管幕超前支护浅埋暗挖隧道开挖方案对比研究

对拱北超大直径管幕超前支护下浅埋暗挖隧道不同开挖方式施工过程中对周围环境的影响进行了有限元数值分析,对比了不同开挖方式下地表的变形、邻近桩基的变形等。采用等效刚度法对超大直径钢管幕超前支护结构进行模拟,考虑施工不利因素等的影响,对比了不同等效刚度条件下,开挖完成时地表的变形规律。计算结果表明,由于该工程开挖断面大,上覆埋土浅,同时超前支护结构的刚度很大以及浮力的作用,随着隧道的开挖,由于下部土体的卸载回弹作用地表表现为逐渐隆起的变形规律。由于地基的变形对邻近桩基础产生显著影响,桩顶的位移最大,为8 mm左右。通过对比发现采用五台阶十分区开挖方案引起的地表变形和桩顶变形相对较小。     

支护措施对浅埋隧道性状和地表沉降的影响

隧道开挖将引起地层变形和地表沉降,过大的沉降将影响地上结构物的安全。本文采用数值方法分析支护措施对浅埋隧道性状和地表沉降的影响,通过组合不同的支护类型和设置不同的支护参数进行参数分析,研究地表的沉降规律,为有效控制地表沉降提供理论参考。     

浅埋偏压条件下台阶法施工对隧道结构受力的影响分析

以回头沟隧道浅埋偏压段为例，运用数值模拟方法，分析采用台阶法（两台阶）开挖时，不同台阶长度对围岩变形、初期支护轴力和弯矩的影响。根据计算结果，回头沟隧道采用台阶法开挖时宜选用16 m长台阶。     

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。     

浅埋偏压连拱隧道施工方案数值模拟

以湖南炎汝(炎陵-汝城)高速公路熊猫洞隧道为背景,采用MIDAS/GTS有限元软件对该隧道进口浅埋偏压段施工过程进行二维施工模拟,比较了先开挖深埋侧主洞和先开挖浅埋侧主洞两种施工顺序,获得了浅埋偏压连拱隧道在采用不同施工顺序施工时隧道变形、中隔墙及初期支护结构的应力和位移等变化情况.计算结果表明对于浅埋偏压连拱隧道洞口段,应采用先开挖埋深较浅一侧隧道,再开挖埋深较深一侧隧道的施工顺序.     

浅埋隧道伞型支撑支护力学性能分析

浅埋隧道开挖作业过程中,竖向支撑的支护效果不佳,会导致初期支护变形。针对这一问题,提出了伞型支撑的支护方案:以桑洲岭隧道工程实例为研究背景,获取了工程现场监控量测数据;以工程现场监控量测数据为基础,建立了二维有限元模型;模拟分析了隧道下台阶开挖过程中隧道变形情况,并对比了无支撑、竖向支撑、伞型支撑3种不同支护方案下的地表沉降变化以及初期支护的力学响应规律。研究结果表明,伞型支撑在控制初期支护周边收敛方面效果明显。此研究为该浅埋隧道下台阶开挖设计施工提供参考依据。     

浅埋黄土隧道施工探讨

本文简要介绍浅埋黄土隧道施工的成功经验。如施工中加强初期支护质量，及时施作二次衬砌，加量测，及时处理地表危害以及总结出的浅埋黄土隧道开挖安全变形量为８ｃｍ等对对类似地质条件下的隧道施工有所帮助。     

山岭隧道浅埋盖挖段施工过程的数值模拟

为研究不同设计参数对山岭隧道浅埋盖挖段支护结构承载变形特性的影响规律,以宁波309省道改线工程中的杜鹃谷隧道浅埋盖挖段为依托,采用ANSYS分析软件进行隧道开挖支护数值模拟分析,探讨不同围岩特性、隧道埋深与盖拱拱脚底板尺寸等不同设计参数对盖拱内力、初衬与二衬内力以及拱脚底板沉降量的影响规律,揭示不同工况下隧道浅埋盖挖段支护结构的承载变形特性,获得各设计参数的建议取值范围,为今后类似工程设计提供借鉴。     

