城市超浅埋平顶大跨断面软岩洞室施工数值分析

针对天津市营口道地铁车站暗挖超浅埋平顶大跨大断面风道洞室项目,运用大型有限元数值计算软件（ANSYS）模拟计算大断面洞室分部开挖方式,进行非线性力学特性分析,结合施工方法和监测资料对比,对施工方法最优化设计,确保洞室围岩在开挖过程中处于最佳稳定状态。     

特大断面地铁车站暗挖施工技术研究获奖

<正>近日,中铁四局"特大断面地铁车站暗挖施工技术研究"荣获2013年中国质量评价协会科技创新奖。特大断面地铁车站暗挖施工技术是通过数值模拟、计算分析及专家论证,将传统的地铁车站特大断面暗挖双侧壁导坑9部开挖法调整为6部开挖法,相比之下,可减少开挖步骤,优化临时支撑,增大各断面的作业空间,方便机械施工,在满足隧道施工安全     

大断面地铁车站隧道初期支护参数优化研究

大断面地铁车站隧道越来越多,其施工安全性日益引起人们的重视,其中地铁大断面隧道支护参数与其安全性之间关系的相关文献还不多见报道,有必要进行研究。该文以重庆地铁四号线头塘车站工程为依托,采用数值方法,分析模拟了拱部预留T形岩梁核心土双侧壁导坑法的施工过程,并与监控量测结果进行了对比。从安全和经济两个方面对浅埋暗挖特大断面头塘车站隧道开挖初期支护的锚杆长度、间距和钢拱架间距等参数进行了优化研究。     

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。     

硬岩中塔柱式车站合理埋深及结构净距研究

我国地铁在北京、上海以及广州等地以砂土松散地层为主,地铁车站暗挖施工主要采用复合式衬砌结构型式。对于在中-微风化硬岩中修建地铁车站,如何充分利用围岩本身条件,因地制宜十分必要。在不同围岩条件下,对不同埋深、结构净距车站选择合适的支护结构（如锚喷支护）型式,不仅可节约成本,还可节省工期。结合青岛地铁3号线硬岩特点,采用有限差分数值软件,研究在不同埋深以及不同结构净距条件下,地铁车站开挖过程中围岩状态以及塑性区分布规律,结合三维数值模型进行节点检验,提出硬岩中地铁塔柱式车站采用不同支护结构型式的合理埋深和结构净距建议值。     

管幕洞桩法地铁车站设计施工关键技术研究

当暗挖地铁车站受限于环境条件采用平顶直墙的结构型式时,为保证车站结构安全实施,可采用管幕洞桩法进行施工,即利用车站上层先行导洞沿车站顶板结构上方打设横向大直径密排管幕,形成一个能够抵御结构上部土体荷载的强支护结构,继而在管幕保护下进行洞桩法后续施工。以北京地铁19 号线工程右安门外站为工程背景,阐述管幕洞桩法地铁车站的施工工序及工艺特点,对复杂环境条件下管幕打设、导洞开挖、打桩、扣拱等关键技术环节进行分析,明确其设计施工中的技术要点,并对车站施工监测数据进行分析。结果表明: 1)管幕打设和导洞开挖是管幕洞桩法引起地层沉降的关键工序; 2)管幕洞桩法施工对周边环境和地表沉降影响较小,适合修建超浅埋、大断面、复杂地质条件下的暗挖地铁车站。     

某大断面浅埋偏压隧道开挖方法的优化分析

应用有限差分软件FLAC3D建立模型,研究大断面浅埋偏压隧道开挖方法的优化。采用台阶法和环形开挖留核心土法2种不同的开挖方法,比较2种方案的围岩变形量与结构应力变化,并将数据与现场监测结果进行对比,得出采用环形开挖留核心土法开挖优于台阶法开挖的结论。     

