大断面公路隧道施工方案优化

济南至泰安高速公路北崖头隧道围岩为全风化花岗岩,设计采用双侧壁导坑法掘进。洞口段现场监测数据反映变形非常小。拟将剩余隧段更换三台阶法施工。本文以隧道洞口和洞身典型断面分别建立数值模型,对隧道围岩稳定性进行分析,结果表明:隧道进口段的洞周变形值较小(拱顶最大沉降值为4. 9mm)且数值与监测结果较为吻合,围岩受力较小,塑性区主要分布在`隧道拱顶上方3m位置;隧道洞身段在分别采用两种施工方案时,洞周变形均较小(最大值仅为2mm左右),围岩受力情况良好,塑性区仅在使用三台阶法的洞口部分少量出现,考虑到经济和施工复杂度的情况,三台阶法是更有利的施工方案。     

不同溶洞条件对大跨隧道开挖影响敏感性分析

该文以江西萍莲高速公路莲花隧道为工程背景,首先通过数值模拟软件建立大跨隧道在不同溶洞条件下的开挖模型,分析Ⅳ级围岩段某典型断面溶洞在不同位置、不同距离和不同扁平率3种条件下,大跨隧道开挖时地表沉降和拱顶沉降的发展变化规律,获取某典型断面隧道拱顶沉降和地表沉降的累积值,然后构建溶洞在3种水平条件下隧道围岩稳定性的正交试验模型,进行不同溶洞条件对大跨隧道开挖影响敏感性分析。研究结果表明:在不同溶洞条件下,溶洞位置是影响隧道开挖围岩稳定性的主要因素,其次是溶洞离隧道的距离和扁平率大小。     

锚碇隧道开挖过程中的围岩变形特征监测分析

以雅康高速公路大渡河特大悬索桥雅安岸锚碇隧道项目为依托，通过现场监测左右洞拱顶沉降和边墙围岩变形量，分析锚碇隧道在开挖过程中的围岩变形特征及其对围岩的稳定性影响。结果表明:先行洞（左洞）受到后行洞开挖的影响，其拱顶最终沉降量由6.00 mm增加到11.50 mm，右洞的拱顶最终沉降量为8.00 mm；因左右洞中夹岩的存在，后行洞左边墙变形量大于右边墙，并使先行洞右边墙的水平变形由2.41 mm增加到3.83 mm；净距变小，埋深、断面尺寸变大使隧道的拱顶沉降增加，但对边墙围岩变形不产生明显影响。     

大断面公路隧道CRD法施工影响下围岩变形规律研究

以山东滨莱高速双向8车道公路大断面乐疃隧道为依托工程,采用ABAQUS软件对CRD法施工过程中围岩变形规律进行了研究,并结合现场监测结果进行对比分析。研究结果表明:1)CRD法施工过程中,地表沉降呈现出阶梯状增大规律;2)随着开挖的进行,地表沉降最大值点不断移动,全断面开挖完成后,最终地表沉降曲线呈正态分布;3)隧道开挖对地表的影响范围在隧道中心线两侧40 m左右,约为2倍隧道跨度,在该影响范围内,应加强监测;4)通过统计53个实测断面监测数据,得到浅埋段地表下沉及拱顶下沉监测值分布具有一定相似性,在类似的工程条件下,建议拱顶沉降值宜控制在30 mm、周边收敛控制在20 mm。     

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。     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

底部隐伏空腔隧道施工过程中的围岩变形分析

岩溶区隧道因受岩溶发育程度、岩溶位置等影响,其围岩变形特征与一般隧道存在较大区别.以某岩溶隧道为工程背景,对隧道仰拱底部存在隐伏空腔的围岩变形进行现场监测研究,并运用有限差分软件进行仿真分析,现场监测和仿真分析所得围岩变形规律基本一致.研究结果表明:随着隧道施工接近并通过空腔顶部,隧道拱顶处围岩向下沉降,其值不断增大;...     

广东某隧道溶洞处治段支护结构变形及受力特征研究

以广东某新建公路长大隧道工程为例,运用三维有限元软件（FLAC3D）对该隧道溶洞处治段支护结构的变形及受力进行了分析,探讨了溶洞处治结构对隧道变形及受力的影响。研究结果表明:三车道公路隧道开挖中,隧道周边位移变形规律为:拱顶沉降 仰拱隆起 水平收敛;溶洞处治结构传导了两侧围岩作用力,维持了溶洞处围岩稳定性,对减小隧道拱顶变形意义重大,但对隧道水平收敛及仰拱隆起基本无影响;溶洞处治后,溶洞内部棱角处存在应力集中现象,易发生失稳,导致溶洞的二次坍塌,为保证隧道结构的安全,应对溶洞内部进行相应的处理。     

深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大，甚至引起垮塌等事故的难题，通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析，结合数值模拟试验，研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律，并对二者进行了对比。结果表明： 该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降，Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右；隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍，即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边，属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱，研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征，衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段： 弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏，且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍，说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛，应重点做好拱顶的监测与防护。     