偏压浅埋隧道注浆预加固的方案优化分析

选用有限元软件3D-Sigma,采用Drucker-Prager弹塑性本构关系对隧道浅埋段进行了施工全过程的三维有限元数值模拟分析,得到围岩及支护结构的应力、变形和塑性区随开挖变化的全过程;在偏压浅埋地形条件下,探讨了地表注浆预加固对隧道稳定性的影响,同时对6种不同的加固方案进行了较详细的对比分析,根据其不同的加固效果,找出了最合理有效的加固方案。     

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。     

浅埋小间距隧道开挖围岩变形及控制对策

采用FLAC软件对地表有相对硬壳层的粉沙层中隧道开挖之后地层的变形机理进行模拟,通过分析隧道开挖后围岩变形的空间效应特性曲线,确定隧道开挖支护后引起的围岩变形的幅度和范围,找出隧道开挖最不利荷载工况和结构薄弱部位,为施工方案提供理论依据和决策支持。研究表明,不同的施工顺序引发不同的施工力学状态,进而引起不同的施工力学效应,隧道开挖先后顺序不同对围岩区域、幅度的扰动也不同。以北京地铁某车站的实测为基础,分析了粉沙地层中隧道施工不同工序引起的各部分变形情况,进而提出了相应的工程措施。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之三：隧道设计理念与方法

本文作为一个讲座对以往研究成果作一综述。回顾了当前采用的3种隧道设计方法,提出了基于数值极限分析的地层－结构法,克服了地层－结构法缺点,可以求得设计所需的围岩稳定安全系数,解决了当前设计中的人为性问题。对隧道深浅埋分界线进行了探索,叙述了基于散体理论的隧洞深浅埋分界标准。提出了基于弹塑性理论的隧洞深浅埋分界标准,并对2种分解标准的优缺点进行了评述。阐述了隧道设计计算的5个基本理念： 1）隧道设计必须满足运行和施工中安全要求,提出初期支护后围岩安全系数必须保证施工安全; 2）隧道设计计算模型必须适应不同工程地质条件、围岩压力特征,符合隧道实际受力情况; 3）必须符合现代围岩压力理论与现代支护原理,充分发挥围岩自承作用; 4）隧道结构计算模型也应符合结构实际受力状态,树立初期支护作为围岩加固材料,按塑性理论计算的新理念; 5）采用合理的计算方法与计算参数,确保隧道设计计算的科学性。最后以一个地铁车站为例,采用本讲座提出的方法介绍了Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩中隧道的设计方法与成果。     

不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法

针对软弱围岩条件下大跨度多连拱隧道施工过程中荷载转换和施工工序复杂，施工风险高等问题，介绍观音岩四连拱隧道设计施工方法，提出“先主后辅”的施工工序，并应用数值模拟及现场监测手段，分析四连拱隧道多洞施工、主辅洞开挖相互扰动下，围岩与结构的反应、现场施工工序的可行性以及支护结构的安全性。结果表明： 1）采用先开挖主洞后开挖辅洞的施工工序是安全可行的； 2）多连拱隧道施工，洞室受到的开挖扰动次数越多，结构受力越复杂，建设过程需重点关注先行洞室受到后行洞室施工扰动带来的安全风险； 3）相邻洞室间的施工扰动影响要远大于不相邻洞室。现场实施效果表明，隧道施工过程中围岩变形稳定、支护结构安全，不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法可行。     

单拱4车道公路隧道不同施工方法下初期支护力学特征研究

由于单拱4车道公路隧道通常采用扁平的拱形结构形式,从而导致隧道开挖后围岩的二次应力分布不均匀,初期支护的支护效果不佳。为了研究采用不同施工方法时各种初期支护手段的力学特征,采用有限差分软件FLAC3D对不同围岩条件下单拱4车道公路隧道的施工动态过程进行了三维数值模拟,得到了不同施工方法下初期支护的应力和位移特征。通过比较分析这些力学特征,提出了不同围岩条件下使初期支护达到最佳效果的施工方法。     

