黄土隧道三台阶施工预制临时仰拱技术及应用研究

为解决隧道临时支护结构施作耗时长、拆除后难以利用的难题,提出一种可重复使用的预制临时仰拱设计与施工方案,并在黄土隧道三台阶七步法中进行应用试验。通过对比现场光纤光栅传感器测试数据和数值模拟结果,对预制临时仰拱实施效果进行研究。研究结果表明:1)预制临时仰拱制作简单、拼装快速并可重复应用,可在大断面隧道三台阶临时仰拱七步施工方法中快速形成临时仰拱,使中台阶开挖后初期支护体系临时封闭成环;2)与传统三台阶七步开挖施工方案相比,采用"三台阶七步开挖+预制临时仰拱"方法可以有效改善大断面黄土隧道施工中初期支护结构受力与变形,其中初期支护结构最大主应变降低约72%,拱顶沉降降低约78%;3)设置预制临时仰拱使中台阶封闭成环,可以很好的改善初期支护结构与围岩的相互作用性能,有效减小隧道开挖后围岩塑性变形范围,保证隧道施工安全。     

台阶法（带仰拱）一次开挖施工技术在软岩隧道中的应用

软岩隧道采用传统台阶法开挖时易出现初期支护封闭不及时、步距超标等问题,为解决上述问题,依托蒙华重载铁路部分隧道,提出台阶法（带仰拱）一次开挖施工技术,阐述三台阶（带仰拱）和二台阶（带仰拱）施工工艺流程,从结构力学与变形响应、施工便捷性与设备空间布置等方面综合分析,提出台阶高度和台阶长度的合理设置原则,结合段家坪隧道与中条山隧道现场施工情况,分析台阶法（带仰拱）一次开挖工法的工序组织、技术要点与应用效果,总结台阶法（带仰拱）一次开挖工法的施工技术特点,并提出该工法的推广应用前景。     

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。     

台阶法在超大断面浅埋偏压隧道中的应用研究

为探索台阶法在超大断面浅埋偏压隧道施工中的可行性,以蒙华铁路石岩岭隧道为研究对象,对台阶法和传统分部开挖法进行比选,提出三台阶临时仰拱+竖向支撑的开挖工法,并采用MIDAS有限元软件建立地层-结构模型,对施工各阶段隧道-围岩体系的应变-应力进行模拟分析,以判断开挖过程的结构风险。对台阶法施工过程中出现的拱顶沉降大、初期支护出现裂缝、爆破对软硬不均地段的影响和地表土体开裂等问题进行分析并提出相应的对策,现场实施效果表明:台阶法能满足石岩岭超大断面浅埋偏压隧道施工安全的要求,且具有施作技术简单、高效快捷的优点,可为类似工程施工提供参考。     

浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

浅埋偏压软弱围岩隧道若围岩为全风化岩,土体较为松散,围岩自稳能力较差,隧道开挖后容易出现塌方、冒顶等灾害,施工中隧道预留沉降量极难把控,即使开挖完成后也容易出现初期支护变形量较大,导致二次衬砌断面不足。京福铁路闽赣五标段金岭头隧道和童游隧道洞口段地质条件为全风化云母石英片岩,呈砂土状,地下水为孔隙裂隙水,施工中合理选用六部CD法、三台阶临时仰拱法和加强临时支护、反压回填等措施,控制了围岩和初期支护变形,保证了盾构能安全地通过风险地段。     

CRD工法及三台阶七步开挖工法的对比和改进

就三台阶七步开挖工法及CRD工法的优缺进行分析和对比,并在2种工法的基础上做综合评价并改进,提出核心土加临时仰拱台阶法的新施工思路和方法,以求对隧道开挖工法进行补充和完善。     

隧道三台阶带仰拱一次开挖台阶长度研究

为进一步提高软弱围岩条件下隧道开挖的安全性及稳定性,依托玉磨铁路新平隧道工程,利用有限差分数值模拟软件,对软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法的台阶长度进行优化研究,主要对比了5种不同台阶高度开挖方案的初期支护位移及内力。结果表明:采用工况5(台阶长度6m)的拱顶沉降值、拱肩收敛值、边墙收敛值均最小,分别为3.91mm、0.78mm、4.78mm;工况1(台阶长度4m)的结构安全性最高,最小安全系数最大,为6.17;综合结构位移及内力,新平隧道软弱围岩段建议采用工况4的台阶高度进行施工。     

浅覆新黄土隧道微台阶法修建技术

浅覆新黄土隧道洞口地段一般采用CD法、CRD法等分部开挖法施工,存在临时支护拆除量大、大型施工机械设备不便开展作业、施工工效较低等问题。依托蒙华铁路黄土隧道工程,提出以微台阶开挖、湿喷机械手快速支护、仰拱快速封闭成环为核心的快挖快支快成环微台阶法修建技术,并以蒙华铁路张裕2#隧道为例,采用数值模拟方法对采用微台阶法时隧道初期支护变形、围岩塑性区、初期支护结构内力及安全系数等进行分析,验证该方法的合理性。对蒙华铁路全线新黄土隧道施工的监控量测数据、资源投入和施工进度等进行分析,结果表明:大跨度浅覆新黄土隧道采用微台阶法施工,初期支护变形收敛小,便于大型机械作业,综合施工进度达到45~67.5 m/月,能极大地提高施工工效,节约工程造价。     

