隧道管棚设计参数的确定

管棚作为超前预支护辅助措施,广泛应用于隧道和地下工程建设领域。分析并确定隧道管棚的设计参数,为管棚施工、设计提供参考。     

管棚超前支护在平顶直墙隧道中的优化设计

管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法在防止隧道塌方、控制地层位移方面发挥着重要作用.管棚设计需要确定两个基本参数--间距、截面尺寸.而管棚的设计理论还不够成熟.文章引入土拱原理可以计算管棚的最大间距;而对于截面尺寸.提出在弹性地基梁法的基础上,考虑隧道开挖影响并结合增量法进行计算较为合理.同时认为,两个基本参数的相互影响必须综合考虑,假定管棚直径进行间距设计,应根据管棚受力分析进行校核,通过多次循环假定、计算、校核以得到较为合理的管棚设计参数.     

新意法在浏阳河隧道参数设计中的应用

首先根据新意法的基本理论,对浏阳河隧道进行分类,确定其为短期稳定状态.然后依据超前核心土的平衡和隧道开挖的影响范围确定超前预支护的基本参数,并通过数值计算、模型试验和现场监测三个方面对其参数进行验证.分析结果表明:采取的超前支护措施有效地限制了地表沉降、隧道洞周收敛和掌子面挤出变形,有利于隧道的稳定.     

管棚预支护下隧道掌子面稳定性理论分析

为了探究管棚预支护下隧道掌子面稳定情况,文章结合管棚受力特点,首先建立管棚Winkler地基模型,然后将地基反力作用于模型掌子面上部;并基于刚体极限平衡理论,推导了掌子面稳定安全系数计算公式,最后以巴东隧道三号横洞某里程段为工程背景,分析有无管棚下掌子面的稳定性,并讨论各参数对管棚挠度以及掌子面稳定性的作用规律。结果表明:随着管棚直径增大、管棚支座位移减小、开挖进尺与开挖台阶高度降低、围岩内摩擦角与粘聚力增大,管棚最大挠度减小,掌子面稳定安全系数提高;较好围岩条件、较小开挖高度和较小管棚支座位移下,短进尺开挖对提高掌子面稳定的作用更明显;随着隧道埋深增大,掌子面稳定安全系数先减小,后增大,然后保持不变。这与选用的规范中围岩压力计算公式有关,隧道在浅埋条件下,围岩压力随着埋深的增大而增大;隧道在深埋与浅埋之间时,由于存在两侧岩体的夹制作用,围岩压力随着埋深增大而减小;而隧道在深埋条件下,存在塌落拱效应,围岩压力趋于稳定。     

运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测研究

文章基于弹性地基梁弯曲微分方程,变形、转角、剪力以及弯矩协调方程和边界条件,建立了运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测模型,并对模型进行了求解。算例结果表明:预测模型获得的解析解与数值解几乎吻合,最大误差在2.7%以内,可运用于类似工程上浮量预测;盾构隧道纵向上浮量随地层反力系数的增大而减小,但非线性递减关系,当地层反力系数大于10 000 k N·m-3后,其上浮量几乎不受地层反力系数影响;实际工程可通过壁后注浆技术控制地层反力系数在10 000 k N·m-3左右,达到经济与安全的平衡。     

浅埋暗挖隧道围岩预加固机理及稳定性分析

隧道工程中浅埋暗挖隧道施工软弱围岩的稳定性及地层变形控制是一个十分重要的问题。文章分析了浅埋暗挖地铁隧道开挖后围岩扰动带变形特性、表征方法,稳定性分析方法。利用特征曲线法及莫尔-库仑强度理论分析了地层预加固机理。以国内常用的管棚预加固技术为例,提出了利用混合物理论中体积分数概念来分析加固效果的方法,并给出了应用实例。有限元实例计算分析结果表明:采用管棚预加固技术加固隧道拱部可降低地表沉降,但对降低开挖面挤出效应效果有限。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道开挖进尺研究

粉煤灰地层具有结构松散、强度低、孔隙率大、物理不均匀等特点,隧道穿粉煤灰地层工程地质差因此施工难度大.本文依托盐坪坝隧道研究了开挖进尺对围岩稳定性的影响,利用Rhinoceros建立盐坪坝隧道大断面连拱隧道的网格模型并导入FLAC3D软件中进行数值计算,研究表明:当进行上台阶环形开挖时围岩变形出现突变,开挖进尺对隧道拱顶、拱肩位移影响较大,开挖进尺从2.0 m增加到3.0 m时拱顶变形增加1.09 mm,拱肩变形增加0.9 mm,远大于开挖进尺从1.0 m增加到2.0 m时的变形,考虑开挖安全和施工进度,最终选用2.0 m为施工循环进尺.     

