高速公路分岔隧道施工过程稳定性分析与监测研究

分岔隧道连拱段至小净距段的过渡处,中墙由钢筋混凝土变为原岩,施工过程十分复杂。采用三维数值方法和施工现场监测相结合的方法研究了分岔隧道施工过程中的稳定性,数值模拟了无支护开挖和施加锚喷、二次衬砌支护后隧道的受力及稳定性。计算结果表明,支护后稳定性显著增强,与现场监测结果对比一致,隧道整体稳定性较好,但是中墙产生较大的应力集中,靠近连拱段的小净距段稳定性较差;锚喷、衬砌支护对于减缓围岩应力集中程度,减少塑性区、降低位移量有明显效果。最后在保证隧道安全的基础上提出了隧道支护的优化措施。     

大跨分岔式隧道结构设计关键技术研究

以深圳市东部过境高速公路莲塘隧道为工程背景,对大跨分岔式隧道结构设计中的关键技术进行研究。通过有限元计算,对＂2＋2车道＂和＂2＋3车道＂分岔的断面形式,连拱段结构设置的必要性,钢支撑的选型以及系统锚杆的布设方案进行分析和对比。主要结论：1）在满足交通功能的前提下,应尽量选取＂2＋2车道＂的设计形式;2）小净距段隧道受力状态及施工工法前后转换方面均较连拱段有优势,建议取消连拱段;3）大跨分岔式隧道分岔部一般设置在隧道工程地质较好地段,以方便大跨分岔结构的实施,如莲塘隧道将分岔部设置在Ⅲ级围岩段,而对于开挖跨度接近30m的大跨段,初期支护一般应设置钢格栅,此时应优先选用＂钢筋格栅＋喷锚＂的初期支护形式;4）莲塘隧道分岔部位于Ⅲ级围岩段,系统锚杆设计长度以5 m为宜,应于拱部、侧墙均匀布设。     

单跨5车道公路隧道过渡“3+2”小净距隧道施工力学研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道及匝道2车道的"3+2"小净距段,采取直接过渡的方式不设置连拱段,最大开挖跨度达到30.46m,最大开挖面积达450.41m~2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段决定了施工过程中非常复杂的工序转化,施工力学机制难以把控,分岔隧道围岩应力受隧道净距和断面形式的影响,分岔隧道的施工与支护结构设计面临诸多难题。通过三轴试验结合数值分析的方法对大跨段与小净距段交界处以及小净距隧道的施工力学进行研究,得出如下结论:1)现场取得的花岗岩试样属于弹脆性岩石,岩石处于三向受力状态时岩石强度和稳定性远大于双向受力状态,花岗岩试样弹性模量与围压呈正相关,结合Hoek-Brown强度准则以及Mohr-Coulomb强度准则对三轴试验结果进行修正得到现场岩体的物理力学参数。2)分岔隧道大跨段过渡至小净距段施工时,应及时对大跨段与小净距段交界面处围岩进行封闭,建议采用高性能喷射混凝土和工字钢支护,保证围岩尽快处于三向受力状态。3)小净距段隧道开挖对大跨段末端断面位移的影响主要是竖直方向,同时也会引起大跨段隧道末端初期支护不同程度的内力变化,其中左右拱脚处内力变化最为剧烈。主洞隧道施工对大跨段隧道内力和位移影响范围为掌子面后16m,匝道则为掌子面后12m。4)小净距段施工时,主洞和匝道隧道最佳纵向开挖间距为16m;当主匝隧道净距大于6m时,可作为独立单洞进行设计和施工。     

分岔隧道过渡段稳定性研究

采用数值分析和地质力学模型试验2种手段对分岔隧道中四车道大拱段和连拱段、连拱段和小净距段2个过渡段进行了研究,并在工程现场对关键断面进行了监控量测;数值分析采用的是有限单元法,在模型试验中研发了组合式三维地质力学模型试验系统和铁晶砂胶结相似材料;对3种手段的结果进行比较分析。结果表明:从横向来看,过渡段拱顶、中隔墙和中隔岩柱等部位受隧道开挖的影响较大;从纵向来看,过渡段Ⅱ比过渡段Ⅰ危险。     

分岔隧道阶梯状变化段施工力学特性研究

分岔隧道是在我国交通建设中出现的一种新型结构隧道形式,通常是由明洞、大拱段、连拱段和小净距段等5部分组成,同时具备大跨度隧道、连拱隧道和小净距隧道的受力特点,施工过程中受力状态极为复杂。采用有限元计算软件对某分岔隧道施工过程进行建模分析,得出了隧道施工过程中围岩与隧道的变形、围岩的应力状态、初期支护喷射混凝土和锚杆的应力状态。通过对所得到的数值模拟结果进行分析,得出了施工过程中分岔隧道中夹围岩应力较大,应该对其进行加固处理;各分段交界面处应力集中明显,应当对其加强监测等结论。     

