高含水率黄土大断面隧道变形特性及施工方法

针对宝兰客运专线高含水率黄土大断面隧道建设过程中遇到的初支变形大、掌子面易失稳坍塌等技术难题,现场对高含水率黄土的分布进行了统计,并结合郑西客运专线大断面黄土隧道相关研究成果开展隧道变形特性试验。结果表明:高含水率黄土主要分布于黄土塬坡脚下方平坦阶地浅埋段,多位于土石界面附近或砂质黏质黄土界面附近;含水率越高隧道变形越大且以沉降变形为主。一般含水率黄土隧道可以采用台阶法施工;中高含水率黄土隧道需在台阶法的基础上加强辅助支护以控制变形;未饱和的高含水率黄土隧道可以采用简易CRD法或四台阶法施工;饱和高含水率黄土隧道需采用帷幕注浆等措施对掌子面进行预加固,经加强超前支护和辅助支护后可以采用台阶法施工。     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

大断面超浅埋黄土隧道长距离并行天然气管线沉降控制技术探讨

依托大西客专忻州隧道洞身浅埋段长距离并行天然气管线设计施工沉降控制措施研究,提出大断面黄土隧道采用"双侧壁导坑法+上半断面玻纤锚杆稳定掌子面"的支护设计方案,由于采用该方案,避免了高压天然气管线长段落拆改工作,取得了较好的工程效益。     

泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究

泥石流堆积体隧道围岩松散破碎,黏聚力差,掌子面及洞周极易坍塌,初支拱脚沉降变量大,初支结构整体失稳风险高,施工安全难以保证。为此,结合红桥关隧道穿越泥石流堆积体段工程,开展泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究。实践表明：采用管棚与玻璃纤维锚杆相结合的掌子面超前支护措施,可增强掌子面稳定性,掌子面向隧道净空变形破坏得到控制;采用“先固后钉法”的围岩加固技术(即地表竖向、洞内纵向群桩注浆加固和土钉加固围岩),改善了围岩物理力学特性及抗变形破坏能力;采用锚桩与横担梁相联合的初支拱架沉降控制技术,解决了隧道初支拱架锁脚部位沉降问题,使拱架结构稳定性大幅提高,保证了隧道安全高效施工。     

纵环向注浆联合支护技术在滑坡体黄土隧道中的应用

结合工程实践,采用方案比选优化、现场试验测算及实施验证,归纳总结青兰高速公路青皮塔隧道纵环向注浆联合支护施工技术,本工程穿越原始森林浅埋偏压黄土滑坡带,滑坡段土体极发育,土体松散,含水率达25.8%~31.5%,基底承载力不足200 kPa,隧道埋深浅,围岩稳定性极差。本技术在普通隧道超前纵向注浆支护的基础上进行改进,增加径向浅层注浆,采用水泥-水玻璃双液浆,形成了钢拱架、超前纵向与径向注浆导管、固结体联合的支护体系,提高了岩体的稳定性,有效控制了洞体整体变形,减小岩体变形,确保偏压高含水量黄土隧道施工质量和安全,保证了后续作业施工和运营安全,加快了施工速度。     

浅埋大断面黄土隧道安全快速施工方案探讨

浅埋大断面黄土隧道施工易塌方,设计考虑采用侧壁导坑法,在现场施工期间,出现了施工进度慢,施做不到位引起的开裂变形甚至塌方等问题。基于浅埋大断面黄土隧道的变形特性,结合传统矿山法、新意法、预切槽法等施工方法的技术特点,提出了浅埋、大断面黄土隧道不同工况下安全、快速的施工方案。     

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。     

散粒体地层土压盾构掘进掌子面稳定性研究

采用三维离散元方法开展了考虑动态掘进过程条件下的散粒体地层土压盾构掌子面稳定性研究。首先建立与文献[14]室内模型试验相匹配的三维离散元模型,通过对比两者之间结果验证数值方法的合理性,然后采用验证的数值方法建立原型土压盾构模型并在散粒体地层中掘进,探讨隧道埋深、地层特性以及施工扰动等因素对掌子面稳定性的影响规律,并从颗粒运动层面解释隧道失稳机理。研究结果表明:盾构施工过程削弱掌子面稳定性,极限支护压力pf增加,影响程度与面板开口率和掘进状态相关。pf随土体内摩擦角增大而减小,砂土和砂卵石中pf随隧道埋深线性增加。当隧道埋深较大时,密实砂卵石地层中pf基本不再变化。当埋深较浅时,失稳区发展至地表,覆土厚度较大时拱顶上方形成稳定塌落拱,失稳区分布范围随内摩擦角增大而减小。研究成果对散粒体地层中修建盾构隧道确保掌子面稳定具有指导意义。     

超前深孔劈裂注浆技术在高含水率黄土高铁隧道中的应用研究

针对宝兰高铁在长段落连续高含水率黄土地层中修建大断面隧道过程中,面临的围岩变形大、掌子面易失稳、支护结构易变形侵限等问题,通过现场调研和室内试验,在揭示沿线高含水率黄土围岩物理力学特性及隧道病害特征的基础上,提出采用高压排水注浆挤出土中水分以改善黄土物理力学性质的"超前深孔劈裂注浆"围岩加固方案及关键设计参数,并在沿线...     