软岩隧道水平收敛异常段支护结构优化研究

九绵高速青龙桥隧道进口段围岩主要为炭质板岩夹薄层灰岩，岩体极破碎。基于CD法施工存在工效较低的问题，施工单位提出三台阶法施工以加快施工进度。隧道施工过程中，中台阶开挖完成后，部分区段初期支护水平方向收敛异常，局部有拱顶掉块现象，对隧道结构安全和洞内施工安全影响极大。针对现场情况，采用数值模拟方式分析施工存在的问题，同时对增设临时仰拱、加强缩脚锚杆等措施进行模拟，分析支护结构变形规律。通过现场实测数据验证，建议采用三台阶法施工时增设临时仰拱和加强缩脚锚杆。研究成果为该项目后续区段施工提供了有效解决方案，可为类似项目提供参考和借鉴。     

扁平特大断面隧道三台阶法、CD法开挖对比分析

在确保特大断面隧道施工安全可靠的情况下降低施工成本，依托新白石岩隧道工程，对三台阶法和CD法两种开挖方法进行非线性施工阶段对比分析，对两种方法开挖过程中的围岩及支护的变形、应力、围岩塑性区等进行对比分析，指出了风险性较大的开挖步。根据分析结果选择开挖过程中围岩塑性区较小的CD法施工，并结合现场施工监测得出三台阶法施工便捷性高，但围岩塑性区大，稳定性低；CD法开挖隧道，围岩整体稳定性较好，围岩塑性区小，但中隔壁承担的围岩压力大，变形大，容易失稳，加设临时仰拱等措施可减小中隔壁水平变形。     

富水软土地层超大断面浅埋暗挖隧道开挖施工技术

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程口岸暗挖段在管幕+冻结超前预支护体系下采用5台阶14部工法分台阶分部开挖。隧道开挖施工工序复杂,包括掌子面注浆、初期支护、临时支撑体系、二次衬砌、临时支撑拆除及三次衬砌等多道工序交叉作业。通过对该支护体系下开挖方法的介绍,结合施工监测数据,表明:顶管管幕+冻结止水帷幕的超前支护下5台阶14部开挖工法合理可行;支护体系随开挖随支撑,有利于隧道开挖安全有序推进;冻结对开挖的影响主要体现在冻土开挖困难与冻胀的影响,需在保证隧道封水安全的条件下合理调控。     

CD和CRD法施工下超大断面隧道围岩变形控制数值计算研究

为研究超大断面隧道围岩变形控制机制,系统开展CD及CRD开挖工法下不同支护方式的数值计算,研究了不同支护方案随围岩强度等级变化对隧道拱顶位移、围岩塑性区应变的影响规律,明确了CRD开挖工法下不同临时支护拆除顺序对隧道围岩稳定性影响规律。通过对结果进行对比分析可知:采用CRD开挖方法比CD法、I22b型钢拱架支护比I18拱架都具有更好的围岩控制效果,且围岩等级越差,控制效果差异越大;考虑到拱顶沉降安全值,采用I18型钢拱架在经济性和施工安全性及便捷性方面具有良好的可行性;采用先临时仰拱,后临时支撑拆除顺序对整个隧道围岩稳定性效果最好。     

象山铁路隧道全风化花岗斑岩地层施工方案优化

针对象山隧道全风化花岗斑岩地层,结合前期的上下微台阶预留核心土环状开挖法的变形情况,分析得出该地层施工控制要点,优化施工方案,提出单侧壁导坑开挖法、三台阶+临时仰拱开挖法,坚持执行隧道开挖"十八字"方针,通过加强支护、增加临时支撑、初支快速封闭、二次衬砌紧跟等一系列措施有效地控制了隧道变形。     

铁路双线软岩隧道控制大变形施工工法比选

为解决双线软岩隧道施工中普遍存在沉降和收敛过大、初期支护变形侵限导致拆换拱的现象,通过介绍兰渝铁路两水隧道施工中应用的几种工法,根据围岩监控量测数据分析,从安全、进度和设备利用方面进行比选,得出大拱脚台阶法比较适合于双线软岩隧道的施工。     

特大跨度四线深埋隧道施工工法研究——以乌蒙山2号出口车站隧道为例

针对特大跨度四线铁路隧道,其开挖面积相当于6倍普通单线铁路隧道,开挖成洞难度大,尚无成功先例。以六（盘水）沾（益）铁路乌蒙山2号出口四线车站隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测,开展特大跨度隧道施工工法研究。研究结果表明： 1）通过“撑索转换”,即利用“外锚”替换“内撑”,实现拱部临时支撑的安全拆除,降低拱部支护体系转换过程中的施工风险,并且突破传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制,提高了拆撑安全性及灵活性,同时为后续施工提供了较大的工作面。2）通过“以索代撑”,即利用锚索取代临时横撑,避免临时撗撑拆除风险,使得开挖更加灵活。3）采用三台阶“撑索转换”及“以索代撑”施工工法,实现了特大跨度隧道台阶法施工。     

