程从强度破坏极限状态控制向着变形极限状态控制发展提供了可靠的技术保障。分析量测结果并得出浅埋软弱黄土公路隧道围岩变形与衬砌受力特征,可为该工程后续施工和类似地质条件下隧道设计、施工与养护提供借鉴和参考。     

黄土隧道围岩应力释放对初期支护受力的影响分析

以山西省岢临高速公路某黄土隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分析了台阶法开挖方式下不同围岩应力释放率对初期支护结构的受力影响。分析结果能较为合理地反映支护结构的实际受力状况,可为黄土隧道初期支护参数的合理选取提供相关参考。     

挤压性围岩隧道变形特征分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道岭脊地段穿越四条区域性大断层，地应力高，围岩软弱、破碎，属挤压性围岩大变形隧道。隧道施工过程中，出现较为严重的支护变形、支护开裂、钢架扭曲，甚至变形侵限及坍塌事故。针对该隧道特点，开展以变形为主的施工监控量测，进行了变形分布规律、累计变形与最大变形速率的关系、变形与围岩条件的关系以及变形与施工方法的关系等综合分析。提出挤压性围岩隧道具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长的变形特征。