断层破碎围岩台阶法施工数值模拟研究

隧道穿越断层破碎带等软弱围岩时,往往会采用CD、CRD等复杂工法,减小隧道的一次性开挖断面,因此保证隧道的安全施工。为了提高隧道开挖的机械化程度,降低隧道施工工法的复杂程度,论文通过数值模拟计算,研究在断层破碎带围岩条件下台阶法施工的适用性。计算结果表明:在采用两台阶法穿越断层破碎带时,隧道拱顶沉降和周边收敛均可得到有效控制,同时,超前支护和锁脚锚管对隧道围岩的变形有一定的控制作用,施工过程中应予以重视。文章通过数值模拟,可为此类型的隧道施工提供一种可行方案。     

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。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。     

预留核心土法施工穿越断层破碎带隧道的围岩变形分析

以某穿越断层破碎带隧道工程施工为依托,借助FLAC 3D有限元分析软件,数值模拟分析穿越断层破碎带隧道在预留核心土法施工时隧道围岩变形情况,并通过布设相应监测点,分析开挖过程中监测点的位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移、仰拱隆起位移以及对应最大变形量变化规律。分析发现在开挖至破碎带临近区域围岩位移发生突变,在相应部位支护施工需采取必要的加强措施;使用预留核心土法施工该断层破碎带隧道,围岩整体变形不大,施工安全可控。     

隧道斜穿不同倾角断层破碎带围岩变形特征分析

针对穿越断层破碎带过程中出现的围岩大变形问题,依托水阳高速胜利隧道斜穿不同倾角断层破碎带实际工程,通过现场实测与数值模拟方法,研究了隧道在穿越不同倾角断层破碎带过程中的围岩变形规律。结果表明:在揭露不同倾角断层破碎带时出现围岩最大的沉降速率,可达16mm/d,在不同倾角断层破碎带中间出现围岩最大沉降,可达365.5mm,是围岩正常段累计沉降值的7倍以上;在斜穿倾角60°～80°断层破碎带过程中,靠近断层破碎带一侧拱肩累计沉降值是另一侧拱肩累计沉降值的2～4倍,且靠近断层破碎带一侧围岩受施工的扰动更大。隧道在穿越不同倾角断层破碎带过程中,随着断层倾角越接近90°,左右拱肩的差异沉降逐渐减小,断层破碎带的影响范围逐渐减小,但断层破碎带内沉降值增大。研究结果可为类似工程提供借鉴。     

浅埋偏压小净距三洞并行隧道合理开挖顺序、工法与明洞施工研究

为研究浅埋偏压小净距三洞并行隧道的合理开挖顺序、施工工法及明洞施工影响，基于甬舟公铁路中公路涨茨隧道与铁路洋山隧道并行段，建立三维偏压山体与三洞并行模型，对不同开挖顺序与工法下围岩、支护结构受力变形展开比选研究，并对明洞施工的作用效果及合适施作时机展开研究。(1)铁路隧道与公路左线拱底隆起区、与公路右线拱顶沉降区产生贯通，且公路隧道塑性区集中于近铁路隧道中下侧；隧道开挖导致自身洞周变形加速，相邻隧道拱顶、地表隆起，近侧拱腰扩张、对侧拱腰收敛。(2)公路左线拱顶、地表在相邻隧道施工时会出现隆起，且先开挖左线隆起时间最短，先开挖左线的工法中顺序3(公路左线-公路右线-铁路隧道)在围岩支护体系受力变形最优。(3)考虑施工速度及减小偏压隧道工法导致围岩扰动，提出三洞采用CD-二台阶-反向CD的新工法。该工法能进一步减小结构受力变形，并对铁路隧道拱腰收敛改善效果显著。(4)左线明洞施工回填土处未发生塑性破坏，且可以改善支护结构受力数值及不均匀(初支在左拱腰、二衬在右拱脚受力较大)的情况；左线明洞-左线暗洞-右线为最佳明洞施作时机，减小了支护体系的受力变形以及铁路隧道与右线的拱底隆起，并对右线左拱...     