五车道大跨分岔隧道小净距段中夹岩柱支护效果研究

厦门芦澳路与海沧疏港通道交叉处拟建一座地下互通式立交隧道,隧道分岔处由单洞5车道大跨段直接过渡至主洞3车道匝道2车道的小净距段,不设置连拱段,最大开挖跨度30. 46 m,最大开挖面积450. 41 m2。分岔隧道由大跨段直接过渡到小净距段,交界处中夹岩柱最小厚度仅为1. 2 m,中夹岩柱的稳定性是小净距隧道设计与施工的重点与难点。基于以上背景,首先通过三轴压缩试验确定岩石力学指标,并基于Hoek-Brown估算方法得到岩体参数,进一步运用数值计算方法对小净距隧道中夹岩柱的支护效果进行研究。结果表明:①花岗岩试样属于弹脆性岩石,其弹性模量与围压呈正相关;②由于围岩强度较高,预应力对拉锚杆相比较于普通锚杆可以缓解中夹岩柱的应力集中,施工中建议采用低预应力对拉锚杆;③主洞隧道初期支护的左、右拱脚的安全系数最小,说明左右拱脚应力集中较为明显,施工时应加强左右拱脚处支护;④岩石的强度和稳定性与围压关系较大,施工时建议采取主动支护的手段,及时地对隧道以及中夹岩柱进行封闭支护,使得围岩尽快的处于3向受力状态。     

深埋小净距隧道围岩压力计算方法研究

根据普氏理论经验公式对深埋小净距隧道的围岩压力计算公式进行了推导,并针对沪蓉国道湖北省宜昌～恩施高速公路某分岔隧道的四车道小净距段,运用本公式进行计算分析,得出结论如下:当中夹岩柱厚度增大到一定程度时,围岩压力与分离式隧道相同,在Ⅴ级围岩条件下,当中夹岩柱厚度小于3 m时,围岩压力与连拱隧道基本相同,在Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,围岩压力比连拱隧道的大;在Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩条件下,左右洞室之间无影响的净距分别为55 m、20 m、10 m、7 m;中夹岩柱的承载能力对小净距隧道围岩压力有较大影响,选择合理的中墙加固方法对小净距隧道的稳定及结构受力十分关键.本文可以为深埋小净距隧道的结构设计提供参考.     

大跨分岔隧道分岔段施工方法研究

大跨分岔段隧道跨度大且分岔段形态复杂多变,支护结构与周边围岩的受力特性采用常规的二维平面应变研究方法已不能反映围岩与支护的真实特性,需要结合施工方法进行三维数值分析进行地层结构分析。本文结合莲塘大跨分岔隧道,使用有限元分析软件MIDAS-GTS对隧道施工进行全过程动态三维数值模拟。分析结果表明,莲塘隧道超大断面段采用双侧壁导坑法施工,连拱段采用中导洞法施工,小净距隧道左洞采用上下台阶法开挖,右洞采用CD法开挖为最合适开挖方案。     

独立隧道、小净距隧道和连拱隧道结构受力独立性研究

 独立隧道、小净距隧道和连拱隧道三种隧道设计与施工都要遵循“基本维持围岩原始状态”和“能量最小原理”。只要结构设计合理、科学组织施工，即可基本保持小净距隧道和连拱隧道洞体受力的独立性。连拱隧道优化断面衬砌压力和内力分布基本对称，与分离隧道相接近，是一种合理的连拱隧道构筑方法。     

厦门梧村山隧道胜利贯通

2009年7月8日下午17时，厦门梧村山隧道胜利贯通。该隧道位于厦门浦南工业区，隧道浅埋暗挖段全长665m，由连拱隧道、小净距隧道和分离式隧道组成，其中连拱隧道段长415m，其结构型式为3车道连拱隧道，开挖跨度达34m；隧道地面房屋密集，受施工影响的房屋多达95栋；隧道埋深仅10多m，地质条件总体为Ⅴ～Ⅵ级围岩；地下水埋深2～4m。这种地层一经暴露遇水即为流沙，开挖难度极大。在如此差的围岩条件下施作隧道，既要保证大跨连拱隧道结构自身的安全，又要保证地面建筑物的安全，工程设计、施工难度实属国内罕见。设计单位重庆交通科研设计院采用了无中墙连拱隧道结构和施工方法、全断面帷幕注浆、地下长管棚、超前长锚杆、围岩后注浆、地面隔离桩支护、地面房屋基础注浆加固、地面房屋基础抬升注浆等多种措施，保证了隧道结构和地面房屋的安全。