基于正交设计的大断面隧道分部开挖步距敏感性研究

为了研究大断面分部开挖法隧道分部开挖步距敏感性,基于正交设计原理,通过AQAQUS有限元软件建立三维动态开挖支护数值模型,对三种大断面隧道分部开挖法:中隔壁台阶法、CRD法及CD法进行了不同开挖步距下的计算,对比研究各工况下大断面隧道施工过程中拱顶沉降、地表位移及支护结构应力变化规律,揭示不同开挖步距对大断面隧道围岩与支护结构的变形及受力状态影响规律,同时对大断面隧道分部开挖步距的选择提出参考意见。     

软岩偏压隧道开挖支护力学特点分析

以V级软弱围岩杏花村偏压隧道工程为背景,应用有限差分软件FLAC3D对大断面偏压隧道进行施工动态模拟,研究大断面浅埋偏压隧道开挖过程中力学特点,通过与实际监测结果对比分析,结果基本一致。FLAC3D准确模拟了软弱围岩浅埋偏压隧道开挖情况,结果表明,大断面偏压隧道开挖中,偏压侧位移较大;通过围岩应力状态、衬砌结构内力比较,综合分析了大断面偏压隧道开挖力学特点,结合锚杆支护的数值分析,总结了实际工程中支护方案拟定方法及偏压隧道开挖施工注意部位。     

非等大断面小净距地铁隧道施工方案分析及优化

为同时满足双线行车和右线停车线扩大断面的功能需要,西安地铁一号线枣园北路站—汉城路站区间采用非等大断面小净距黄土地铁隧道。针对断面不等大、盾构法与新奥法组合施工方案、小净距黄土地铁隧道的特点,进行了左线小断面盾构法、右线大断面双侧壁导坑法或CRD法双线依次先后贯通3种施工方案的数值模拟与比选分析。计算结果表明,与先贯通小洞、后开挖大洞的方案相比较,采用先新奥法贯通大断面隧道、后盾构法掘进小断面隧道的施工方案对围岩扰动较小,能更有利于控制地表变形;双侧壁导坑法较CRD法虽更能充分体现围岩的自承能力,有效发挥初期支护的承载能力,提高二次衬砌的安全储备,但若将先贯通的大断面隧道施工方案由双侧壁导坑法改为CRD法,可在确保工程安全的前提下降低施工成本,并加快施工进度,顺利地完成隧道建设。     

财神梁隧道不同开挖方法的围岩变形监测与稳定性分析

本文通过对财神梁特长隧道全断面法和台阶法两种不同开挖方法下典型断面的围岩变形监测,分析研究围岩稳定性状况,用以优化开挖方法和指导施工。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

某地铁上下线平行隧道施工关键技术研究

该文以某地铁线路为研究对象,针对该线路存在上下平行式隧道,通过建立隧道的有限元模型,对隧道开挖后围岩周边的应力分布、应变特征及位移情况进行了分析,对可能产生环境影响的拱顶沉降进行了全面监控。数值分析表明:先行隧道采用全断面法可以控制围岩变形并使围岩变形处在允许范围内,综合考虑施工便利性、投资等多种因素,先行隧道采用全断面法施工。从监测结果可知:该断面在开挖后的沉降和水平变形速率始终平稳、正常,沉降残差均未超过2mm,且随时间下降,趋势平缓,说明了围岩已基本稳定,隧道施工过程安全。     

不同地下水位下地铁车站施工沉降对比分析

为了对比分析不同地下水位下地铁车站在施工过程中的沉降变化情况,以长春地铁2号线解放大路车站为实际依托工程,建立了该地铁车站的有限元模型,并且将有限元计算结果与现场实测的施工沉降数据进行对比分析,验证了有限元模型的可靠性。分析了地铁车站中轴线上方的地表沉降在施工过程中的变化情况,并对上导洞、中导洞及1、2洞室拱顶沉降在施工过程中的变化情况进行了分析。通过定义3种不同地下水位工况,将不同地下水位下地铁车站的施工沉降曲线进行对比分析。结果表明:地铁车站中轴线上方地表沉降的有限元计算结果和实测数据的最大误差仅为5.6%,地铁车站中轴线上方的地表沉降量呈现出阶梯式的变化趋势,随着地下水位高度的下降,拱顶沉降量的增长幅度存在突变情况。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

