郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性的影响分析

为探讨埋深与围岩变形模量对隧道开挖后支护结构承载变形的影响规律,以龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道为研究对象,采用ANSYS建立三维数值分析模型,对隧道分部开挖支护进行模拟分析。结果表明,在3个不同埋深条件下,当围岩变形模量由4.5GPa减少1/3时,拱顶下沉量与周边收敛量均增加40%左右,初期支护拱顶水平方向应力值增加55%左右,初期支护左侧拱腰竖向应力值增加37%左右;当围岩变形模量由4.5GPa增加1/3时,拱顶下沉量和周边收敛量均减少22%左右,初期支护拱顶水平与竖向应力值和初期支护左侧拱腰竖向应力值均减少21%左右;变形模量减小对支护结构变形与内力的影响比其增大时明显。     

软岩浅埋隧道施工对地表及围岩变形的影响分析

浅埋隧道开挖对周围环境的影响值得关注，基于重庆武隆隧道穿越厂房基础引起地表变形的工程背景，简化为平面应变模型，采用两种不同的计算方法对隧道施工进行了数值模拟分析，目的是研究不同软岩隧道开挖方式对地表变形及围岩受力情况的影响。通过支护与不支护两种工况的对比计算，结果表明，对浅埋隧道实施强支护、短开挖，并加强关键部位的加固，可有效减小隧道开挖对周围环境造成的影响。     

浅埋段偏压软弱围岩双连拱隧道施工动态过程研究

以赣崇(赣州—崇义)高速公路下关村双连拱隧道浅埋段施工为背景,针对浅埋段围岩软弱偏压情况,采用ANSYS有限元软件进行二维有限元分析,通过对隧道各开挖阶段的模拟计算,分析浅埋段偏压软弱围岩双连拱隧道开挖中围岩应力、地表变形和衬砌结构内力的变化规律,为实现隧道开挖过程动态控制提供依据。     

浅埋隧道开挖纵向地表变形预测及其基本规律

将隧道围岩看作一种随机介质,将隧道开挖所引起的上覆岩土体的移动看作一随机过程,应用随机介质理论,对浅埋隧道施工所引起的纵向地表移动与变形进行了分析计算,推导了相应的地表下沉、水平移动、倾斜、水平变形以及地表弯曲曲率的计算公式。工程实例分析表明:计算结果同实测结果吻合较好。在此基础上,分析总结了浅埋隧道开挖引起的纵向地表移动与变形的一些基本规律,得出沿隧道纵向开挖只对工作面前后一定范围(2R)地表建筑物产生明显影响的结论。     

胭脂畈隧道过冲沟段施工技术

胭脂畈隧道右洞Ⅴ级围岩浅埋过河沟段,埋深相对较浅,地表有冲沟,常年流水,围岩风化严重,透水性好,围岩松散,自稳能力差,极易塌方。施工时经过方案比选,采用双排导管预支护+三台阶分部开挖,使隧道工程安全、顺利通过该不良地段。     

建筑密集地区浅埋双线铁路隧道施工变形控制技术

以龙厦铁路石桥头隧道Ⅴ级围岩浅埋段为例,在分析、计算地层损失及其诱发的地表变形、埋深对地表变形的影响规律的基础上,对浅埋段地表变形控制等级进行了划分,进而针对地表变形控制等级的不同采用了相应的工法和措施,从而达到了在控制地表变形的基础上提高施工进度的目的。     

浅埋大断面大跨度连拱隧道施工变形现场监测试验研究

结合浅埋大断面大跨度隧道工程实践,对浅埋大断面大跨度连拱隧道施工变形进行现场监测试验,分析隧道施工全过程及在不同开挖工序下的施工变形特点。研究结果表明：1)左、右洞上台阶开挖引起先行隧道变形较大,引起的后行左洞变形较其它工序要大;2)后行隧道施工对先行隧道变形影响较大;3)右洞上台阶开挖对右洞变形的纵向影响范围为隧道跨度的1/4,右洞下台阶及左洞上台阶开挖对右洞变形影响范围为隧道跨度的1/3,左洞上台阶开挖对左洞变形影响范围为隧道跨度的1/3;4)对于浅埋大断面大跨度连拱隧道,应及早施作二次衬砌,以控制隧道变形。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

