黄土塬区浅埋暗挖隧道慢坡段施工期围岩变形特征分析

黄土塬区浅埋隧道慢坡段由于距地表边沟、冲沟距离不等,围岩压力分布不均,难以形成自然拱,给施工带来诸多风险。选取银西高速铁路黄土塬区上阁村隧道典型浅埋慢坡段断面为研究对象,分析了施工过程中围岩应力、含水率、洞内变形及地表沉降的变化规律。结果表明:围岩初期支护应力分为增长-波动-稳定3个阶段,其收敛期约在开挖后84 d;围岩含水率先增长后趋于稳定,收敛期约在开挖后118 d;拱顶下沉量是净空水平收敛量的2～3倍;地表沉降影响范围为距隧道中线约18 m以内。     

超浅埋隧道施工变形特征实测研究

当隧道埋深达到超浅埋隧道标准时,围岩应力状态和支护结构内力状态会变得极其复杂,严重降低隧道施工安全性,因此,有必要针对超浅埋隧道施工过程中的各项变形特征开展研究。以胡营西山隧道为工程背景,对净空收敛、拱顶沉降、地表沉降、钢拱架应变及二次衬砌应变进行全程监测及实测数据分析。主要结论如下：1)超浅埋隧道地表沉降均呈沉降槽分布,最大值在隧道顶部;2)周边收敛和拱顶下沉均随时间递增,且前期增速较大,后期趋于平稳;3)钢拱架初期应变值增长较快,每一台阶开挖都会对应变造成一定的影响,使应变发生重分布;4)因为混凝土凝结过程放热,二次衬砌的初期应变值都由拉应变转变为压应变,前期拉应变快速增长。     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

砂层隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响

通过设计小尺寸模型试验，探究在不同埋深、不同施工方法下砂层中新建隧道开挖面失稳对侧邻既有框架结构的影响。结果表明：隧道开挖面发生失稳时，在开挖面前方地层中产生的松动区先呈半个心形，然后沿竖向和横向扩展，逐渐呈上宽下窄的喇叭形，此时地表产生沉降；不同埋深、不同施工方法下开挖面前方土压力均先迅速减小，然后小幅上下波动，最后趋于稳定；隧道埋深和施工方法对地表最大沉降影响很大，地表沉降随隧道埋深增加而减少，采用中隔壁法施工时地表沉降仅为全断面法的17.7%；隧道开挖面失稳会导致既有框架结构产生纵向弯矩，随隧道埋深增加，结构中更多位置出现纵向弯矩；既有结构内力随失稳程度增加而增大，靠隧道侧既有框架结构受影响更大。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。     

左右线分岔四洞隧道施工力学特性三维分析

分岔隧道在地下工程中应用越来越多,然而对于分岔多洞(四洞)的影响研究很少。因此,为了揭示左右线分岔四洞隧道(左匝道隧道、左主线隧道、右匝道隧道、右主线隧道)依次施工的相互影响规律,依托某隧道工程,建立左右线分岔隧道三维模型,分析施工过程中拱顶沉降、地表沉降、围岩应力、支护结构位移与应力等变化规律。重点研究了过渡段的空间变形受力特性,如过渡段位移、过渡段最大主应力与最小主应力、过渡段端头墙的位移、应力的空间分布规律,并提出相应设计与施工建议。研究结果表明：地表沉降由小净距段至大跨段逐渐增大;后行开挖左线隧道使先行右线隧道拱顶竖向位移增大;开挖对分岔大跨段的纵向位移影响最大;隧道上方围岩竖向位移由进口端至出口端逐渐增大,且左右线隧道相互影响逐渐变大;后行左线隧道的开挖,使先行右线隧道周边围岩主应力变大。过渡段支护结构主要受压,中间支撑位置存在应力集中,拉应力出现在拱顶、拱肩及仰拱部位;过渡段支护结构在水平位移上向匝道方向倾斜;在纵向位移上,向大跨段方向倾斜;在竖向位移上,上部向下变形,下部向上变形。因此,在设计施工时需要注意,在必要时进行不对称支护,施工过程中要加强支护,变形过大时注意加强...     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