泥岩隧道变形监控量测分析

泥岩隧道因开挖卸荷作用引起围岩较大变形,对施工质量控制和安全生产带来严重威胁。为探究泥岩隧道开挖卸荷后的变形特性规律,通过开展施工现场监测试验,获取隧道拱顶、拱肩和拱腰监控变形值,研究分析围岩随时间的变形效应。结果表明:泥岩隧道沉降值和水平收敛值分别随着监测时间的变化呈现出三阶段变化趋势,具体表现为快速增长阶段、缓慢增长阶段和趋于稳定阶段;隧道拱顶沉降值较拱肩和拱腰沉降值大,沉降值随着拱顶、拱肩和拱腰沉降速率的稳定而最终趋向于定值;隧道拱肩水平收敛值较拱腰水平收敛值大,隧道的水平收敛速率值最终趋于定值;隧道沉降和水平收敛的比值变化范围较小,两者具有较好的相关性。受偏压作用是引起泥岩隧道围岩左右侧的不均匀沉降的根本原因,隧道结构设计、选型及支护施作中应引起重视。研究结果可为类似泥岩隧道的修建与变形监测提供一定的参考依据。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。     

复杂地质条件下三线车站隧道施工方案优化研究

针对王岗山隧道出口段三线车站隧道断面施工前期CRD与台阶法施工存在拱顶下沉与收敛变形过快过大,断面拱顶下沉和收敛变形速度达到3~5 mm/d,日最大下沉和收敛值为4.7 mm和4.8 mm,15 d内累计下沉109 mm、收敛53 mm,且下沉、变形还在进一步发展中,存在围岩侵入设计限界的问题,通过现场调研,分析大变形产生的主要原因在于埋深浅、跨度大、扁平率低、穿越辉绿岩侵入岩与沉积岩的混杂带,岩体破碎,岩质软弱、易滑。提出优化施工方案,采用双侧壁导坑法施工,优化超前和初期支护措施,并制定详细的施工步骤。实际监测结果显示,该优化施工方案有效地控制了围岩变形,初期支护达到了较好的效果,收敛和拱顶下沉基本未突破预留值,保证了施工安全,为按时完成隧道施工提供了保障。     

基于施工过程的大断面隧道变形动态释放规律分析

依托宁波将军山隧道,分析隧道拱顶沉降、边墙收敛、围岩压力、锚杆轴力随开挖进尺的动态释放规律,同时结合现场监测数据验证计算结果的合理性.结果表明,围岩变形随着开挖进尺的增加而增加,分为缓慢增长、快速增长、趋于稳定3个阶段,隧道断面未开挖时拱顶沉降释放20％,上台阶开挖后沉降释放48％;锚杆轴力随着拱顶沉降、边墙收敛的增大...     

特大断面隧道开挖中拱顶沉降的BP神经网络预测

特大断面隧道开挖会大范围解除围岩表面应力,在上部岩体自重应力及附加应力的共同作用下,隧道拱顶会发生明暕沉降,在某些软岩隧道中已观察到了超过100 mm的沉降量。拱顶沉降量持续增大,隧道就有可能发生坍塌破坏。在隧道开挖工程中,受条件限制,常会出现支护无法及时施工的情况,需要对隧道稳定性进行分析预测。现以牛寨山隧道开挖工程南线出口段的监测结果为例,采用BP神经网络方法预测其沉降量的时程变化。假设隧道相向开挖过程中,在贯通前对拱顶沉降互不影响,且两条隧道之间互不影响。分析过程中输入层参数选择了围岩级别、埋深、距离掌子面和二衬的长度等,隐含层设置为1层,节点数为9,隐层传递函数选择tansig,输入输出层传递函数选择purelin。在采用该模型进行预测分析前,首先已开挖监测点数据作为训练样本,采用后开挖点的值作为样本,验证了模型的可靠性。最终分析结果表明,采用文中方法能够较为可靠地预测拱顶沉降。其结果可以作为隧道安全预测的依据。     

黄土塬区浅埋大断面隧道施工变形分析与控制技术

针对黄土塬区浅埋大断面隧道开挖过程中，地表水沿着裂隙、黄土节理下渗导致地表沉陷、纵横向地表裂缝及初期支护结构破坏等问题，基于三维地质仿真模型方法，进行初期支护受力特征和变形规律分析，并模拟分析地层改良效果。结果表明： 1）隧道拱部为支护结构受力最薄弱区，表现为拱顶衬砌下表面拉应力和剪应力值大，当埋深为10～15 m时下台阶至仰拱开挖阶段随含水率增加拱顶沉降变形量剧增，且累计沉降量＞250 mm时隧道结构最不安全，易产生环向张拉裂缝； 2）地表注浆能有效改善黄土的结构性能，有效控制地表沉降和围岩变形。     

