单跨5车道公路隧道工法优化及施工力学特性研究

为解决超大断面公路隧道传统工法工序繁杂、效率低等问题,依托厦门芦澳路—海沧疏港通道2#分岔隧道大跨段(国内在建最大断面公路隧道),利用"以索代撑"的思想,并结合围岩强度高的特点,提出主动支护的钢架岩墙组合支撑法并对其进行工法优化。通过岩石三轴压缩试验和Hoek-Brown估算方法获得围岩力学参数,并采用数值计算的方法验证该工法的合理性,确定预应力锚索长度为10m,预应力值为1000k N,同时对其施工力学特性进行研究。结果表明:围岩变形主要发生在岩墙((5)分部)开挖前,且以竖向变形为主,上台阶开挖是引起隧道拱部沉降和仰拱隆起的主要原因;在预应力锚索的作用下,隧道岩墙((5)分部)的开挖和中隔壁的拆除对围岩变形和初期支护内力影响较小;初期支护拱脚处压应力集中,拱顶和仰拱处受到较大的拉应力;隧道围岩变形及初期支护承载力均满足公路隧道施工安全要求。     

地下水对深埋软弱围岩隧道初期支护结构破坏及其控制措施研究

针对隧道施工期间砂质板岩、炭质千枚岩及绿泥石片岩等软弱围岩在地下水作用下发生软化、剥落、坍塌,继而引发支护变形侵限、喷射混凝土软化剥落、钢架扭曲失稳等灾害,以木寨岭公路隧道2号为依托工程,通过现场试验、监控量测等手段,分析地下水对深埋软弱围岩隧道初期支护结构失稳及破坏的影响,并提出了在地下水富集区,采用高强预应力锚索支护体系代替传统约束锚杆、环向注浆锚杆以及超前小导管注浆加固围岩的支护方法,降低了混凝土注浆压力及施工难度,避免因锚杆注浆不到位形成渗流通道而影响开挖围岩及初期支护强度,并通过采用高强预应力锚索加固措施,从而提高围岩自承能力及初期支护稳定性。     

铁路隧道施工主动控制变形技术研究与实践

针对隧道施工中对加固围岩、充分发挥围岩自身承载能力方面重视不够,致使隧道开挖分部较多、工效低以及软弱围岩发生大变形等问题,通过对煤矿行业主动控制变形、国内外主动控制变形技术进行调研和部分铁路隧道施工实践、研究,得出如下结论： 在隧道施工中主动控制围岩变形,可充分发挥、调动围岩的自承载作用;采用主动控制围岩变形技术,可实现软弱围岩大断面机械化快速施工,解决超大断面设计施工技术难题,有效控制高地应力软岩隧道变形,避免大变形的发生; 锚杆、锚索以及注浆加固地层等是主动控制围岩变形的关键技术措施,必须配置大型机械设备,掌握成套施工工艺,确保锚固的及时性和有效性。     

CRD工法在扩大断面石质围岩台山隧道的创新

结合哈大客运专线重点隧道——台山隧道施工实例,主要介绍该隧道位于浅埋偏压地段,为哈大客运专线两座扩大断面隧道之一。该隧道最大开挖断面为209m2,是目前国内客运专线施工中最大的扩大断面隧道。设计Ⅳ、Ⅴ级围岩段采用CRD工法施工,但由于该隧道为石质围岩,爆破对中隔壁影响很大,因此在保证安全质量前提下,对原设计工法进行了创新,可供类似工程借鉴。     

软岩隧道中基于快速预应力锚固支护的变形控制技术

以木寨岭公路隧道为依托，基于单一锚固形式的拉拔试验与交通隧道工程对锚固系统的要求，提出了适用于软岩大变形隧道且可实现及时支护理念的快速预应力锚固系统，并以其为核心载体，开展了支护技术应用试验研究。拉拔试验结果表明：受限于锚固成效、锚固力及锚固时间等因素，软岩隧道中涨壳式锚固和水泥药卷锚固均无法实现及时主动支护的功能；以后期具备良好锚固效果的水泥浆锚固和能快速凝结后可施加预应力的树脂锚固为基础，提出了全新的“及时（树脂端锚）+永久（水泥浆全长注浆）”快速预应力锚固体系，并以其为基础，在依托工程大变形段开展了以快速预应力锚固系统为核心的新支护体系和强力被动支护体系的对比试验研究。对比试验结果表明：以预应力后注浆树脂（鸟笼型）锚索系统为核心的快速预应力锚固支护技术，有效抑制了软岩隧道洞周围岩位移，拱顶沉降由73~127 mm减至34~55 mm，拱腰收敛由295~740 mm减至157~430 mm，显著减少了围岩变形稳定时间与围岩变形潜势，验证了基于快速预应力锚固支护的变形控制技术在软岩大变形隧道中的优越性。     

