多孔小净距隧道施工力学特性数值模拟与现场实测研究

以珠海市兴业快线东段隧道为工程背景,在FLAC^3D平台上对其开挖支护全过程展开数值模拟,重点关注隧道拱顶沉降及复合式衬砌围岩压力分布,并与现场监测结果相互验证。结果表明,带临时竖撑的上下台阶开挖方法引起的拱顶沉降呈“急剧沉降—缓慢变化—稳定收敛”的变化趋势,数值模拟与现场实测沉降终值基本一致,均小于规范要求的预留变形量,带临时支撑的上下台阶开挖方法可用于类似条件下隧道工程施工;主洞初期支护围岩压力呈外侧大内侧小、上部大下部小的分布形态,最大值出现在隧道拱肩位置(临时竖撑处);受后行主洞隧道开挖的影响,先行辅洞隧道初期支护上的围岩压力减小,二次衬砌承担了部分围岩压力,初期支护和二次衬砌的荷载承担比约为6∶4(内侧)、7∶3(外侧)。     

风积沙隧道施工步距荷载释放与沉降控制研究

为确定在水平旋喷桩加固体的作用下,隧道施工步距对抑制围岩变形、控制地表沉降的影响,对风积沙隧道进行三维数值模拟分析,通过计算分析隧道开挖的荷载释放来确定各施工步骤对围岩变形控制的影响,据此进行了不同上中台阶间距和二衬施做长度的比较分析,为工程实践提供有效依据,优化施工步距.计算模拟结果表明,在隧道施工过程中,超前支护和上台阶的开挖对控制沉降有着至关重要的作用,采用上台阶超前5m、二衬紧跟初支每环模筑长度为5m的施工方案,能相对较好地控制围岩变形及塑性区的发展,增强围岩稳定性.     

蒙华铁路风积沙地层隧道围岩稳定性及预加固效果试验研究

为了解风积沙地层隧道失稳变形特征和预加固控制效果,以蒙华铁路风积沙地层段为依托,通过室内物理力学试验得到风积沙的基本性质和参数,并利用数值模拟对隧道最大主应力和塑性区变化规律展开分析,然后建立模型试验对不同预加固方式在风积沙地层隧道中的效果进行研究。研究结果表明： 1）风积沙抗剪切能力在含水率为7%~14%时可达到极值,此时更利于隧道围岩的稳定性; 2）隧道失稳具有突发性,主要会经历“掌子面局部破坏—拱顶持续塌方—大体积失稳”3个基本过程; 3）未采用预加固措施的情况下,开挖面前方监测断面拱顶围岩内部位移值及变形速度最大,采用水平旋喷桩与钢管组合加固后可分别降低81.1%和98.3%; 4）水平旋喷桩与钢管的组合对于开挖面前方拱顶的围岩应力控制效果最好,水平旋喷桩的加固控制范围小于水平旋喷桩与钢管的组合。     

格库铁路依吞布拉克1号隧道风积沙段超前预加固方案比选研究

高原高寒地区风积沙地层隧道具有失稳快、易坍塌、初期支护变形速率高,且受区域气候影响,施工进度慢、有效施工时间短等特点,为解决风积沙隧道开挖时漏沙、洞顶坍塌及支护完成后的变形控制问题,保证安全快速施工,依托格库铁路依吞布拉克1号隧道风积沙段工程,根据水文、地质及周边环境选择隧道内水平旋喷桩、地表竖直旋喷桩及地表注浆3种超前加固方案,从安全性、经济性、施工工期及技术难度等方面进行比选论证,确定采用地表竖直旋喷桩并有效实施。现场实施和监测结果表明： 在施工条件允许的前提下,地表竖直旋喷桩超前加固能有效防止漏沙及洞顶坍塌,保证隧道工作面的稳定,且能实现超前加固与开挖平行作业,达到安全、经济和快速施工的目的。     

三台阶核心土环形开挖法在广以隧道中的应用

三台阶核心土环形开挖法是在台阶分部法基础上演变而来的,它集中了台阶法、台阶分部法、上下导坑法等优点.广以隧道地层较老,岩石破碎、节理发育、石质较软,围岩以IV、V及VI级为主,施工难度极大.文中介绍了三台阶核心土环形开挖法,以及与之相匹配的超前支护、初期支护、防排水及二次衬砌施工等工法.     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