长哨浅埋偏压隧道施工顺序与支护力学行为分析

从隧道不同开挖顺序出发,对浅埋偏压隧道采用预留核心土开挖方法施工过程进行了数值模拟研究,给出了不同开挖顺序下围岩和支护结构的变形及应力分布规律。结合分布规律,从而确定偏压作用对隧道围岩的影响,制定合理的施工顺序,并指出对隧道重点监控与关注部位。所得结论,可作为浅埋偏压隧道类似工程施工设计的理论依据。     

隧道不同级别围岩监测与数值模拟分析

依托谷城至竹溪高速公路小漩隧道,针对不同围岩段的特点,对隧道地表沉降、洞内收敛变形及拱顶下沉等项目进行了现场监测与分析,研究不同级别围岩变形时程曲线和纵向分布曲线的基本规律。并利用有限元分析软件ABAQUS模拟不同围岩级别隧道开挖过程,将数值模拟结果与现场监测数据结合,分析围岩级别对隧道围岩稳定性的影响。结果表明： 围岩级别越高,隧道开挖过程中地表下沉和洞内变形越大,变形稳定的时间也越长。     

软土地区浅埋暗挖大断面隧道拱顶沉降实测分析

软土地区的浅埋隧道由于土层软弱,易产生较大变形和坍塌。为解决隧道开挖时的围岩变形及开挖工法选择问题,依托紫之隧道第1标段暗挖段工程,对洞内拱顶沉降、拱腰收敛和仰拱隆起进行实测,对实测数据的规律与影响因素进行分析。研究结果表明： 1)CRD工法在淤泥质软土中与四台阶法在强风化泥质粉砂岩中测得的拱顶沉降都较大; 2)拆除隧道支撑会引起较大的拱顶沉降,其比例占总拱顶沉降的14.63%; 3)隧道在淤泥质软土中开挖时会发生椭圆化变形,二次衬砌完成后,由于隧道基底承载力不足,隧道产生了整体沉降; 4)降雨会使上部土体超载,并弱化围岩的强度,导致拱顶沉降加大; 5)土质条件与施工工法的变化都会明显影响拱顶沉降,在隧道变形要求严格的区域或淤泥质软土中,采用CRD工法开挖风险仍较大。     

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d^-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d^-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d^-1,边墙收敛小于0.6mm·d^-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55 d,55~60 d和80~90 d后达到二次衬砌施作标准。     

岩溶富水区铁路隧道加厚底板结构施工力学行为研究

为研究岩溶富水区加厚底板+隧底大水沟的新型衬砌结构在开挖过程中的力学行为,利用大型商业有限元软件对中心水沟的开挖工况进行分析计算。结果表明： 1）拱脚以上设置初期支护但底板不封闭时,中心管沟距离掌子面下台阶15 m情况下, Ⅳa型衬砌段和Ⅴa型衬砌段开挖过程中隧道混凝土接近正常使用极限状态,隧道收敛及沉降值均在规范允许范围内,但隧道基底隆起量及塑性区较大; 2）中心管沟每循环开挖长度对隧道变形、基底隆起量及塑性区分布影响较小,隧道封闭时间滞后是主要影响因素; 3）中心水沟与掌子面下台阶距离最大取15 m, 2种衬砌段中心水沟每循环开挖长度取5 m; 4）Ⅴa型衬砌段采用临时支撑约束拱脚水平变形或者对隧底地基进行锚索+注浆加固。     

软岩隧道初期支护沉降机理及其工程措施研究

为解决软岩隧道开挖过程中初期支护整体下沉普遍较大的工程难题,依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道及成昆铁路第三系昔格达地层软弱围岩隧道工程,通过理论计算及现场实测,对软弱围岩隧道初期支护普遍沉降较大的原因以及采取的工程措施的可靠性进行分析,得到以下成果： 1）软弱围岩隧道下沉量往往超过20 cm,现场实测的拱脚承受最大荷载为897.4 kN,初期支护整体下沉大的主要原因是拱脚压力较承载力大一个数量级; 2）锁脚锚杆靠近钢架位置的轴力最大,为55 kN。大拱脚的承压特性显著,其压力极值达到0.9～1.7 MPa; 3）增设锁脚锚杆（管）、扩大拱脚和及时闭合仰拱是控制软岩隧道初期支护沉降的关键措施。     