深厚软土地层盾构隧道地面加固设计研究

以佛山地铁2号线为实例，基于地层-结构模型的基本原理，简化建立地层-加固体-盾构隧道空间计算模型，结合现场监测数据计算分析不同加固形式及参数对盾构掘进时地面沉降的影响规律。结果表明:采用上部格栅+下部点阵的三轴搅拌桩加固措施，能有效控制地面横向沉降槽沉降宽度≤12 m，最大沉降值≤7 mm；深厚软土地层中先行对后行隧道的影响大于后行对先行隧道，地面加固后隧道开挖对近接建（构）筑物影响较小。     

漫谈矿山法隧道技术讲座第一讲——围岩

阐述围岩的基本概念及其工程特性、围岩的分级及分类、围岩开挖后的动态、围岩的评价方法等。并对隧道开挖后周边围岩的稳定性问题进行探讨,认为曲面掌子面对确保掌子面稳定更为有利,但目前施工机械开挖曲面掌子面有一定困难,已有同行关注曲面掌子面,并进行施工试验;隧道开挖正朝着积极补强围岩的大断面开挖的方向发展。最后对设计、施工中应该关注的软弱围岩及特殊围岩的分类进行介绍。认为:大多数围岩是有自支护能力的;不良围岩是可以改造"为我所用"的;围岩荷载是可以控制的;不同的围岩其动态也是不同的。总体而言,隧道技术的发展都是围绕达到上述目的而发展的。     

软弱地层浅埋暗挖隧道管棚法钻孔技术

针对目前国内软弱地层隧道施工中广泛采用的管棚超前支护辅助工法,从软弱地层水平钻孔的难度出发,分析了影响钻孔弯曲的三个主要因素,综合阐述了软弱地层浅埋暗挖施工中管棚法的水平钻孔技术,提出了水平钻孔的测斜、防斜和纠斜方法。并以南京地铁珠鼓区间大管棚施工实例为基础,说明了套管螺旋钻进工艺的应用效果。     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

大断面浅埋地铁施工对地表影响的模型试验

以广州地铁站前停车线为工程背景,通过室内大比例相似模型试验,结合数值模拟计算,研究大断面浅埋地铁在上下台阶法不同开挖步骤中产生的洞周位移、地表和地层的位移响应。结果表明:通过相应的辅助工法和合理的施工工序,台阶法能有效控制上台阶开挖引起的洞周位移和地表沉降,从而控制整个隧道开挖对周边环境的影响,保证隧道快速、安全施工。     

漫谈矿山法隧道技术第十讲——软弱围岩隧道中开挖断面早期闭合的施工技术

阐述开挖断面早期闭合的概念,指出: 1）开挖断面早期闭合是针对不良围岩的对策; 2）围岩越差,要求闭合的时间、距离越短; 3）开挖断面分部越多,闭合距离越长,对控制变形不利; 4）开挖断面的早期闭合是指初期支护的闭合,而不是指二次衬砌的闭合。介绍了日本隧道早期闭合仰拱设置方法分类。认为我们已经知道如何实现早期闭合,但还没有做到,这需要机械化水平的提高、缩短单项作业时间才能做到。日本采用的开挖断面早期闭合工法已经标准化,介绍其标准模式及开挖断面早期闭合模式的内涵。通过对日本采用早期闭合工法隧道的实例统计分析,将隧道围岩早期闭合模式划分为5种,归纳了采用早期闭合工法的理由,统计了哪些围岩条件需采用早期闭合工法,并介绍了开挖断面早期闭合隧道的构造参数,以及开挖断面早期闭合隧道的施工方法。以日本七尾公路隧道为例,详细阐述全断面早期闭合施工的管理方法,包括全断面早期闭合的管理项目,最终位移值的管理基准值和初期位移速度的管理基准值及如何确定,全断面早期闭合模式的基准及如何根据施工实际进行修正。从国内外软弱围岩隧道的施工实例,特别是开挖断面早期闭合的实例中,总结软弱围岩隧道大断面施工技术的基本经验。最后指出把掌子面前方围岩的补强与掌子面后方开挖断面早期闭合结合在一起,在有水的条件下,再把掌子面前方围岩的超前钻孔预测组合在一起,是解决不良围岩隧道施工的基本方法。