软弱围岩条件下的隧道施工技术研究

对在建工程六盘水隧道施工工艺进行研究,从理论与实际两个角度出发,结合有限元计算,验算了开挖过程中隧道的受力情况以及变形沉降情况,对施工路段进行现场沉降量的监测,及时将监测结果反馈给施工方。最终得到理论计算值的拱顶沉降量为15.31 mm,实际监测值拱顶沉降量为14.20 mm;对开挖过程中的围岩内力进行计算,可知最大弯矩值为4.92 k N·m,产生于洞口拱脚处,最大轴力值为172.4 k N,产生于洞口拱腰处,与监测结果基本符合,结果表明当前施工工艺具备较高的安全系数。     

特大断面隧道原位扩建的施工力学特性分析

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景，介绍了核心五步法的原位扩挖方案，并通过数值模拟与现场监测手段，分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖，以及临时竖撑拆除、仰拱回填，使得拱顶沉降显著增大。同时临时竖撑的支承作用，使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中，而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧。金鸡山隧道原位扩建施工过程中，对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测，其结果与数值模拟较为吻合。     

八达岭长城站超大跨度隧道设计施工技术研究

八达岭长城站大跨过渡段最大开挖跨度为32. 7 m,开挖面积为494. 4 m2,是目前世界上开挖跨度最大、开挖断面面积最大的交通隧道,施工难度大,安全风险高。为确保八达岭长城站施工安全,对超大断面隧道的支护参数设计、开挖新方法以及围岩变形控制原则进行研究。研究表明:1)采用设计的支护体系,通过检算得到施工期安全系数为1. 16~2. 46,运营期安全系数为1. 59~3. 54,证明工程结构是安全可靠的; 2)超大跨度、超大断面隧道采用创新的"品"字形开挖方法,具有"方法简洁清晰、结构安全可靠、机械化程度高、施工效率高"的特点; 3)八达岭长城站大跨过渡段总变形量控制标准,按不同围岩级别和不同跨度划分,Ⅱ级围岩总沉降值为20~30 mm、总水平收敛值为15~20 mm,Ⅲ级围岩总沉降值为30~40 mm、总水平收敛值为20~25 mm,Ⅳ级围岩总沉降值为60~90 mm、总水平收敛值为40~55 mm,Ⅴ级围岩总沉降值为130~180 mm、总水平收敛值为90~105 mm; 4)采用数值模拟计算"品"字形开挖方法的变形量主要集中在隧道成拱阶段,约占总变形量的95%;其次是落边阶段,占总变形量的4%;最后是仰拱实施阶段,仅占总变形量的1%。     

隧道穿越断层破碎带施工方案及力学效应研究

以2022年北京冬季奥林匹克运动会重大交通保障项目延(庆)-崇(礼)高速公路第06标段玉渡山隧道为工程背景,采用FLAC 3D程序研究了隧道穿越F115断层破碎带CD法施工方案,分析拱顶沉降、水平收敛与塑性区范围,依据分析结果并结合现场监测数据,给出了锚-网-喷-钢拱架联合支护方案。研究结果表明:(1)施作支护方案后,隧道穿越断层破碎带段累积拱顶沉降为16.2mm,累积水平收敛量为22.3mm,而现场监测得到的累积拱顶沉降与累积水平收敛分别为19.3mm和26.5mm,二者较为吻合,故在后续隧道穿越断层破碎带CD法施工过程中以数值计算的方式预估隧道累积拱顶沉降、累积水平收敛等相关参数;(2)若数值计算结果显示隧道最大累积拱顶沉降量、最大累积水平收敛量较大、塑性区较为发育时,则隧道存在较大塌方风险;(3)在施作支护方案后,穿越断层破碎带段隧道的累积拱顶沉降量由51.5mm减小至19.3mm,累积水平收敛量由62.7mm减小至26.5mm,有了明显降低,且应力集中得以改善,塑性区范围亦大幅减小,隧道得以顺利穿越断层破碎带。     

岩溶地质环境下影响高速公路隧道溶洞稳定性的数值模拟

以四川某高速公路岩溶隧道为对象,在岩溶地质环境下,通过FLAC3 D软件,模拟了隧道溶洞稳定性数值。结果表明,隧道开挖后,当隧道与溶洞之间的距离比较远时,隧道底部围岩变形方向竖直向上,与之相反,隧道顶部围岩变形方向竖直向下,而隧道边墙围岩变形方向水平向内。当隧道底部存在溶洞时,溶洞与隧道底部周围形成应力释放区,拱腰附近形成应力增高区。在隧道施工时,要对隧道底板变形方向及大小密切关注。随溶洞半径的增大,应变值则减小,随着溶洞增大,溶洞周围应变出现增大的趋势,通过对比有无溶洞的应变,表明无溶洞应变分布较广,应变绝对值要小于有溶洞的值。