机械化施工大断面高铁隧道围岩压力测试及分布特征研究

为了解机械化施工大断面隧道围岩压力的变化规律和分布特征,依托郑万高速铁路湖北段大型机械化施工隧道群,开展大量围岩压力现场监测,根据测试结果对Ⅳ级和Ⅴ级深埋条件下围岩压力变化规律和分布特征进行分析,并与规范荷载进行对比。结果表明： 1）围岩压力监测数据从21~27 d开始稳定; 2）实测围岩压力小于《铁路隧道设计规范》深埋隧道计算荷载; 3）Ⅳ级深埋条件下,侧压力系数为规范荷载侧压力系数的1.2~2.4倍; 4）Ⅴ级深埋条件下,侧压力系数为规范侧压力系数的0.86~1.43倍。     

卵石层小净距隧道关键参数研究

针对卵石地层小净距隧道围岩整体性与稳定性差、施工中易坍塌、围岩相互扰动大的问题，通过FLAC 3D数值模拟和现场监测，对卵石层小净距隧道左右洞合理净距和先后行洞掌子面安全纵向间距进行了研究。得到如下结论： 1）当净距不大于6 m时，隧道地表沉降槽呈“V形”，沉降最大点位于中夹岩顶部；随着净距大于6 m，隧道拱顶部位地表沉降逐渐超过中夹岩顶部，地表沉降槽呈 “W形”。2）当2洞间净距不大于6 m（约1倍洞跨）时，2洞开挖后围岩压力叠加效应明显，极易发生失稳；当隧道净距大于18 m时，可按分离式隧道进行设计； 3）随着先后行洞间掌子面纵向距离的增加，后行洞施工对先行洞的影响逐渐减少，当纵向间距达到30 m（4.6倍洞跨）时，这种影响基本可以不予考虑。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题，以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景，基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法，建立隧道开挖位移正演和反演模型，对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析，发现隧道变形已趋于稳定，反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数，以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型，利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后，提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值，与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明，围岩物理力学参数的反演较为合理，对于变形的预测较为准确，可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。     

高原铁路TBM预备洞浅埋软硬不均频变地层开挖与爆破关键技术

以某高原铁路隧道左右线进口2台开敞式TBM预备洞为例，针对钻爆法施工中所遇到的富水浅埋、软硬不均且频变的Ⅵ、Ⅴ、Ⅳ级围岩地层，以“岩变我变，主动应对，减震防坍”为原则，分别采取变换台阶高度动态光面爆破关键技术、三台阶预留核心土环形导坑松动爆破技术、爆破先掏槽与液压破碎锤后扩修边技术、悬臂掘进机（铣挖机）开挖上台阶与下台阶松动爆破技术、液压破碎锤开挖上台阶与反装松土器扩修边及拱脚弱爆破等开挖与爆破关键技术。采取了开挖与爆破关键技术后，施工安全、快速，顺利完成了预备洞施工。     

考虑水影响的关角隧道断层区围岩亚分级研究

在断裂构造发育区段围岩情况变化频繁,如何根据现场揭露的围岩情况采取相应的支护措施防止坍塌和大变形是这类区段施工的难点。以关角隧道断层区隧道施工为研究对象,对有水和无水条件下的支护结构受力进行了计算。计算结果表明围岩越差,在有水和无水时,衬砌内力相差越大,即恶化越严重。结合该工区围岩特征、受断层影响情况和地下水发育情况将关角隧道断层区围岩等级划分为Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅴ1、Ⅴ2级,提出了相应的现场定性判别标准。为了应对断层区围岩可能发生坍塌、大变形,同时应对的工法转换带来的设备、工序变化,加快断层破碎带区段的施工进度,结合断层区围岩亚分级提出对应的开挖方法为上下台阶和上下台阶预留核心土法。