浅埋偏压小间距大跨隧道开挖工法的数值分析

软弱破碎岩土条件下合理确定浅埋偏压小间距大跨隧道开挖方法是隧道工程界目前一个亟待解决的难题。采用FLAC3D对软弱围岩条件下大跨度浅埋偏压小间距隧道不同开挖工法的动态施工进行了数值模拟,得出了隧道开挖支护施工过程中围岩与支护体系的位移变形及应力扩展的发展规律。数值结果表明:隧道开挖支护过程中,仰拱处存在隆起应力,中间岩柱和深埋隧道右侧出现应力集中,二次衬砌顺承较大残余应力。研究成果有利于提高隧道的结构设计和施工水平,达到设计和施工更为经济、安全、合理的目标。     

超浅埋大断面滨海软土隧道施工工法研究

拱北隧道为一座滨海软土隧道,开挖断面达340 m2,采用超前管幕预支护下的多台阶分部开挖方案。采用ANSYS软件对五台阶15分区方案和四台阶8分区方案的隧道结构受力规律及安全性进行了数值研究。研究结果表明:1)采用五台阶15分区方案和四台阶8分区方案都能够满足结构安全要求,但在临时支撑拆除过程中,2种方案的施工安全性差异较大;2)四台阶8分区方案在下半断面临时支撑拆除后、三次衬砌尚未施作时,下半断面边墙及仰拱处的初期支护和二次衬砌受力较大,施工安全性较低;3)各部开挖后应及时施作初期支护,并应尽快施作第2层衬砌结构,以减小拱顶下沉和地表沉降。     

大跨扁平极软岩隧道大变形结构处理分析

牛头山隧道为双向6车道大跨度隧道,当开挖至绿泥石云母片岩段时发生了严重的大变形,拱顶最大下沉达1.6 m。为解决极软岩隧道大变形问题,通过对大变形围岩和初支变形特征、发生原因的分析,确定了"分台阶大预留、快开挖、双层强支护、早封闭"的大变形处理原则和方案。施工期间通过对双侧壁、单侧壁法和三台阶法施工的现场实践,证明依托工程采用短台阶开挖工法控制围岩大变形具有十分显著的效果。在确定采用三台阶开挖方法后,对拟定的应力释放层扩挖+双层H型钢初期支护和双层H型钢初期支护+108锁脚钢管两种支护方案,在左右洞进行了平行试验,结果发现采用双层H型钢支护+108锁脚钢管对于控制大变形效果良好,最终采用该方案顺利完成了绿泥石片岩段施工。     

浅埋暗挖隧道下穿既有高速公路数值分析

基于南翔西路隧道下穿既有全三高速公路工程,采用FLAC3D数值分析手段对隧道三导洞开挖法施工过程中围岩应力场和位移场、初期支护内力分布情况、地表沉降情况进行了分析研究,得到了隧道施工完毕后,初期支护大管棚起着良好的支护效果,围岩应力集中区局限在拱部一定范围内。隧道三导洞法施工对拱部影响较大,各个分部开挖后周边围岩均有应力集中现象,但应力变化梯度不大。隧道临时支护拆除前地表沉降最大值23mm,临时支护拆除后地表沉降最大值45mm。隧道仰拱向上隆起30mm。隧道开挖后,隧道周边围岩位移不显著,满足规范要求。地表沉降最大值位置为隧道中线,对应地表沉降槽宽度为50m,影响范围为隧道中线左右各25m。初期支护拱部素混凝土安全系数满足施工安全要求。相关结论对类似工程的设计、研究具有一定的指导作用。     

昔格达组地层大断面隧道施工工法比选分析

昔格达组地层是一种分布于我国西南地区的河湖相沉积半成岩,水稳性差,遇水易泥化、崩解,强度大幅度降低,在隧道开挖过程中易产生围岩大变形、初期支护结构开裂、掉块、坍塌冒顶等灾害事故,严重影响着交通隧道工程的建设。以改建铁路成都~昆明线米易~攀枝花段桐梓林隧道为工程背景,运用FLAC3D数值仿真软件,建立5种施工工法模型。从隧道围岩变形时空效应特征角度,对比分析昔格达组地层在不同施工工法中的变形响应。研究结果表明,不同施工工法对隧道拱顶沉降影响最大;当隧道设计预留变形量为10~15cm时,建议优先选择三台阶临时仰拱法;当隧道设计预留变形量为10cm以内时,建议优先选择CRD法;最先行开挖面最大挤出变形量与最先行开挖面面积近似呈线性正相关;采用预留核心或增加较大刚度的临时闭合支撑有利于控制掌子面挤出变形。