上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究

在上软下硬地层中进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及既有建(构)筑物。文章依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,利用三维有限差分软件FLAC~(3D)建立了下穿施工过程数值计算模型,分析"八"字形隧道下穿既有道路施工过程中,路面沉降特性及地层沉降规律,并通过现场多种监控量测手段加以对比验证。研究结果表明:地表沉降槽总体呈"人"字型,在隧道间距小于2.0D时,左右隧道拱顶沉降槽叠加效应明显。在隧道间距小于4.0D时,地表沉降有较大叠加;左右隧道开挖引起的上覆地层变形影响范围随深度增加而减小,减小速度随地层深度增加而增加;通过分析模拟过程中每一开挖步引起的地表沉降量,论述了超前支护措施对控制地表沉降的作用,并就超前注浆参数进行对比研究,进而优化了施工工法与支护对策。     

大直径曲线管幕顶进过程中地层变形控制及监测

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段下穿珠海拱北口岸,采用"曲线管幕+冻结"作为开挖预支护。由于隧道地理位置敏感、地质条件复杂、施工方法特殊,对曲线管幕施工引起的地层变形控制要求极高。文章通过对管幕施工引起地层变形影响因素的分析,提出地层变形的控制措施,包括:选择合适的顶管机械和配套设备、动态控制顶进参数、洞口止水控制、始发接收止水控制、钢管挠度要求、泥浆置换等。根据现场监测数据,从地表变形、地表沉降槽和地表沉降累积效应三方面分析了大直径曲线管幕顶管引起的地层变形规律,为工程建设的安全和合理性提供实测依据,并为今后类似工程项目提供参考和借鉴。     

水平旋喷桩预支护在软弱黄土隧道中的试验研究

为提高软弱黄土隧道地基承载力,针对研究项目洞口段围岩的特点,提出水平旋喷桩预支护方案.经计算分析,参考水平旋喷桩在其它工程项目中的应用情况.初步确定水平旋喷桩加固体的直径、长度、纵向间距等.结合围岩地质条件,采用不同的灰水比、注浆压力、钻机提升速度等施工控制参数开展大规模现场成桩试验.对所有成型桩体直径、长度、3 d及28 d强度进行检验.由检验结果调整预设计参数,得出了水平旋喷桩设计控制指标、施工工艺参数.工程应用表明,采用水平旋喷桩超前支护技术具有较强的适应性和可操作性,提高了软弱黄土地区公路隧道围岩稳定性和地基承载力,可为软弱黄土地区公路隧道的设计与施工提供借鉴.     

影响软岩隧道台阶法施工安全的关键因素

文章通过兰渝线铁路隧道台阶法现场施工方式及出现变形的观察与思考,分析造成掌子面滑塌、掌子面后方围岩及初期支护变形、甚至出现“关 门”塌方的原因,找出在台阶法施工时引起此类变形所涉及的地质、施工等方面的关键因素,阐述了台阶高度、长度与地质条件及开挖进尺与台阶高度、隧道超前支护参数的关系.针对隧道台阶法施工出现的变形类型,明确相应预防之对策,确保施工安全.     

浅埋暗挖软岩隧道管棚预注浆加固效果分析

为研究浅埋破碎软岩隧道采用管棚预注浆超前支护后的加固效果,以某隧道工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立了管棚预注浆超前支护、仅采用管棚支护以及无任何超前支护作用下的三种开挖模型并进行了数值模拟分析。结果表明:管棚预注浆超前支护措施在隧道拱顶上部形成加固带,承受了隧道拟开挖区域大部分的围岩荷载,改善了地层成拱能力,有效控制了地表下沉、拱顶沉降和应力集中现象,使地表下沉减小52.7%,拱顶沉降减小58.9%,拱脚收敛减小61.4%,仰拱隆起减小63.8%,竖向应力减小79.2%。管棚支护显著支承隧道上覆围岩压力,有效减小衬砌弯矩,阻止喷射混凝土的开裂破坏,降低土层变形过程中锚杆所承受的拉力;且相比于管棚预注浆超前支护,仅采用管棚支护对控制隧道边墙收敛及隧道仰拱隆起的效果同样显著。对于该软弱破碎围岩浅埋暗挖隧道下穿既有重要管线的施工,采取管棚加预注浆超前支护手段,确保了工程安全顺利进行,研究结果可为类似工程提供一定参考。     