冻融环境浅埋砂质黄土隧道围岩变形规律研究

研究目的:黄土因其结构性工程性质特殊,其中砂质黄土受冻融作用的影响尤为敏感,浅埋砂质黄土隧道施工过程中在冻融循环作用下发生各类病害屡见不鲜。本文以银西高铁惠安堡黄土隧道洞口段现场监测结果为基础,进行冻融条件下砂质黄土的参数试验,配合数值模拟等方法,得到这种不良地质条件下隧道围岩变形规律及稳定性发展状况。研究结论:(1)冻融循环对不同含水率的砂质黄土物理、力学特性均有着重要的影响,且随着含水率的增加,这种影响的作用更加强烈;(2)运用FLAC3D软件对不同含水率砂质黄土隧道围岩变形规律进行了研究,得出冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形规律;(3)分析了冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形的影响机理;(4)本研究结论可为季节性冻土区浅埋砂质黄土隧道设计和施工提供借鉴和参考。     

迈式管棚治理风积砂质黄土隧道塌陷下沉侵限施工技术

风积砂质黄土是极易发生崩塌的土质,在隧道掘进开挖施工中会造成开挖工作面的失稳,如遇湿陷性时,会产生很大的塌陷、沉陷、下沉侵限变形和承载能力的丧失。结合准池铁路朔州隧道采用大直径迈式自钻式锚杆作为管棚超前支护工程实例,对处理风积砂质黄土段塌陷、下沉、侵限体,具有钻进、注浆、锚固施工一体化作用,施工进度快,不需要开挖钻场,钻进不需要下套管,施工方便、快捷,值得推广。     

郑(州)西(安)客运专线高桥隧道变形原因浅析

研究目的:多座大断面黄土隧道在施工过程中均出现了不同程度的地表裂缝,尤其在隧道浅埋偏压段更为突出,因此对大断面黄土隧道进行深入调查及针对大断面黄土隧道的施工方法,支护结构和围岩的应力、变形情况、地表裂缝情况开展研究是很有必要的。研究结果:确定隧道产生变形的原因是由于黄土结构相对疏松、施工开挖面大、施工工艺控制不严格且隧道变形地段存在偏压等原因造成的,从而提出大断面黄土隧道在浅埋段宜采用短进尺,强支护,快封闭,勤量测,二衬紧跟的施工原则,并做好地表及拱顶下沉检测工作。     

浅埋软弱地层隧道围岩稳定性分析及综合施工技术

结合沪昆铁路客运专线野火芽隧道工程实例,针对浅埋软弱地层隧道施工,进行了围岩稳定性分析,提出关键施工技术原则,采取了优化浅埋段护拱结构,地表注浆、中管棚无硐室法超前支护、控制安全步距等技术工艺措施,并结合地质超前预报、监控量测资料,及时调整优化施工工艺和参数,顺利完成了隧道浅埋段的施工。     

米拉湾卵石土隧道塌方处理方案

兰新铁路米拉湾隧道位于青海省民和县境内,隧址埋深浅,土体为卵石土,围岩自稳性较差,在开挖过程中局部出现坍塌、冒顶情况。针对该隧道地质条件和处理塌方工程实践,着重论述了铁路隧道卵石土塌方处理施工技术,并介绍了处理卵石土隧道施工中采用大管棚超前支护,尽早封闭成环,加强监控量测工作,以及加强施工管理等措施,对类似隧道施工具有一定的借鉴意义。     

浅埋微距双线土压平衡盾构水下始发分析

为了研究双线土压平衡盾构水下始发时的施工扰动行为,以广佛环线城际铁路沙堤隧道工程为背景,采用流固耦合分析方法,系统分析有无渗流作用下土压平衡盾构于河道中进行始发的施工响应和地层加固问题,并基于开挖面稳定系数的概念和方法对盾构始发过程中开挖面的稳定性进行分析与评价。研究结果表明,地下水渗流作用会大大增加开挖面失稳风险,引起地表发生较大沉降;始发加固作用可以有效减小地表沉降值,且可以减弱盾构掘进对加固区域外地层的超前扰动;基于开挖面稳定性系数的开挖面稳定性等级分析方法得到的开挖面稳定性分析结果与数值模拟结果基本一致,可以用于盾构隧道开挖面稳定性的分析和评估。     

铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d~(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d~(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。     

深埋风积沙地层隧道掌子面失稳特征研究

研究目的:风积沙是一种黏聚力低、自稳能力差的土体,给隧道设计和施工带来很大困难。本文研究旨为揭示不同掌子面角度下深埋风积沙地层隧道的掌子面失稳特征,从而反馈设计施工。研究结论:(1)掌子面前方失稳区呈楔形状,再向上扩展形成封闭的灯泡状区域,随着掌子面角度增大,失稳区下部扩大,上部缩小,掌子面稳定性逐渐改良;(2)掌子面角度对于失稳区的纵向、横向尺寸影响不大,失稳区前边界约为掌子面前方1倍洞径处,横向跨度约为2倍洞径;(3)失稳土体中存在压力拱,其顶点位于拱底上方1~2倍洞径间,随着掌子面角度增大,失稳区形成的压力拱顶点在下移,跨度在减小;(4)本文推导了适用于深埋风积沙地层的掌子面支护力计算公式,并提出了相关设计施工建议;(5)本研究成果可应用于深埋风积沙隧道,尤其是台阶法或盾构法开挖的隧道。     

道/隧上下交叉段隧道支护分析和加固探讨

研究目的:本文主要针对郴宁公路万华岩右幅隧道(在建)浅埋段受地表水泥厂石灰石长胶带输送廊道交叉跨越施工影响,研究分析在初期支护条件下隧道掌子面发生早期坍塌的原因,后期状况下通过钢架支护试验类比和支撑近似分析两种方法得到冒顶最终发生的原因;从经济技术和风险方面对后期隧道加固方案进行探讨;最后针对隐藏风险,提出合理避险,减少损失。研究结论:对于上下近临(接)施工,必须遵照有关建设程序报批;同期施工双方在本文情况下,应遵循先下后上、先重后轻的施工顺序;对初期支护状态下的濒临冒顶的全～强风化围岩、大跨浅埋隧道应优先采用地表注浆方案,以确保人员安全和方案最终实施。