基于主动支护的高预紧力锚索处理高地应力软岩大变形隧道效果分析

深埋高地应力薄层软岩隧道施工采用传统的隧道支护手段易出现初支开裂、大变形以及隧道塌方等病害。木寨岭隧道洞身处于典型的高地应力深埋薄层软岩中,隧道在常规加强支护作用下,隧道最大拱顶沉降240～513mm,最大累计水平收敛值637～1 224mm,隧道衬砌出现了大范围的剥落与开裂现象,不得不进行换拱,隧道初支的开裂大多是压力过大导致的,因此常规支护强度对于深埋高地应力薄层软岩隧道是不够的;通过隧道斜井井底恒阻NPR锚索大变形控制试验段总结,提出基于主动支护的高预紧力锚索+W钢带+钢拱架+喷射混凝土的初支体系,采用数值模拟与现场实测结合的方法,对隧道在施工过程中的隧道变形与衬砌应力进行了分析。高预紧锚索加固作用下,隧道最大拱顶沉降120～180mm,最大累计水平收敛值150～430mm,隧道累计最大拱顶沉降减小69.4%,隧道累计最大水平收敛减小71.7%,拱顶沉降与水平收敛最后已经处于稳定状态,最终达到较好的施工效果。     

岗岭隧道穿越破碎带的衬砌结构性能研究

小净距隧道穿越破碎带时引发的围岩大变形给衬砌等支护结构的性能带来了严峻的挑战,亟需开展施工过程中的衬砌性能评价研究。基于此,采用基于收敛-约束法的纵向位移剖面(LDP)法和强度校核法等理论分析方法,并结合数值模拟技术研究了岗岭小净距隧道穿越破碎带时围岩稳定与衬砌支护性能。结果表明：采用基于收敛-约束的LDP方法,可有效确定围岩衬砌合理支护时机对应的破碎带和完整岩体的不同反力系数,使得破碎带围岩的开挖变形量值从24 mm降低至7 mm,且避免了小净距隧道中夹岩塑性区贯通破坏;针对破碎带和完整岩体分界处出现的衬砌拉弯和压弯破坏现象,提出了临时素混凝土仰拱的施工支护优化方案,使得衬砌混凝土弯矩从0.1 MN·m减低到0.06 MN·m,约减少了40%,有效改善了衬砌的受力状态,提高了衬砌混凝土的安全性能,安全系数从1.0增加到1.25;提出了岗岭隧道安全施工的衬砌初凝强度阈值为60%的最终强度,此时衬砌混凝土的安全系数约为1.03。相关研究成果可为小净距隧道的施工工艺和支护设计提供参考。     

基于隧道断层破碎带的初期支护净空侵限处治

为解决某隧道洞口段初期支护侵限的问题,采用现场监控量测、数值模拟等方法,在隧道初期支护侵限过程及隧道宏观表征分析的基础上,对隧道断层破碎带初期支护侵限机理展开分析,提出处治方案,并对处治方案效果进行评价.本工程F9断层破碎带围岩较差,地下水作用下拱顶荷载增大、拱脚麻岩承载能力降低是初期支护侵限的客观原因,拱脚悬空时间过...     

隧道断层突水突泥前兆信息演化规律数值模拟研究

为研究隧道穿越断层突水突泥灾害发生机制,在分析渗流诱发断层突水突泥机制的基础上,依托江西永莲隧道断层破碎带突水突泥灾害工程实例,采用数值模拟方法,建立可模拟隧道动态开挖穿越断层带过程的有限元计算模型,分析隧道开挖过程中渗流场、应力场、隧道涌水量、塑性区分布等灾害前兆信息的演化规律。研究结果表明,当掌子面接近断层时,应力场、位移场、渗流场、塑性区分布等前兆信息均发生了突变。主要表现在： 1）应力集中现象达到最大,增幅接近1倍,高应力集中极易导致隧道施工至断层附近区域围岩失稳; 2）隧道围岩位移包括拱顶沉降与拱底隆起急剧性、突变性增大; 3）渗流速度急剧增大,地下水更容易向洞内渗透,地下水对围岩的蚀溃破坏作用加大; 4）围岩塑性区范围覆盖了整个洞周范围并且屈服深度有所增加; 5）隧道开挖接近断层时极易造成突水突泥灾害,施工中应积极采取有效的防控措施。     

软弱围岩隧道管棚水平旋喷组合预加固变形规律

为研究软弱围岩地层管棚水平旋喷桩组合结构的预加固效果,采用三维弹塑性有限元方法对比分析了单独使用管棚、单独使用旋喷桩、管棚与旋喷桩组合预加固及无加固4种工况下隧道结构体系的位移变化规律。结果表明:1)水平旋喷桩和管棚2种工法中,水平旋喷桩预加固工法控制拱顶下沉、拱脚收敛值和掌子面稳定性能力显著;2)管棚预加固工法控制地表沉降的能力较强;3)管棚和旋喷桩组合结构控制拱顶沉降和拱脚收敛,掌子面水平位移性能突出,管棚水平旋喷桩组合结构使地表沉降减小91.3%,拱顶沉降减小76.2%,拱脚收敛减小76.3%,其地表最大沉降值为2.7 mm,拱顶最大沉降值为25 mm,拱脚最大收敛值为4mm,最小收敛值为-9.4 mm,加固效果明显。     