崇文门地铁车站管幕预支护施工效应模拟分析

北京地铁五号线崇文门站下穿既有地铁一号线区间隧道,车站顶板与区间隧道底板间距2.858 m,施工中为了严格控制既有环线区间隧道的沉降,确保环线地铁运营安全,首次采用了管幕预支护技术。文章采用3D-S igm a三维有限元软件对施工效应进行模拟分析,预测车站施工引起的既有隧道的沉降量,以确定合理的管幕预支护参数及其作用效果。     

无工作室管棚技术的研究与应用

在复杂隧道及地下工程施工中,大管棚作为一种行之有效的超前预支护手段发挥了极其重要的作用.然而,常规管棚施工技术存在施工工序多、工作室扩挖工程量大、成本投入高、质量安全难于确保等多种弊端.文章在常规管棚施工技术基础上,大胆提出取消管棚工作室,通过对管棚孔定位及顶进进行优化和调整,形成了无工作室管棚施工工法;同时结合工程实例,从技术可行性、经济合理性、安全可靠性及施工方便性等方面论证了该工法的优越性,并在齐岳山隧道F11断层中成功应用.     

小间距大跨隧道施工引起地层变形规律及支护结构受力特征研究

小间距隧道施工引起的地层变形与两隧道间净距有很大关系,净距很小时,不能简单看作两个独立隧道施工引起地层变形的叠加.基于厦门机场路隧道小间距段为工程背景,采用有限差分程序(FLAC30)模拟分析了隧道间净距对地层变形和支护结构受力的影响,并通过实测数据分析了隧道开挖引起地层变形的横向影响范围,对工程的后续施工提供了指导,为大跨度小间距隧道的开发和施工设计提供了较确切的参考数据和理论依据.     

山岭隧道围岩流变参数识别及应用研究

依托西康高速公路油房湾小净距隧道工程,对隧道围岩--石灰岩的流变特性进行了试验研究,给出了流变变形特性曲线,建立了能描述油房湾隧道围岩流变变形特征的流变模型.基于流变反演理论,获得了相应模型的弹性性能参数(岩体弹性体积模量、剪切模量和变形模量等)和流变参数及长期弹性模量等.利用反演流变模型及参数,并结合油房湾小净隧道工程地质特点及施工方案进行了三维流变数值模拟分析.结果表明,小净距隧道围岩变形时效特性规律基本符合H-K模型特征,表明基于试验辨识的H-K蠕变模型和反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价,为山岭小间距隧道的设计和施工提供了可靠的参考信息和理论依据.     

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。     

第三系富水砂岩铁路隧道施工技术

程儿山隧道所处地层主要为第三系富水砂岩,稳定性差,扰动后会发生流塑性变形。文章分析总结了第三系砂岩的性质和前期施工工法的优劣;提出了"重降水、辅注浆、强支护、快封闭"的设计施工理念;详细阐述了超前降水、超前预支护、双层初期支护、二次衬砌等施工措施。     

跟进式管棚在隧道洞口松散破碎地层中的应用

针对山岭隧道洞口松散破碎地层常规引孔顶入法管棚施工存在管棚孔坍孔送管困难的问题,文章以来都高速公路某隧道洞口管棚施工为工程背景,介绍了跟进式管棚施工工艺在隧道洞口松散破碎地层的应用情况,并阐述了该工艺的施工流程、施工方法、施工要点及支护效果。应用效果表明,在松散堆积体、围岩破碎等自稳能力差的地层中采用跟进式管棚施工,速度快、超前支护效果较好、结构安全。     

盾构隧道近距离下穿高架桥主动预支护研究

地铁隧道与高架桥同期修建或紧邻相继施工的情况越来越多,其传统被动支护措施存在控制效果有限、支护结构施作扰动剧烈、受环境空间限制可选择性小等弊端。文章以济南轨道交通R1线盾构隧道近距离下穿拟建高架桥为工程依托,提出了框架结构、三轴搅拌桩结构及隔离墙结构3种主动预支护技术,分析了不同预支护工况的地表沉降特征、桥桩变形规律及管片主应力分布情况。研究表明:不同预支护工况下,隧道地表沉降、桥桩变形及管片主应力呈现不同趋势。无预支护时,桥桩变形及管片压应力最大;随着框架结构间距的不断减小,承台外缘变形逐渐增大,承台中心变形逐渐减小;三轴搅拌桩刚度较小,隔离控制效果较差;多框架结构、搅拌桩植桩结构及隔离墙结构的加固控制效果逐渐增强;实际施工中,多框架结构对各项控制指标的加固效果较为均匀,且经济性好、施工便捷,应优先考虑,而搅拌桩植桩结构及隔离墙支护在不良地质区域具有一定优势。