无中导洞连拱隧道施工方案优化分析

本文以云南香丽高速上长坪隧道为研究背景,利用有限元软件对无中导洞连拱隧道施工方案及施工工序进行二维计算分析。通过对不同工况隧道开挖后地表和拱顶沉降、围岩应力以及支护结构内力进行对比分析,结果表明:对于不同工法而言,左洞采用两台阶预留核心土,右洞采用CRD法开挖,地表沉降相对于其它工况而言最大能减小19. 86%,隧道拱顶沉降、仰拱隆起也比其它工况要小;对于不同开挖工序而言,先开挖远离既有洞部位,围岩位移控制效果明显;不同工法开挖,围岩应力、支护结构内力以及围岩塑性区变化差别在10%以内;连拱隧道左洞开挖完后,右洞的第一步开挖的位置对后续围岩位移的控制有很重要的影响。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

高寒地区地铁隧道沉降规律研究

以哈尔滨地铁3号线湘会暗挖区间右线隧道施工监测为背景,通过对地铁施工过程中地表沉降监测点和拱顶沉降监测点累计沉降值的分析,总结哈尔滨地铁在隧道开挖过程中地表沉降和拱顶沉降的变化规律。发现隧道开挖过程中纵向地表沉降主要发生在上台阶掌子面通过监测断面前1.6 B(B为洞宽)到通过监测断面后4.8 B范围内,并对比冻融对地表沉降造成的影响;横向地表沉降主要发生在距隧道中心线两侧3.2 B范围内,给出横向地表沉降数学表达式并计算出沉降槽宽度参数建议值为k = 0.78,其结果与实测结果吻合较好;隧道内拱顶沉降主要发生在上台阶掌子面通过监测点前1.6 B到通过监测点后3.2 B范围内;隧道内初期支护体系的设置对控制拱顶沉降有明显作用。     

广州地铁6号线区间隧道施工的数值模拟

结合广州地铁6号线东湖站折返线段区间隧道的地质条件,设计8种不同的开挖与支护工况,利用大型有限差分软件FLAC3D对浅埋隧道施工进行数值模拟,获得了在不同施工方案时地表沉降、拱顶下沉及隧道支护结构受力变化等情况,通过对比分析,得出一些结论,为广州地铁东湖站折返线段隧道施工方案提供了科学依据与技术指导。     

隧道施工地层扰动特性分析

研究目的:地铁修建过程中面临大量穿越或临近建(构)筑物的情况,为确保施工安全,应把握施工引起的地层变形规律。本文利用三维非线性有限元模型和相关解析理论,展开对隧道施工后在不同埋深和不同施工控制水平下地层变形规律的研究。研究结论:(1)隧道施工影响半径受埋深和施工控制水平的双重影响;(2)施工影响范围随拱顶沉降的增大而增大,当拱顶沉降增大到一定值后,影响半径达到最大值,此时地层发生剪切破坏;(3)在粉土和粉砂土为代表的典型复合地层中,地表沉降与拱顶沉降的关系、影响半径和拱顶沉降的关系、影响半径与地表沉降的关系分别可用考虑埋深影响的线性函数、二次函数、幂指数函数公式表示;(4)地表沉降斜率与地表最大沉降量的关系可用幂指数函数形式表示,埋深越大,地表沉降斜率越小;(5)本研究成果可应用于地铁穿越工程。     

杉树坳隧道台阶法开挖初期支护变形规律分析

以杉树坳隧道工程为背景,分析了台阶法施工的拱顶下沉规律,主要是台阶法衬砌变形与开挖施工进度的关系,探究应力释放过程,对监测数据进行分析得出,上台阶开挖导致拱顶沉降量达到总沉降量的70％以上,进而得到施工过程中的应力释放系数.将此应力释放系数应用于有限元模型计算,把数值计算成果与拱顶下沉实测值进行了比较,证明了该模型能够较为准确地反映上下台阶开挖对初期支护变形的影响,从而为台阶法开挖的数值模拟以及施工过程的控制提供依据.     

超浅埋暗挖隧道施工技术

介绍了在确保隧道上方高速公路地面交通正常通行的情况下,超宽断面、埋深仅为0.5～2.5 m的超浅埋平顶直墙下穿隧道工程采用管棚超前支护,结合小导管注浆加固地层、多导洞施工方案和微台阶开挖法来达到控制地表沉降和保证施工安全的施工技术。     

富水地层盾构掘进引起地铁隧道地表沉降规律研究

以常州地铁1号线工程为依托,对盾构隧道施工过程中的盾构掘进参数和地表沉降监测结果进行分析,得到了常州地区典型土层情况下盾构施工引起的沉降量、地层损失率、沉降槽宽度系数变化规律,并分析了隧道埋深、拱顶覆土、注浆参数等对地表沉降规律的影响。研究结果表明:盾构掘进引起的地表沉降曲线符合Peck曲线,平均沉降值在10 mm以内,平均地层损失率为0.68%;地表最大沉降量随隧道埋深的增大而减小;隧道拱顶覆土为粉质黏土时的地表沉降和地层损失率明显大于拱顶覆土为粉砂;地表最大沉降量、地层损失率均随着同步注浆量、土仓压力增加而减小,但是沉降槽宽度系数随之增大,且拱顶覆土为粉砂时较粉砂夹粉土变化更显著。     