小孔径预应力锚索合理支护参数研究

为探讨软岩隧道小孔径预应力锚索合理支护参数，以甘肃渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托，在对不同围岩条件进行分类的基础上，通过现场试验研究了小孔径预应力锚索的变形控制效果，并结合现场试验与数值模拟分析结果，建议了不同围岩条件下小孔径预应力锚索的合理支护参数。结果表明：木寨岭隧道围岩可分为以炭质千枚岩为主、以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主和以砂质板岩为主3种情况；围岩以炭质千枚岩为主时，隧道变形最大；以炭质千枚岩与砂质板岩互层为主时，隧道变形次之；以砂质板岩为主时，隧道变形最小；现有预应力锚索支护方案适用于以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主的围岩，支护参数可维持不变；围岩以炭质千枚岩为主时，锚索锚固效果往往难以达到设计要求，建议采用5 m+12 m长短锚索组合，环向间距取0.8 m,排距取0.6 m,预紧力不宜超过200 kN;围岩以砂质板岩为主时，现有支护方案偏于保守，建议锚索长度全部采用5 m,环向间距取1.2～1.6 m,排距取0.8 m,预紧力可施加至300 kN以上。成果可为类似地层隧道小孔径预应力锚索支护参数选取提供参考。     

涨壳式预应力中空锚杆在机械化开挖大断面隧道中的施工应用研究

为了解决软弱围岩隧道机械化开挖后快速支护的难题，采用三臂凿岩台车、风动扳手等配套机具施作涨壳式预应力中空锚杆对围岩进行快速支护。通过在郑万高铁高家坪隧道软弱围岩段大断面机械化施工条件下涨壳式预应力中空锚杆的应用研究，总结出涨壳式预应力中空锚杆工作原理、工艺流程，通过注浆试验对比分析，提出适合的隧道锚杆注浆比例，并结合锚杆轴力监测和地层位移监测结果，表明该锚杆具有快速约束围岩、形成应力拱、减少围岩松动圈、保证围岩稳定的优势，能够有效保障隧道机械化施工的安全，并提高隧道机械化施工效率。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

大跨隧道预应力锚索承载力提升技术研究——以京张高铁八达岭长城站为例

为解决大跨度隧道常规预应力锚索承载力不足的难题，采用理论分析和现场试验对提升预应力锚索抗拔承载力的方法进行研究，提出增加锚固节和高压注浆2种提升预应力锚索抗拔承载力的方法和配套施工工艺。研究结果表明： 影响预应力锚索抗拔承载力的主要因素为锚固段注浆体与筋体抗拔承载力及注浆体与地层间的抗拔承载力，通过增加锚固节和高压注浆工艺，可显著提升预应力锚索抗拔承载力，缩减工期，降低成本，确保锚索张拉力达到设计要求，具有较高的技术经济效益。     

富水砂砾石地层浅埋大跨高速铁路隧道施工技术

宝兰客专石鼓山隧道下穿茵香河段围岩以粗圆砾土、大砾石砂土为主,最小埋深8 m,河流常年流水,围岩地下水丰富,在施工过程易发生涌水、塌方、冒顶等安全事故。为保证施工安全,采用地表袖阀管注浆和旋喷桩,洞内管棚+超前小导管注浆超前加固等措施进行围岩加固,并采用三台阶临时仰拱、三台阶临时横撑法等开挖方法,控制初期支护封闭距离和时间,实现隧道变形控制,保证了隧道施工安全。     