上软下硬地层上注下支拱盖法施工技术研究

以大连地铁1号线学苑广场站为工程背景,改进原有的CRD和PBA工法,提出了上注下支的扣拱施工方案。运用Flac3D软件分析不同开挖顺序对施工稳定性影响,确定先开挖下导洞再开挖上导洞的施工顺序,对施工方案进行验证;接着对施工期间地铁车站地表沉降情况进行研究,模拟了地铁车站的施工过程,分析各施工工序对地表变形的影响,得到地表变形规律。并与现场监测结果进行对比分析,验证数值模拟的准确性,研究结果为地铁车站安全施工提供了依据。     

上加山深埋软岩隧道开挖大变形控制技术研究

针对深埋软岩隧道在施工期间易发生拱顶失稳进而引发围岩大变形问题，以上加山隧道为依托工程，采用FLAC 3D数值模拟技术，主要对比分析了环形开挖留核心土法、上下台阶挖掘法和全截面挖掘法等3种施工方式下的隧道拱顶沉降变形规律、拱底隆起变形规律、地表沉降变形规律、应力场分布规律，阐明了3种开挖方式对深埋软岩隧道围岩稳定性影响。研究结果表明：洞顶沉降主要发生在距离隧道左右两侧大约0.5倍洞径处，地表沉降主要发生在距隧道轴线0～35 m范围内。3种不同开挖方式主要影响了隧道拱顶沉降与拱底隆起变形程度，其中环形开挖留核心土法>上下台阶挖掘法>全截面挖掘法。结合地质雷达检测与现场监测结果表明，采用环形开挖留核心土法施工相对比其他两种开挖方式可有效控制深埋软岩隧道拱顶下沉变形与拱底隆起变形。     

大断面隧道洞口偏压段施工方法研究

针对大断面隧道洞口偏压段落施工时围岩稳定性差的工程问题,通过采用数值模拟手段,对比分析不同边坡条件下隧道开挖工法和开挖顺序对边坡稳定性的影响,结果表明:对于开挖偏压段大断面隧道不建议采用台阶法开挖,坡度较小时建议采用CRD法或CD法,坡度较大时建议采用双侧壁导坑法施工;分步开挖隧道时,应先开挖靠近边坡坡面侧的导洞。研究成果可以为大断面隧道洞口偏压段施工方法制定提供理论依据与参考。     

挤压性破碎围岩变形控制技术研究

本文依托雁门关铁路隧道开挖项目为背景,针对雁门关隧道施工过程中会发生围岩挤压大变形的情况,研究了预留核心土、超前支护、优化设置系统锚杆、双层支护等各项变形控制技术的控制效果,利用数值计算方法评价采用各种变形控制技术下隧道结构的安全性,形成了雁门关隧道挤压性破碎围岩综合变形控制技术。该高地应力破碎围岩变形综合控制技术适用于在高地应力或深埋条件下大断面软弱破碎围压隧道及地下工程的修建进行推广。     

联合机械开挖在复杂结构暗挖隧道中的应用

针对第三系泥质粉砂岩富水地层中开挖施工和下穿建筑的特点,对超深管井降水后的非爆破机械联合作业隧道施工技术进行介绍。通过分析对比选择挖机搭载高频振动破碎锤、铣挖头组合联合机械作业,采用三台阶法对复杂地铁车站结构深埋暗挖隧道进行开挖,避免了因爆破震动对隧道群施工产生的安全风险、对周边建筑物扰动大的问题,解决了单一机械设备施工速度慢等问题。结合施工的监测数据分析,证实了非爆破联合机械开挖技术在泥质粉砂岩富水地层中的成功应用,为其他类似工程提供参考。