合肥轨道交通2号线科学大道站暗挖通道施工技术

合肥轨道交通2号线科学大道站3号出入口暗挖通道下穿长江西路,通道属浅埋—超浅埋,通道的上覆地层与围岩为人工填土和黏土,且位于合肥市长江西路主干道下方,上覆地层中管线众多,工程环境条件复杂。通道采用了合理的设计与综合施工技术,实现在合肥地区浅埋土质围岩且地面道路有车辆荷载的隧道暗挖施工。其要点包括:采用超前大管棚加超前小导管相结合的超前支护,四部CRD法(交叉中隔壁法)加预留核心土开挖工法并控制循环进尺,在暗挖通道穿越的地面主干道上满铺4 cm钢板,以减小隧道上部地表的车辆荷载,并且将车辆荷载转移至隧道两侧的土体向下传递。监控量测表明,拱顶下沉等数据均符合控制标准,地表沉降、管线沉降的发展过程与暗挖隧道拱顶下沉过程相似。     

黄土地区浅埋暗挖地铁连拱隧道合理错距研究

研究目的:以西安地铁5号线雁鸣湖停车场段暗挖双连拱隧道工程为背景,采用有限元分析方法对主洞开挖过程进行模拟,研究开挖错距(0 m、15 m、30 m、60 m)对地表变形、拱顶沉降、拱腰净空收敛及拱顶应力的影响规律,并结合现场监测数据对黄土地区浅埋暗挖地铁双连拱隧道合理错距进行研究分析。研究结论:(1)四种方案下地表沉降值最大相差仅0.5 mm且均满足规范要求,横向地表影响范围大概在连拱隧道中线两侧约3倍隧道跨径内;(2)拱顶沉降和拱顶应力变化主要集中在隧道上台阶施工阶段,当错距超过30 m后,拱顶最终沉降值及应力值基本不受错距变化的影响;(3)错步方案下先行洞拱腰净空收敛值均大于后行洞,且随着错距的增加,后行洞开挖对先行洞拱腰净空收敛的影响逐渐减小;同步开挖过程中不存在偏压问题,且拱腰净空收敛值比其他三种方案小;(4)同步开挖方案与其他错距方案相比较,未引起过大地表沉降及拱顶沉降,且拱腰净空收敛相对较小,综合考虑安全性、经济效益和施工效率等因素,在黄土地区类似工程中建议优先采用两主洞同步开挖方案;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道主洞开挖施工方案优化及力学行为研究提供有益参考。     

基于改进GAP模型盾构隧道开挖诱发地表沉降规律研究

基于Rowe提出的GAP模型,考虑管片背后注浆对隧道开挖收敛模式的影响,对该模型进行了改进,通过自行编写Fish语言在FLAC2D软件中实现了该模型。利用改进后的模型研究了盾构隧道开挖引起地表沉降规律。结果表明:当隧道埋深较浅时,沉降槽窄而深,反之,沉降槽宽而浅;当隧道埋深小于临界值时,隧道埋深和地表最大沉降值近似线形关系;当隧道埋深大于临界值时,逐渐变成平缓的曲线;随着埋深的增加,地表沉降坡度逐渐减小,最终趋于零。评价隧道开挖对临近建筑物影响时,采用地表最大沉降值和沉降曲率两个参数作为控制标准更为合理。     

拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为研究

为解决浅埋偏压隧道开挖施工过程中极易出现地表、拱顶沉降过大等问题，依托南宁至崇左铁路NCZQ1标笔架岭一号隧道和黄牛岭一号隧道，利用MIDAS/GTS NX有限元软件对拱上明作拱下暗挖隧道施工力学行为进行研究。通过对隧道关键节点进行位移分析，发现明显非对称变形现象：埋深较大的左侧拱肩、拱脚和边坡坡底相较于右侧相同位置位移偏大19.57%、8.82%和23.39%;应力方面，从设置、不设置边坡锚杆两个工况对1D(锚杆)、2D(喷混结构)、3D(围岩)单元进行应力分析，以证明设置边坡锚杆的必要性；数值模拟结果显示临时边坡陡峭处和护拱两侧上方土体有较大塑性应变区，施工过程需重点关注。