鸡口山岩溶隧道处治方法适用性模拟对比分析

结合鸡口山隧道工程,针对该溶洞隧道分别采用开挖回填法、超前注浆法和超前管棚支护法3种方法施工时,采用数值模拟分析对围岩变形情况进行了研究分析。研究结果表明： 采用超前注浆法开挖时隧道围岩的变形最小,开挖回填法次之,超前管棚支护法最大,超前注浆法控制围岩变形的效果优于开挖回填法和管棚支护法。说明在开挖过程中,超前注浆法使开挖范围内的围岩稳定性得到了加强,有效地减小了溶洞对隧道围岩变形的影响,因此在鸡口山隧道中采用超前注浆法施工比较适宜。     

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题，阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法，介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征，及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用，主要介绍有关的研究内容及其创新性方面； 以广义Komamura-Huang流变模型为基础，建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang“弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性”流变模型，并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发，将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5#断层带中，后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道，采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究，并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施--一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索，介绍让压锚具的受力机制及构造，强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例，对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟，并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。“边支边让、大尺度让压锚杆”方法已先后在几处工程中得到了成功实施，取得了应有的经济效益，其工程技术收益应更受业界关注。     

高水位下软弱破碎带围岩开挖变形分析

针对某隧道破碎带的水文地质情况,运用midas GTS NX软件,采用参数弱化法对隧道软弱破碎带段施工过程进行数值模拟,分析了破碎带、开挖渗流和注浆加固等对围岩开挖变形的影响。结合现场监测数据,对比该隧道中高水位下软弱破碎带围岩开挖变形的规律和注浆加固的效果。结果表明:当围岩中存在破碎带,尤其是斜向破碎带时,破碎带影响范围大于其存在范围,应适当扩大注浆范围。在渗流影响高水位下破碎带处围岩开挖变形急剧增大,对比注浆前,破碎带注浆后围岩变形得到明显改善。破碎带注浆加固后实际监测变形比数值模拟变形大很多,模拟时应弱化破碎带加固后的围岩参数,要注重围岩的流变效应。     

地表注浆在超浅埋隧道工程中的应用研究

火凤山隧道为城市公路隧道,根据其进口段超浅埋回填土地质条件实际情况,设计中采用地表注浆预处理措施,以及早进洞施工,达到改善围岩强度,保证隧道施工安全的目的。运用大型有限元软件MIDAS GTS对地表注浆效果进行数值模拟分析,并提出地表注浆效果评定方法。数值模拟及实际监测数据表明:地表注浆预处理后,围岩强度及完整性得到很大提高,隧道开挖后变形速率及最终变形值均较小,初期支护受力改善明显。由此可知,地表注浆预处理可有效保证隧道施工安全及质量。     

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。     

公路隧道软弱围岩大变形段注浆加固施工方法探究

在隧道施工过程中,经常会遇到软弱地质围岩,若不采用有效的施工方法,隧道施工安全、质量和进度很难保证,也必将使施工单位蒙受不必要的经济损失。通过对宕迭二级公路改建工程采古隧道软岩大变形段小导管注浆加固施工技术成功应用,确保大变形段施工顺利完成取得了良好的环境效益、经济效益和社会效益。此方法的核心技术内容主要为通过分阶段隔跳法进行注浆,提高了围岩的整体性及稳定性,降低了变形速率、减小了变形量;采用软岩大变形小导管注浆加固施工技术,实现了注浆加固与掌子面及上台阶开挖施工与注浆加固平行作业,减少了施工干扰,施工进度稳步提高;初期支护完成后进行小导管注浆加固,解决了岩体坍塌、掉块伤人的难题。     

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。     

软弱围岩大断面隧道三台阶施工力学机理分析

三台阶七步开挖法是目前软弱围岩大断面隧道施工常采用的一种工法,具有有操作简便、工序转换灵活、施工快捷等特点,在隧道工程界得到大力推广应用。但与CD法、CRD法和双侧壁导坑法相比,掘进过程中仍具有很大的施工风险,对施工管理提出了很高的要求,措施不当往往易引起隧道大变形超限、甚至导致围岩失稳。本文结合该工法在软弱围岩隧道工程实践中的推广应用,对三台阶七步开挖法施工力学特征进行分析,并对施工风险高的关键工序和相应的施工控制措施进行了总结,对类似工程及该工法的推广应用具有一定参考价值。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

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。