活动断裂影响区隧道高地应力软岩大变形特征分析及支护体系研究

为解决活动断裂影响区隧道建设过程中支护变形、开裂、破坏等问题，依托华丽高速东马场1号隧道进行研究。该隧道穿越程海—宾川活动断裂，施工过程中初期支护表现出变形量大、初期变形速率大且不易收敛、变形持续时间长、变形破坏不均匀等特点。受程海大断裂影响，隧址区地质构造应力水平高且以水平构造应力为主，断裂影响范围超过2 km。通过监测数据与试验结果分析，结合已开挖段隧道支护变形、开裂、破坏等情况，提出“长短结合、主动控制、分层支护、及时成环、预留内空”的综合支护体系。现场监测数据分析发现： 1）优化方案实施后，累计沉降平均值增加了12.46%，累计收敛平均值增加了26.57%，这是由于工序增加、工序消耗时间长引起的。2）实施优化方案后围岩变形主要集中在第1层初期支护阶段，该部位本身开挖产生的变形值占总变形值的70%，其余部位开挖产生的变形值占总变形值的30%；第2层初期支护及仰拱施作后，变形速率明显降低，二次衬砌浇筑前变形速率可控制在0.8~1 mm/d。     

立交隧道相互作用三维数值模拟与实测对比研究

以温福铁路琯头岭隧道下穿同三高速公路隧道为例,研究新建下穿隧道与既有隧道工程之间相互影响的问题。采用ANSYS有限元软件,模拟上覆公路隧道和下穿铁路隧道的位移和应力变化情况,并与现场监控量测结果对比,得到以下结果:下穿隧道拱顶沉降量较小,水平收敛值较大,下穿隧道立交段拱腰和边墙是需要重点支护的对象;上覆隧道在立交段下沉值变大,变化幅度为仰拱边墙拱腰拱顶,隧道中部和下部水平收敛值变化较大;受下穿隧道开挖影响,立交隧道上覆地层受力产生不均匀变化,造成扭矩存在,地面水平位移整体呈现"8"字形,立交隧道的建设对地层产生了较大的转动扰动。     

霞浦铁路隧道在断层破碎带中的施工技术

霞浦隧道穿越多条含水量高的断层破碎带,为了顺利通过此段,通过开挖前的超前预注浆加固止水、小导管注浆及斜井的合理利用,开挖中的挂粗钢筋网喷混凝土作加筋肋、径向注浆等主要措施,并结合实测监测数据,得出隧道沉降和水平变形皆符合指数函数的变形规律：隧道变形集中在前20 d,隧道顶部沉降大于水平净空变形,隧道的顶部变形为工程的关键控制点。     

超浅埋特大断面直墙隧道下穿城市主干道暗挖施工关键技术

为确保城市主干道、地面高架桥、地下管线的安全使用,广州市康王路下穿流花湖的超浅埋特大断面直墙隧道采用如下技术措施： 一次性施作70 m超前大管棚,采用水平导向跟管钻进法施工,施作精度高; 在隧道开挖边线45°对应路面范围,道路上铺设厚钢板; 对与距离隧道非常近的高架桥桩基,采用地面主动托换法; 采用六部CRD法施工,对掌子面采用TSS注浆加固技术,开挖初期支护后及时施作径向注浆及回填注浆; 在临时支撑未拆除的情况下,施作模筑混凝土第1层衬砌,第1层衬砌达到强度时拆除临时支撑,在第1层衬砌表面铺挂防水层,最后施作综合管廊结构及拱墙钢筋混凝土第2层衬砌; 综合管廊结构采用脚手架+模板系统,拱墙第1层衬砌采用弧形拱架+组合钢模板系统,拱墙第2层衬砌采用模板台车施工。目前只完成了右线的施工任务,地表沉降值（累计最大70.9 mm）在允许范围之内,隧道内净空变化（累计最大拱顶下沉61.1 mm、最大水平收敛值为8.44 mm）也在预控范围内,且地表、洞内最大变形值对应位置均在隧道中部,为左线施工及类似工程施工提供借鉴。     

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。     

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。