考虑时间效应的深埋小净距隧道围岩压力分析

囿于地形地貌、地质条件、选线要求等条件的限制,公路工程中常采用小净距形式的隧道,小净距隧道围岩压力是其复合式衬砌结构设计中的关键问题,但目前关于小净距隧道初支与二衬围岩压力分布及其随时间变化规律的相关研究仍较为稀缺。以龙兴岭隧道为背景,在FLAC3D平台上对4洞小净距隧道的开挖支护过程展开了细致的数值模拟,重点关注了作用在初支与二衬上的围岩压力分布。进一步考虑围岩蠕变效应,探讨了小净距隧道复合式衬砌支护结构的围岩压力及其初支/二衬荷载分担比随时间的变化规律,并与现场监测结果相互验证。结果表明:复合式衬砌支护结构围岩压力总体上关于设计中线近似呈对称分布,小净距隧道主洞(后行洞)开挖扰动引起辅洞(先行洞)二衬上围岩压力略微增大;围岩蠕变作用下,初支围岩压力随时间呈下降趋势,二衬围岩压力随时间呈上升趋势,但二者之和基本保持不变;蠕变稳定后,主洞上台阶部分(拱顶至拱腰)的二衬荷载分担比约为25%～45%,主洞下台阶部分(仰拱至边墙)的二衬荷载分担比约为20%～35%。研究成果可为小净距隧道复合式衬砌结构的设计施工及后期运维提供参考依据。     

强风化层超浅埋隧道高压旋喷桩荷载试验研究

以广东云茂高速公路新屋隧道的超浅埋施工为工程背景,对高压旋喷桩在全风化地层超浅埋隧道围岩加固处理的施工关键参数、地层加固效果进行对比研究。结果表明：(1)浆液压力、旋喷转速和提升速度对单桩静荷载承载力有明显的影响。相同静荷载条件下,浆液压力越大,单桩累计沉降值越低,累计沉降值增加较小,回弹量变化率基本相同;随着旋喷转速的增加,单桩累计沉降值越低,单桩累计沉降值变化率减小,回弹量变化率也减小;随着提升速度的提高,单桩累计沉降值提高,累计沉降值变化率减小,回弹量变化率基本保持不变;(2)桩体水泥土较均匀,强度较高且脆,冒浆部位所处地层主要为松散的粉质黏土层和含砂层;(3)经过高压旋喷桩底层加固之后,超浅埋隧道开挖后顶部围岩较稳定,围岩间裂隙被水泥浆液填充固结、完整性提高;桩体有效限制边墙外侧土体向隧道内侧变形,桩体也起到了一定的止水作用;高压旋喷桩加固提高围岩整体性,起到了固结隧道拱顶以上软弱土层的作用,为隧道浅埋段安全开挖创造了条件。     

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。     

竖直旋喷桩和水平旋喷桩在风积沙隧道中的应用对比分析

风积沙地层是我国西部地区常见的地质情况,具有结构松散、颗粒间黏聚力极低、抗剪强度低等特点,风积沙地层中开挖隧道时自然也就面临围岩稳定性的问题,旋喷桩在一些工程案例中被用于解决该问题。通过离散元软件来模拟风积沙地层,对水平旋喷桩和竖直旋喷桩两种旋喷桩方法在风积沙隧道中的加固作用进行分析,从洞周变形、衬砌内力和应力分析等探讨两种方法的不同加固机理、施工质量控制关键点、优劣水平等问题,可为旋喷桩的利用提供理论参考。     

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。     

基于现场实测的深埋风积沙隧道围岩压力计算方法研究

风积沙作为一种黏聚力低、自稳能力差的不稳定围岩,给隧道设计和施工带来很大困难。 为探究风积沙围岩压力大小和分 布规律,依托蒙华铁路王家湾隧道开展现场量测试验,根据实测的围岩压力分布特征,得到深埋风积沙隧道的围岩压力计算模式, 并通过数值计算分析与现场量测数据对比验证其合理性。 研究结果表明: 深埋风积沙地层围岩压力分布很不均匀,但普遍拱部较 小,初期支护大部分处于受压状态。 计算分析得深埋风积沙隧道围岩压力采用太沙基计算公式是较为合理的,进一步优化得深埋 风积沙隧道垂直方向围岩压力计算图示采用“双峰”形分布,水平方向围岩压力计算图示采用“阶梯”形分布,相比铁路隧道设计规 范的传统模式更安全,与实际衬砌受力状态更符合。     

浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿地下行包通道沉降分析及对策

机场地下行包通道沉降控制要求高,且不能中断运行,新建浅埋暗挖大跨黄土隧道下穿施工风险高,施工不当会引起地下行包通道沉降、变形,甚至引起混凝土结构开裂。为找出下穿隧道施工过程中引起通道底沉降的关键步序,更好地控制沉降,采用三维数值模拟方法对新建隧道下穿机场地下行包通道进行了沉降分析,并通过在隧道开挖过程中洞内采用分步开挖、大直径管棚超前预支护、初期支护和二次衬砌背后回填压浆等沉降控制措施,将通道底板沉降控制在3 mm左右,并在施工过程中加强监测,能够保证既有地下行包通道的结构安全。     

平兴高速公路采空区段浅埋隧道掘进技术

济广高速公路平远(粤赣界)至兴宁段南山隧道位于广东省最大的采煤矿区境内。煤系层发育,开采预留的巷道、采空区交错分布。隧道具有小间距,浅埋、偏压、围岩软弱、采空区分布等特点,因此地质情况及隧道特点给施工带来了较大难度。隧道掘进中通过采空区时出现地表开裂、初支变形、侵限二衬、掌子面流塌等隐患,为了防止初支再次出现变形,针对采空区段采用短台阶留核心土开挖、超前小导管强支护,加大预留沉降量,工艺改进,加强监测等措施克服了采空区不良地质,缩短了掘进工期,保证了工程质量,确保了施工安全。     

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。     

修建城际地下铁路隧道存在的步距问题与相关建议

以莞惠城际轨道交通工程松山湖隧道施工为例,通过对隧道各工序作业时间分析、隧道设计与施工类比和施工模型图说明,认为铁建设[2010]120号文在修建城际地下铁路隧道方面尚存在一定的适应性和可操作性的问题,并提出以下建议:1)Ⅵ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为50 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为85 m(除文中所述几种特殊情况外);2)Ⅴ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为55 m,二次衬砌距离掌子面由原70 m调整为90m;3)Ⅳ级围岩隧道,初期支护封闭成环位置距离掌子面由原35 m调整为65 m,二次衬砌距离掌子面由原90 m调整为120 m。     

基于岩土控制变形工法的公路隧道施工变形分析——以野猪山隧道为例

宁波野猪山公路隧道右线出口段埋深浅、围岩差,采用岩土控制变形工法施工。该工法在我国公路隧道施工中几乎未有使用。本文通过数值模拟和现场监测数据对比分析,得出:1)隧道地表沉降的开挖空间效应约为0.6倍跨径,并据敏感程度划分为沉降敏感区、敏感过渡区、稳定区3个区域;2)隧道拱顶沉降约60%发生在掌子面到达监测断面前,开挖空间效应稍大于单倍跨径;3)隧道掌子面挤出变形呈外凸抛物面形态,建议施工中纤维锚杆的搭接长度设为6 m,并据挤出变形发展速率划分为快速发展、稳定发展、基本稳定3个阶段。     

石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征研究

为分析石膏质岩隧道衬砌结构置换施工后的受力特征,依托杜公岭隧道病害处治工程实例,在隧道病害处治施工阶段和运营阶段对6个不同病害现象的典型断面新置换衬砌结构的初期支护变形、初期支护钢架应力、初期支护-围岩接触压力、初期支护-二次衬砌接触压力等进行为期2.5年的现场测试。测试结果表明:在新置换初期支护单独承载的3~5个月时间内,初期支护的变形速率和变形量均较小,其中5个测试断面的拱顶沉降和周边收敛量最大,其分别为6.8,6.4mm;新置换初期支护钢架应力较小并且在二衬浇筑后较短时间就达到稳定状态,其中64处测点(总计72处)应力小于100 MPa;边墙芯样发现石膏、硬石膏成分的断面在二次衬砌浇筑后的26个月内,其边墙或拱顶测点的初期支护-围岩接触压力和初期支护-二次衬砌接触压力仍有明显变化,其中个别测点经过10~20个月才能达到峰值,另有个别测点在3~8个月到达峰值后受干湿交替环境影响会出现变化;综合分析认为,杜公岭隧道衬砌结构主要受到围岩中硬石膏的膨胀作用,石膏的吸水软化作用不明显,其围岩压力具有缓慢发展的特点,新置换二次衬砌承担了主要的围岩压力,新置换初期支护安全性较高;建议石膏质岩地层隧道二次衬砌不宜过早施作或者初期支护与二次衬砌间设置缓冲变形层,以充分发挥初期支护的承载力、减小二次衬砌承担的围岩压力。     

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。